OPERACIONES UNITARIAS

OPERACIONES UNITARIASINTRODUCCINUna operacin unitaria se define como un rea del proceso o equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una funcin determinada ya sean actividades bsicas que forman parte del proceso. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente secuencia:1.- Materias Primas2.- Operaciones fsicas de acondicionamiento 3.- Reacciones qumicas4.- Operaciones fsicas de separacin 5.- Productosstos tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada unidad de masa para conseguir una finalidad. Esta modificacin se puede conseguir:- Modificando su masa o composicin.- Modificando su nivel o cantidad de energa.- Modificando las condiciones de movimiento: velocidad.

Para la clasificacin de las operaciones unitarias se atiende a la propiedad que predomina en una transformacin. En base a ello la clasificacin se hace en dos grandes grupos:- Operaciones unitarias fsicas.- Operaciones unitarias qumicas. Operaciones unitarias fsicas- De transferencia de materia.- De transferencia de energa.- De transferencia simultnea de materia y energa.- De transferencia de cantidad de movimiento.- Complementarias.MATERIA PRIMAOperaciones fsicas de acondicionamientoReacciones QumicasOperaciones fsicas de separacinPRODUCTOSDESTILACINEs la separacin de los componentes de una mezcla liquida por vaporizacin y re condensacin de la misma. Al calentar primero se desprenden los componentes ms voltiles y va quedando un residuo liquido constituido por las sustancias de punto de ebullicin mas alto.

La destilacin es una operacin utilizada con frecuencia para la purificacin y aislamiento de lquidos orgnicos y aprovecha las volatilidades y puntos de ebullicin de los componentes a separar. Depende de parmetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presin, composicin y energa.

APLICACIN Clasificacin de la destilacin:

Destilacin simple o sencilla: Es aplicable en los sistemas que contengan lquidos orgnicos de puntos de ebullicin bastante diferenciados.

Destilacin Fraccionada: Es una tcnica para realizar una serie de pequeas separaciones , en una operacin sencilla y continua.

Destilacin por Arrastre de vapor: Es una tcnica que sirve fundamentalmente para separar sustancias insolubles en agua y literalmente voltiles, de otros productos no voltiles mezclados con ellas, es un sustituto de la destilacin al vacio, y se realiza a temperaturas bajas.

Destilacin a presin reducida o al vacio: Se utiliza en sustancias que no pueden purificarse por destilacin a la presin ordinaria, por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullicin normal.

La Destilacin En La IndustriaEsta operacin se aplica en todos los niveles industriales de produccin, desde aplicaciones en industria farmacutica y de qumica fina, hasta la industria del petrleo y produccin a gran escala. Ejemplos ms comunes es en la obtencin de alcohol carburante, as como produccin de gasolina y similares .

El gran inters en la destilacin proviene de la industria del petrleo para obtener el combustible que usamos habitualmente, o tantos otros derivados como los plsticos. Gran parte de la investigacin en destilacin se ha realizado en este sector, que utiliza siempre la modalidad "continua" porque las cantidades en son muy grandes. En tanto, el mtodo "batch" se utiliza en la industria pequea y mediana -farmacutica, alimenticia; de transistores, etc. El campo de uso de ambos tipos de destilacin es muy vasto.

EQUIPOS DE DESTILACIN Columnas de destilacin: recipientes cilndricos, verticales, con una entrada lateral por la que se introduce la alimentacin.

Columnas de platos (contacto por etapas): los platos retienen una cierta cantidad de lquido en su superficie de manera que se hace borbotear el vapor que procede de la caldera y as se produce un intercambio.

Columnas de relleno: es una forma alternativa de poner en contacto el vapor con el lquido. Para ello suele tener una pequea relacin dimetro-altura.

SECADOLa operacin de secado es un proceso que implica transferencia de masa entre ungas y un slido, donde la humedad contenida en el slido se transfiere por evaporacin hacia la fase gaseosa.El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones y con frecuencia, el producto que se extrae de un secador para empaquetado.

Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre s por la metodologa seguida en el procedimiento de secado; puede ser por eliminacin de agua de una solucin mediante el proceso de ebullicin en ausencia de aire; tambin puede ser por eliminacin de agua mediante adsorcin de un slido, y por reduccin del contenido de lquido en un slido, hasta un valor determinado mediante evaporacin en presencia de un gas.

Aplicacin IndustrialSu aplicacin es comn en la industria de alimentos, as como, el secado de granos o madera, los cuales tienen un gran contenido de humedad en ellos.

Existen procesos qumicos industriales importantes en los cuales conviene el secado, entre otros, est el secado de la sal, la cual es pasada, una vez cristalizada por un tnel de aire, para eliminar el exceso de humedad en la misma, tambin se puede mencionar el secado del carbn, de productos alimenticios, de arena, entre otros.

Es usual el uso del secado como medio de preservacin de materiales biolgicos, en ocasiones, se llega hasta el lmite de deshidratacin, para disminuir la actividad bacteriana o microbiolgica en general. Esto se debe, a que la actividad microbiolgica cesa a niveles de humedad menores del 10%.

Equipos de SecadoLas operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente segn que sean por lotes o continuas.

Secadores de bandejas: Consiste en un gabinete, de tamao suficientemente grande para alojar los materiales a secar, en el cual se hace correr suficiente cantidad de aire caliente y seco. Secadores indirectos al vaco con anaqueles: Es un secador por lotes, que est formado por un gabinete de hierro con puertas hermticas, de modo que se trabaje al vaco. Los anaqueles estn vacos dnde se colocan las bandejas con los materiales hmedos. Secador continuo de tnel: Est formado por un tnel, por el cual pasan bandejas o carretillas con el material a secar, dentro del tnel, se hace fluir, generalmente a contracorriente, aire caliente, el cual sirve para secar los slidos. Secadores Rotatorios: Consta de un cilindro hueco que gira sobre su eje, con una ligera inclinacin, para permitir el desliz de los slidos a secar hacia la boca de salida. Secadores por aspersin: se atomiza una suspensin lquida, la cual es recibida por una corriente a contraflujo de aire caliente que evapora el lquido, de modo que caen las partculas slidas que se separan de la corriente de gas, por no ser voltiles.ADSORCINOperacin unitaria fsica regida por la transferencia de materia. Consiste en la eliminacin de algn componente de una fase fluida mediante un slido que lo retiene. El fluido puede ser un lquido o un gas. La adsorcin es un fenmeno de superficie. En la superficie del slido se dan interacciones que hacen que las molculas del fluido queden retenidas.

Los slidos empleados han de tener una gran superficie de adsorcin como es el caso del carbn activo, gel de slice, almina activada.

APLICACIN INDUSTRIALA nivel industrial se emplea para secar corrientes de gases de su humedad. Se emplea un lecho de gel de slice. Tambin se emplea en la eliminacin de olores, decoloracin de lquidos. Para recuperar disolventes contaminantes.

Una de las aplicaciones ms conocidas de la adsorcin, es la extraccin de humedad del aire comprimido. Tambin est presente en la industria alimentaria en la decoloracin tanto en la azucarera como de aceites, en potabilizacin del agua, depuracin de aguas residuales, eliminacin de olores de gases industriales y desulfuracin del gas natural.

EQUIPOS DE ADSORCIN

EVAPORACINLa evaporacin es un proceso por el cual una sustancia en estado lquido pasa al estado gaseoso, tras haber adquirido energa suficiente para vencer la tensin superficial.

La evaporacin es utilizada para eliminar el vapor formado por ebullicin de una solucin lquida para as obtener una solucin concentrada. En la gran mayora de los casos, la evaporacin vista como operacin unitaria se refiere a la eliminacin de agua de una solucin acuosa.

Aplicacin IndustrialEl proceso de evaporacin consiste en la eliminacin de un lquido de una solucin,por tratamientos trmicos.

Se utiliza en las siguientes industrias:

- Industria Lechera con evaporadores verticales de tubos largos.- Industria de jugos de frutas con evaporadores de pelcula descendente y el de Hidrolizados pelcula agitada.- Extractos.- Industria frigorfica.- Industria avcola.

EQUIPOSTIPOS DE EVAPORADORES: Evaporador de tubo horizontal Evaporador de tubo vertical Evaporador vertical de tubos largos Evaporador de pelcula descendente Evaporador de pelcula ascendente Evaporador de circulacin forzada

Evaporador de simple efecto: Lleva a cabo la eliminacin del vapor por medio de un solo equipo, la mayora de los evaporadores se calientan con vapor de agua que condensa sobre tubos metlicos. Generalmente el vapor es de baja presin, inferior a 3 atm absolutas, y con frecuencia el lquido que hierve se encuentra a un vaco moderado.

Evaporador de efecto mltiple:ste aumenta la evaporacin por kilogramo de vapor de agua utilizando una serie de evaporadores entre el suministro de vapor vivo y el condensador. La presin en cada efecto es menor que la del efecto del cual recibe el vapor de agua y superior a la del efecto al cual suministra vapor.

CRISTALIZACINLa operacin de cristalizacin es aquella por media de la cual se separa un componente de una solucin liquida transfirindolo a la fase slida en forma de cristales que precipitan.En la cadena de operaciones unitarias de los procesos de fabricacin se ubica despus de la evaporacin y antes de la operacin de secado de los cristales y envasado. Este proceso fsico por el cual un cuerpo adquiere la estructura cristalina. Puede realizarse por sublimacin por fusin y posteriormente por enfriamiento de la masa fundida o por evaporacin gradual del disolvente en una solucin saturada.

Aplicacin IndustrialEs una operacin necesaria para todo producto qumico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azcar o sacarosa, la sal comn o cloruro de sodio. Se presenta en la industria azucarera en este sentido.

Los cristales se han producido mediante diversos mtodos de cristalizacin que van desde los ms sencillos que consisten en dejar reposar recipientes que se llenan originalmente con soluciones calientes y concentradas, hasta procesos continuos rigurosamente controlados y otros con muchos pasos o etapas diseados para proporcionar un producto que tenga uniformidad en la forma, tamao de la partcula, contenido de humedad y pureza.

EQUIPOS Cristalizador de tubo con raspadores. Cristalizador tipo Swenson Walker. Cristalizador tipo tanque agitado con serpentines. Cristalizador de refrigeracin por contacto directo. Cristalizador por evaporacin. Cristalizador Oslo.

De acuerdo al tipo de mtodo: Magma circulante: Todos los cristales circulan a travs de la zona del cristalizador donde la sobresaturacin es generada. Licor circulante: Solo el licor est circulante con la masa de cristales creciendo esttica. De superficie raspada: La cristalizacin es inducida por intercambio directo de calor con un medio enfriador a travs de una superficie raspada para minimizar el ensuciamiento. Cristalizadores de tanque: La cristalizacin es inducida por el enfriamiento de la alimentacin ya sea en tanques agitados o estticos o una chaqueta exterior.ABSORCINEs una operacin unitaria regida por transferencias de materia que consiste en poner en contacto un gas con lquido con el objetivo de que en l se disuelva alguno de los componentes del gas.

Este proceso implica una difusin molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A, a travs del gas B, que no se difunde y est en reposo, hacia un lquido C, tambin en reposo.La absorcin puede ser fsica o qumica, segn el gas que se disuelva en el lquido absorbente o reaccione con l dando un nuevo compuesto qumico.

Aplicacin IndustrialAlgunas aplicaciones de la absorcin:

Eliminacin de gases cidos como H2S, CO2, SO2. Preparacin del agua de Seltz. Absorcin del amoniaco Climatizacin PinturasPreservar el vaco entre las paredes de las vasijas de Dewar diseadas para almacenar aire o hidrgeno lquidos.Desempea un importante papel en la catlisis de las reacciones de gas por las superficies slidas.Se ha utilizado para la recuperacin y concentracin de las vitaminas y otras sustancias biolgicas; y encuentra su utilidad en el mtodo denominado anlisis cromatogrfico, que consiste en la evaluacin de pequeas cantidades de sustancia por al adsorcin progresiva de numerosos constituyentes presentes de forma simultnea en una solucin o gas.

EQUIPOS UTILIZADOS EN ABSORCINLas torres empacadas, o torres de relleno, utilizadas para el contacto continuo del lquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El lquido se distribuye sobre stos y escurre hacia abajo, a travs del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.

Empaque : El empaque de la torre debe proporcionar una superficie interfacial grande entre el lquido y el gas. Poseer las caractersticas deseables del flujo de fluidos. Empaques al azar: Los empaques al azar son aquellos que simplemente se arrojan en la torre durante la instalacin y que se dejan caer en forma aleatoria.Empaques regulares: Los empaques regulares ofrecen una menor cada de presin para el gas y un flujo mayor.Soportes de empaque.Cuerpo de la torre: Esta puede ser segn las condiciones de corrosin. Para facilitar su construccin y aumentar su resistencia, generalmente son circulares en la seccin transversal.

DESORCINOperacin continua a la absorcin y en ella un gas disuelto en un lquido es arrastrado por un gas inerte quedando eliminado del lquido inicial. En algunas ocasiones la desorcin tambin se emplea para determinar la destilacin sbita.

La transferencia de materia tiene lugar porque la presin parcial del componente gaseoso en la fase lquida es menor que la presin que tendra una disolucin en fase lquida con ese gas.

Esto ocurre en un sistema que est en el estado del equilibrio de la absorcin entre la fase a granel (solucin del gas o del lquido) y una superficie adsorbente (slido o lmite que separa dos lquidos). Cuando la concentracin (o la presin) de la sustancia en la fase a granel se baja, algo de la sustancia absorbida cambia al estado a granel.

Aplicacin industrial y equiposUtilizado para eliminar sustancias qumicas dainas del suelo y otros elementos como lodo o sedimentos, utilizando calor para transformarlas en gases . Tambin se aplica en la destilacin sbita. Los procesos qumicos en los que se aplica la absorcin es la eliminacin de gases cidos; secado del cloro (con H2SO4).

Los aparatos empleados en estas tcnicas son columnas en las que no se requiere caldera y tampoco hace falta colocar ningn refrigerante. Dos tipos:- Columnas de relleno.- Columnas de platos.Se diferencian de las anteriores en que se colocan dispositivos para facilitar el contacto entre las fases. Se colocan en la parte superior torres de pulverizacin. Tambin hay unos absorbedores especiales, los centrfugos, en los que se aplica una energa cintica adicional por rotacin al lquido.

FILTraCINEs la operacin Unitaria en la que el componente slido insoluble de una suspensin slido-lquido se separa del componente lquido haciendo pasar este ltimo a travs de una membrana porosa la cual retiene a los slidos en su superficie (filtracin de torta) o en su interior (Clarificacin), gracias a una diferencia de presin existente entre un lado y el otro de dicha membrana.

Mediante el paso forzado de este atreves de un medio filtrante o membrana sobre la cual depositan los slidos.

Es usada industrialmente, tiene varios tipos o clasificacin dependiendo de lo que se esta separando. Existen la filtracin por clarificacin, la filtracin por torta y las microfiltraciones y ultrafiltraciones.

APLICACIN INDUSTRIAL y equipoLa filtracin en la industria va desde un simple "colado" hasta separaciones muy complejas. Se utiliza en la industria farmacutica, para procesos de aguas residuales, industria alimenticia. Tambin se aprecia en la eliminacin del amoniaco y los nitritos del agua.

Los aparatos que se utilizan en filtracin, constan bsicamente de un soporte mecnico, conductos por los que entra y sale la dispersin y dispositivos para extraer la torta. Filtros prensa (discontinuo de presin): En estos se coloca una tela o una malla sobre placas verticales, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela.Filtro de arena: La filtracin por lecho de arena permite obtener un agua de gran calidad.Filtro de carbn activo: las partculas son retenidas por un lecho filtrante de silex y antracita.Ultrafiltracin: Es una operacin de separacin que comparte caractersticas de una filtracin comn y de la smosis inversa. EXTRACCIN LQUIDO - LQUIDOLa extraccin lquido-lquido, tambin conocida extraccin de solvente, es un proceso qumico empleado para separar componentes de una mezcla no homognea mediante la relacin de sus concentraciones en dos fases liquidas inmiscibles.

Se requiere que los dos lquidos que se ponen en contacto sean inmiscibles. Representa una solucin ventajosa con relacin a la destilacin porque permite extraer varias sustancias que tengan un grupo funcional parecido. Para no utilizar la destilacin con arrastre de vapor se emplea este mtodo.

APLICACIN INDUSTRIALLa extraccin lquido-lquido se utiliza en la industria del petrleo para la extraccin del asfalto mediante propano lquido.La extraccin slido-lquido tiene las siguientes aplicaciones: obtencin de aceites y grasas animales y vegetales, obtencin de extracto de materia vegetal y animal. Industria minera (lixiviacin), obtencin de azcar a partir de la remolacha.

- Se lleva a cabo la tcnica de extraccin cuando suponga un menor coste econmico.- Se utiliza como alternativa a la destilacin a vaco.- Extraccin con propano lquido (ms econmico).- Como substituto de mtodos qumicos.- Separacin de metales:*Uranio - Vanadio*Hafrio - Zirconio*Tungsteno - Molibdeno- Separacin de productos de fisin en procesos de energa atmica.- Purificacin de metales. Ejemplo: Cu- Purificacin de sustancias qumicas inorgnicas.

EQUIPOS DE EXTRACCINUtensilios de extraccin lquido-lquido- Columnas de relleno: han de utilizarse en contracorriente. Por arriba alimentacin y por abajo disolvente.- Columnas pulsadas: dotadas de movimiento de agitacin, es decir, columnas girando alrededor de ellas.- Columnas pulsadas horizontales: suelen tener placas perforadas .- Tanques agitadores: mezcladores combinados con decantadores .

Extractores por etapas: se utiliza es de dos tipos principalmente:cascadas de mezclado-sedimentacin de una y de varias etapastorres perforadas de varias etapas. Mezcladores: Son de dos tipos; mezcladores de flujo y tanques de mezclado.Sedimentadores: En la extraccin continua, la dispersin que sale del mezclador debe pasarse a un sedimentador o decantador, en donde ocurre cuando menos la ruptura primaria. Extractores diferenciales de contacto continuo.