procesos de separación en ingeniería ambiental tema 1. introducciÓn a los procesos de separaciÓn...

Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN EN INGENIERÍA AMBIENTAL

Tema 1. Introducción a los Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

1. FENÓMENOS DE TRANSPORTE

2. CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES DE SEPARACIÓN

2.1. Según las fases que intervienen

2.2. Según el mecanismo controlante

2.3. Según el objetivo

3. TIPOS DE FLUJO. EXPERIMENTO DE REYNOLDS

3.1. Perfil de velocidades en los regímenes de circulación

4. MECANISMOS DE LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE

5. ECUACIONES CINÉTICAS EN EL TRANSPORTE MOLECULAR

5.1 Transporte de cantidad de movimiento. Ley de Newton

5.2 Transporte de energía. Ley de Fourier

5.3 Transporte de materia. Ley de Fick

6. TRANSPORTE TURBULENTO. COEFICIENTES DE TRANSPORTE

6.1 Coeficientes de transporte individual

6.2 Coeficientes de transporte globales



1. FENÓMENOS DE TRANSPORTE

Las tres propiedades extensivas y fenómenos de transporte son:

• Transporte de cantidad de movimiento ( N s)• Transmisión de energía ( J )• Transferencia de materia ( kg )

SuperficieTiempo

extensivapropiedaddeCantidadpropiedaddeFlujo



Fase Operaciones básicas

Gas-líquido AbsorciónDestilación/RectificaciónHumidificaciónEvaporación

Líquido-líquido ExtracciónÓsmosis/Ósmosis inversa

Líquido-sólido AdsorciónIntercambio iónicoLixiviación CristalizaciónFiltraciónSedimentaciónCentrifugación

Gas-sólido AdsorciónSecadoLiofilización

2.1 Según las fases que intervienen



2.2 Según el mecanismo controlante

Mecanismo Operaciones básicas

Transferencia de materia Destilación/RectificaciónAbsorciónAdsorciónExtracciónLixiviaciónIntercambio iónicoÓsmosis/Ósmosis inversa

Transmisión de calor Evaporación

Transferencia simultánea de materia y calor

HumidificaciónSecadoCristalizaciónLiofilización

Transporte de cantidad de movimiento

FiltraciónSedimentaciónCentrifugación




Objetivo Tipo de residuo Operación

Separación de fases Suspensiones, lechadasSuspensiones coloidalesLodos

Sedimentación, filtración, centrifugaciónUltrafiltraciónFiltración, centrifugación

Separación de metales y aniones solubles

Disoluciones Intercambio iónico, ósmosis inversa

Separación de compuestos orgánicos

Disoluciones acuosas Adsorción, extracción, ultrafiltración

Recuperación de disolventes

Disoluciones Destilación, arrastre por vapor, evaporación, ósmosis inversa

Eliminación de microorganismos patógenos

Disoluciones acuosas, lodos

Ultrafiltración

Separación de contaminantes

Corrientes gaseosas Adsorción, absorción gas-líquido

Separación de partículas sólidas

Corrientes gaseosas y efluentes líquidos

Sedimentación, centrifugación, filtración

Separación de partículas sólidas de pequeño tamaño

Efluentes líquidos, disoluciones coloidales y salinas

Microfiltración, ultrafiltración, ósmosis inversa


2.3 Según el objetivo


PRINCIPALES OPERACIONES DE SEPARACIÓN

Operación Objetivo Ejemplo de aplicación

Absorción Separación de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa mediante su disolución selectiva en un líquido

Absorción de amoniaco del aire en agua

Adsorción Separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante un sólido adsorbente

Adsorción de compuestos fenólicos en disolución acuosa con carbón activo

Centrifugación Separación de sólidos o líquidos de emulsiones o suspensiones por actuación de la fuerza centrífuga

Separación del agua mezclada con aceites vegetales en su proceso de extracción

Destilación Separación de una mezcla líquida por vaporización parcial de la misma y condensación del vapor generado

Obtención de etanol a partir de mezclas hidroalcohólicas

Evaporación Separación de los componentes volátiles de una disolución en la que el soluto es no volátil por generación de su vapor mediante calefacción

Concentración de zumos de frutas por eliminación de agua

Extracción Separación de los componentes de una mezcla líquida mediante un disolvente inmiscible con ella.

Extracción de aromáticos de los aceites lubricantes con furfural

Filtración Separación de las partículas suspendidas en un fluido mediante su retención sobre un material poroso

Tratamiento de aguas residuales mediante lechos de arena

Rectificación Separación, a través de sucesivas vaporizaciones parciales, de uno o varios componentes de una mezcla fluida mediante calefacción o enfriamiento

Separación del crudo petrolífero en fracciones de distinta volatilidad

Secado Separación de un líquido que impregna un sólido, mediante su vaporización en un gas, normalmente aire

Secado de materiales cerámicos porosos en corriente de aire caliente

Sedimentación Separación de partículas sólidas o gotas de un fluido por acción de la gravedad

Separación de lodos producidos en el tratamiento de aguas residuales



Otras operaciones de separación

FILTRACIÓN

SEDIMENTACIÓN

SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA

CICLÓN

EVAPORACIÓN

EXTRACCIÓN

CENTRIFUGACIÓN

RECTIFICACIÓN

ABSORCIÓN

DESORCIÓN

ADSORCIÓN

SECADO

HUMIDIFICACIÓN

INTERCAMBIO DE CALOR

ÓSMOSIS INVERSA

INTERCAMBIO IÓNICO


3. TIPOS DE FLUJO. EXPERIMENTO DE REYNOLDS

μ

v·D·ρRe

Re < 2100 régimen laminar2100 < Re < 4000 régimen de transiciónRe > 4000 régimen turbulento




5.1. Transporte de cantidad de movimiento. Ley de Newton


propiedadlade

ionconcentracdeGradiente

transportede

opiedad

flujode

densidadoFlujo Pr

Propiedades de transporte:

• Viscosidad: en el caso de transporte de cantidad de movimiento• Conductividad térmica o calorífica: en el caso de transporte de energía• Difusividad: en el caso de transporte de materia

dz

dv xzx ( N/m2 ) Ley de Newton

)N(zd

vdAAT x

zxzx

A

zd)v(d

zd

)v(dAT xx

zx

Viscosidad cinemática

Caudal


5.1. Transporte de energía. Ley de Fourier



sm

J

zd

Tdkq

2z Ley de Fourier

s

J

zd

TdAkAqQ zzCaudal

pc

k

difusividad calorífica

A

zd

Tcd

zd

)Tc(dAQ

ppz


5.1. Transporte de materia. Ley de Fick



zd

dDn A

ABAz

sm

kgA2

zd

CdDN A

ABAz sm

Amol2

s

Akg

AD

zdd

zd

dADAnm

AB

AAABAzAz

s

Amol

AD

zdCd

zd

CdADANM

AB

AAABAzAz



6. TRANSPORTE TURBULENTO. COEFICIENTES DE TRANSPORTE

6.1 Coeficientes de transporte individuales

6.2 Coeficientes de transporte globales

procesos de separación en ingeniería ambiental tema 1. introducciÓn a los procesos de separaciÓn...

Documents