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PROCESOS DE SEPARACIÓN

Facilitador: Ing. Zoraida Carrasquero MSc.

Contenido

• Introducción

• Operaciones Unitarias

1 Operaciones claves1. Operaciones claves

2. Operaciones auxiliares

• Características de las operaciones unitarias

1. Principio de la separación

2. Agente de separación

3. Factor de separación: selectividad

• Clasificación de las operaciones unitarias

1. En función de la forma de contacto

2. En función del tipo de separación

3. En función de la forma de contacto

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4. En función de las fases implicadas

5. En función de su aplicación y/o importancia

• Aplicaciones de los procesos de separación

• Criterios para la selección de los procesos de separación

Los procesos de separación se refiere a todas aquellas actividades que

busca separar y clasificar las diferentes sustancias que constituyen un flujo

de alimentación o materia prima, utilizado en un proceso industrial o de

laboratorio para obtener productos distintos y de mayor valor agregadolaboratorio para obtener productos distintos y de mayor valor agregado.

Estos procesos se realizan en equipos integrados que trabajan como

unidades propias, dando origen al concepto de Operaciones Unitarias.

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Procesos de Separación              Transformación de materia prima enproducto

PROCESOS  FÍSICOSPROCESOS QUÍMICOSMateria 

PrimaProductos

Subproductos

PROCESOS FÍSICOSPROCESOS QUÍMICOS

QRecirculación interna

RECIRCULACIÓN A OTRA INDUSTRIA

Suministros y servicios

ElectricidadAguaCombustibleAire

Residuos

Las operaciones unitarias son cada una de las etapas con una función

especifica donde se consigue la separación y/o transformación de

materiales utilizando principios científicos comunes para que ocurran los

procesos.

Se puede aplicar calor y lograr diferencias de temperaturas, Transferencia

de Calor

Otros basados en el esfuerzo o tensión mecánica aplicada y diferencias de

presión, Transferencia de cantidad de movimiento

y finalmente diferencias de concentración y difusividad química,

Transferencia de materia.

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Cada operación unitaria tiene un fuerza impulsora, un gradiente de alguna

propiedad, que da cuenta del mecanismo principal de transferencia

Caso Mecanismo Gradiente Impulsor

Transferencia de 

materia

Difusión Concentración

Transferencia de Calor

Conducción, 

convección y 

radiación

Temperatura

Transferencia de 

cantidad de 

movimiento

rozamiento Velocidad

Las operaciones unitarias pueden ser de dos tipos:

• Operaciones claves: aquellas donde ocurre la reacción química, la

ió d f l ió d d í iseparación de fases y la separación de productos químicos.

DestilaciónAbsorción

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• Operaciones auxiliares: donde se suministra o retira calor, suministra o

retira trabajo, se aglomeran los sólidos por reducción de tamaño o se

separan los sólidos por tamaño.

Operación clave

Operación Auxiliar

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Operación clave

Operación Auxiliar

Características de los procesos de separación

Principio de la separación

Indica en que se basa la operación unitaria para que ocurra la separaciónIndica en que se basa la operación unitaria para que ocurra la separación.

Destilación → Diferencia de puntos de ebullición

Absorción → Solubilidad preferencial

Evaporación → Diferencia de volatilidad

Cristalización → Diferencia de tendencias a la cristalización

Secado de sólidos → Evaporación de aguaSecado de sólidos → Evaporación de agua

Sedimentación → Diferencia de densidad

Lixiviación → Solubilidad preferencial

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Agente de separación

Se encarga de crear o adicionar una segunda fase para promover la

separación de los componentes que constituyen la mezcla original.

1. Agente de separación de materia: 

• Puede ser parcialmente inmiscible con una o mas  de las especies 

de la mezcla

• Es generalmente el componente de mayor concentración

2. Agente de separación de energía:

• Transferencia de calor y/o trabajo hacia o desde la mezcla objeto 

de separación.

• Se puede generar una segunda fase por reducción de la presión.

Factor de separación

Es el grado de separación que puede obtenerse con cualquier proceso de

separación en particular y se define en función de las composiciones de los

productos

donde:

αsij : factor de separación entre los componentes i y jij p p y j

1 y 2  : fases en las cuales esta presente el componente

i y j   : componentes presentes en la mezcla original

x : fracción molar de los componentes

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αsij = 1  Ninguna separación  de los componentes i y j tiene  lugar

αsij > 1 El componente i tiende a concentrarse preferentemente en el

producto 1 y el componente j tiende a concentrarse preferentemente en el

producto 2

αsij < 1 El componente j tiende a concentrarse en el producto 1 más que

el componente i y el componente i tiende a concentrarse en el producto 2

mas que el componente jmas que el componente j

Clasificación de las operaciones unitarias

Las operaciones unitarias se pueden clasificar de acuerdo a:

• Su forma de contacto

Operación continua• Entrada y salida continua de las corrientes• Régimen estacionario, el tiempo no es una

variable

Operación discontinua• Periodos

a. Cargab. Transformaciónc. Descarga

• Régimen no estacionario, el tiempo es una variable• No ha entrada ni salida contin a de corrientes• No hay entrada ni salida continua de corrientes

Operación semicontinua• Entrada y salida continua de alguna corrientes• Periodos de carga, transformación y descarga para el

resto.• Régimen no estacionario, el tiempo es una variable.

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• Al tipo de circulación

Operación con flujo en paraleloLas dos fases fluyen en el mismo sentido

Operación con flujocruzadoLas fases fluyen enforma perpendicular

Operación con flujo en contracorrienteLas fases fluyen en sentido contrario

• A la propiedad que se transfiere

Transferencia de materia: destilación, absorción, extracción líquido –

líquidoq

Transferencia de calor: intercambiadores de calor, evaporación

Transferencia de cantidad de movimiento: fluidización, centrifugación,

filtración.

Transferencia simultanea de calor y masa: secado, humidificación,

cristalización

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• A las fases implicadas

Vapor – líquido: destilación, absorción, evaporación

Líquido – líquido: extracción líquido – líquido

Vapor ‐ sólido: adsorción, secado de sólidos

Sólido – líquido: cristalización, lixiviación, intercambio iónico

• A su aplicación

Separación: intercambio iónico, sedimentación, osmosis inversa

Conservación: liofilización, pasteurización

• A su importancia

Destilación, extracción líquida líquida, absorción gaseosa, lixiviación

adsorción humidificación‐deshumidificación secado cristalizaciónadsorción, humidificación‐deshumidificación, secado, cristalización,

evaporación

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Aplicaciones de los procesos de separación

1. En la industria de alimentaria

2. En la industria farmacéutica

3. En la Industria petrolera

4. Petroquímica

5. Minería

6. Ambiente

Criterios para la selección de los procesos de separación

• Composición de la alimentación y pureza deseada de los productos

• Propiedad de los componentes puros: presión de vapor, punto de 

ebullición de fusión solubilidad en determinado solvente densidadebullición, de fusión, solubilidad en determinado solvente, densidad.

• Estabilidad térmica

• Formación de espuma

• Formación de productos corrosivos

• Diseño, ingeniería y desarrollo :  disponibilidad comercial

• Costos fijos : inversión, instalación, costos de mantenimiento.

• Operatividad y seguridad

• Implicaciones ambientales

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Factores con influencia en la selección de los procesos de separación

Alimentación: 

• Composición (Concentración), Flujo, T, P, Fase 

Producto:

• Pureza, T, P, fase

Diferencia de propiedades de los componentes:

• Moleculares, termodinámicas, de transporte

Características de la operación:

• Escalado, equipo, condiciones de operación, costo    energético, saber –hacer (know‐how)

Referencias Bibliográficas

1. KING, J. (1988). Procesos de separación. Editorial Reverté. Edición en

español.

2. FOUST, A.; WENZEL,L.; CLUMP, C.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B. (1980)

Principles of Unit Operations. Segunda Edición. John Wiley & Sons

editores.

3. McCABE, W.; SMITH, J.; HARRIOTT, P. (2007) Operaciones unitarias en

ingeniería química. Editorial McGraw Hill. Séptima Edición.

4. GEANKOPLIS, C. J. (1998) Procesos de transporte y operaciones

unitarias. Tercera edición. Editorial Cecsa

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Referencias Bibliográficas (Cont.)

5. TREYBAL R. (1980). Operaciones de transferencia de masa. Segunda

edición. Editorial McGraw Hill.

6. WANKAT, P. (2008) Ingeniería de procesos de separación. Segunda

Edición. Editorial Prentice Hall..

7. MARCILLA GOMIS, A. (1998). Introducción a las operaciones de

separación. Calculo por etapas de equilibrio. Publicaciones de la

Universidad de Alicante. Edición electrónica Espagrafic.

8. PERRY R., H.; GREEN, D. W.; MALONEY, J. O. (1998). Manual del

Ingeniero Quimico. Sexta Edición. Editorial McGraw Hill