Procesos de separación

1. PROCESOS DE SEPARACIÓN
INTRODUCCIÓN
En las industrias de procesos químicos y físicos, así como en las de procesos biológicos y de
alimentos,existenmuchassemejanzasencuantoa la formaen que los materialesde entradaode
alimentaciónse modificano se procesanpara obtenerlosmaterialesfinales,de salidaoproductos.
Es posible considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, aparentemente diferentes, y
clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas " Operaciones Unitarias",
siempre ycuando las transformacionesseananivel macroscópico.Estasoperacionesunitariasson
comunes a todos los tipos de industrias de proceso.
Un proceso puede ser cualquier conjunto de etapas u operaciones unitarias que apliquen
modificaciones de la composición química o ciertos cambios físicos en el material que se va a
preparar, aislar, mezclar, procesar, separar o purificar. Ya que cada una de las etapas que
constituyenunprocesose encuentrasujetaavariaciones,elencargadodelprocesodebeespecificar
también las condiciones exactas bajo las cuales debe llevarse a cabo cada etapa.
Cuandose planteael problemade separarloscomponentesque formanunamezclahomogénease
deben de aprovechar las diferencias que existen en las propiedades de los constituyentes que
formanla mezclapara efectuarsuseparación.Se debe analizarlasdiversaspropiedadesquímicasy
físicasde losconstituyentesconel objetode determinarencualesde esaspropiedadesse observa
una mayordiferenciaentre loscomponentes,yaque porlogeneral,cuantomayorseala diferencia
de alguna propiedad, más fácil y económica será la separación deseada.
Las operaciones unitarias se relacionan con los procesos de separación ya que se basan en las
diferenciasque existenenlaspropiedadesfísicasmásqueenlasquímicas.Talesprocesosdependen
de la diferencia de composición que presentan las fases en equilibrio o bien la diferencia de
velocidad de transferencia de masa que tienen los constituyentes de una mezcla.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
El objetivode losprocesosde separaciónes purificaruna solución.Parahacer estose debe causar
un transporte diferencial de lasespeciestal que la mezclapura puedaser recogida.La mayoría de
los procesos de separación involucra transporte diferencial.
Portanto, los procesosdeseparación sepueden definir como aquellasoperacionesque
transforman una mezcla desustanciasen doso másproductosquedifieren en composición.

2. ¿POR QUÉ SEPARAR?
Hay muchas razones por las cuales queremos sustancias puras.
• Necesidad de materiales puros para aplicaciones en ingeniería (semiconductores)
• Necesidad de materiales puros para su procesamiento
• Necesidad de remover toxinas o compuestos inactivos de una solución
• Necesidad de muestras ultra-puras como referencias
• Necesidad de análisis de componentes de una mezcla (ADN)
• Separación de materia prima en sus componentes (petróleo)
Basado enlasmotivacionesse puede dividirlasseparacionesentresáreas:
CARACTERISTICA DE LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN
• Agente de separación y principio de separación.
La alimentación consiste de unacorriente de materiaode variascorrientes.Haydosproductosque
difieren en composición; esto es consecuencia de la naturaleza fundamental de una separación
(Principio de separación).
La separación es causada por la adición de un agente de separación, que toma la forma de otra
corriente de materia o energía. Con frecuencia, el agente de separación provoca la formación de
una segundafase de materia.Unaseparacióntiene lugarsi lafase generadatiene unacomposición
diferente de la fase inicial (alimentación). Ejemplos:

3. DESCRIPCIÓN BÁSICA DE LAS OPERACIONES
Los procesosde separacióninvolucrandiferentesmodosde operación:
• Lote o Batch: no hayflujos
• Continua: Flujos continuos en la entrada y la salida
• Semi-continua: pausa en los flujos
Operaciones son clasificadas como operaciones claves o auxiliares
• Operación clave: involucra separación o reacción.
Ejemplos:destilación,reactor,separacionde fases
• Operacionesauxiliares: nohaycambioenlacomposiciónquímica.
Ejemplos:bombas,compresores, intercambiadoresde calor.
SELECCIÓN DE PROCESOS DE SEPARACION
 Propiedades físicas de los componentes.
 Estabilidad térmica: obtener un proceso que no sea afectado por la temperatura.
 Formación de espuma: algunas muestras pueden formar espumas por las propiedades
químicas y estas pueden afectar los equipos.
 Formaciónde productosde corrosión:si el productoescorrosivodañatodo,paraelloestán
las aleaciones.
 Diseño de ingeniería y desarrollo: si la operaciónes una de las ya establecidas,se puede
adquirir el equipo de diseño mecánico estándar. La diferencia de costes entre un
separador convencional que utiliza equipo auxiliar normalizado y un separador no
convencional que requiere desarrollo y ensayo puede ser excesiva.
 Costo fijo y deoperación: Loscostesfijoscomprendenloscostesdelequipoysuinstalación.
Los costes del equipo dependen grandemente de la complejidad geométrica, de los

4. materialesde construcciónyde lascondicionesde operaciónque hade soportar.El último
factor es favorable para los separadores que operan en condiciones ambientales. Cuando
se comparan diversos tipos de separadores es preciso incluir los costes del equipoauxiliar
(ejemplo: bombas,compresores,cambiadores de calor, etc.). Generalmente se necesitará
un separador adicional y su equipo auxiliar.
Mil quinientoskilogramosporhorade una mezclade bencenoytoluenoque contiene55% en
masa de bencenose separan,pordestilación,endosfracciones.Lavelocidadde flujomásicodel
bencenoenlaparte superiordel flujoesde 800 kg/hy la del toluenoenlaparte inferiordel flujo
esde 600 kg/h.La operaciónse llevaacabo enrégimenpermanente.Escribalosbalancesdel
bencenoydel toluenoparacalcularlasvelocidadesde flujonoconocidasde loscomponentesen
losflujosde salida.
El procesose efectúaenrégimenpermanente yporesoel términoacumulaciónde losbalancesde
masa escero. Comono ocurrenreaccionesquímicas,lostérminosde producciónyconsumoson
igualesacero.Por lo tanto,la ecuaciónde balance de masatoma la forma:Entrada = salida.
Balance parcial de masa de benceno:825 kg b/h= 800 kg b/h+ q2 → q2 = 25 kg b/hBalance
parcial de masa de tolueno:675 kg t/h= q1 + 600 kg t/h→q1 = 75 kg t/hComprobación:Balance
total de masa:1500 kg/h = 800 kg/h+ q1 + q2 + 600 kg/h→ 1500 kg/h= 800 kg/h+ 75 kg/h+ 25
kg/h+ 600 kg/h→ 1500 kg/h = 1500 kg/h Respuestas:25kg b/h y 75 kg t/h.