Tema 2.- Conocimientos básicos de reactores químicos y de operaciones de separación. Introducción a los Procesos Químicos Industriales.

Tema 2.- Conocimientos básicos de reactores químicos y de operaciones de separación.
Introducción a los Procesos Químicos Industriales

Bibliografía Calleja, G. (ed.); García, F.; de Lucas, A. ; Prats, D.; Rodríguez, J.M. (1999) INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA , Ed.: Síntesis, Madrid. Costa, J.; Cervera, S.; Cunill, F.; Espulgas, S.; Mans, C.; Mata, J. (1993) CURSO DE QUÍMICA TÉCNICA, Ed.: Reverté, Barcelona. Seader J.D.; Henley, E.J. (2006) SEPARATION PROCESS PRINCIPLES,2ª Ed.: John Willey & Sons, In., Nueva York. Chapter 14: Membrane separations. Treybal, R.E. (1991) OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA, 2ª Ed.: McGraw Hill, México.

Índice El proceso químico Reactores químicos Operaciones de separación Operaciones complementarias

El proceso químico Definición: sucesión ordenada de operaciones físicas y químicas interconectadas con las que se transforman unos productos en otros a escala industrial.

El proceso químico Todos los procesos de la industria química se basan en tres cosas: - Ecuaciones de conservación. Balances de materia y energía. E-S+G-D=A - Termodinámica. El equilibrio. Hasta donde podemos llegar. La cinética. Es posible analizar cualquier proceso a la vista de estos tres conceptos exclusivamente.

Reactores químicos Definición: aparato o recipiente en el que tiene lugar una reacción química para la obtención de un determinado producto. Su forma, tamaño y condiciones de operación dependen mucho del tipo de reacción química. Clasificación: Número de fases. Homogéneos y heterogéneos Tipo de operación. Discontinuos, continuos o de flujo (tubular y de tanque agitado) y semicontinuos. Régimen térmico. Isotérmicos y adiabáticos.

Reactores químicos Clasificación:
Tipo de operación. Discontinuos, continuos o de flujo (tubular y de tanque agitado) y semicontinuos.

Modelos de flujo: mezcla perfecta y flujo pistón
Reactores químicos Modelos de flujo: mezcla perfecta y flujo pistón Mezcla perfecta: Mezcla total en el interior del reactor. El contenido del recipiente está perfectamente homogeneizado y a la misma temperatura en todos sus puntos. La materia que se extraiga del recipiente tendrá exactamente las mismas condiciones que hay en el seno de la mezcla. Flujo pistón: No hay mezcla en absoluto. Las materias en reacción se mueven del reactor sin que haya mezcla por difusión ni convección en la dirección del flujo. Dos puntos vecinos de la reacción en la dirección del flujo tienen condiciones distintas.

Reactor

FF Reactores químicos Tipos principales Reactor de tanque agitado
* Sistema perfectamente agitado para favorecer una buena mezcla del fluido reaccionante * Operación continua o discontinua * Producción pequeña o mediana (industria farmacéutica (dis)) * Amplio intervalo de T, P con y sin reflujo * R homogéneas en fase líquida, r en fase líquida que den algún producto sólido y r entre líquidos y gases que borbotean en la mezcla Tres formas de suministro de calor a un tanque agitado

Reactor

Reactores químicos Tipos principales Reactor tubular
* Principalmente para reacciones en fase gas * Puede contener catalizador sólido * En reacciones muy exotérmicas reactor multitubular

Reactor

Reactores químicos Tipos principales Reactor de lecho fijo
Reactor de lecho fluidizado Reactor de lecho móvil

Reactor de lecho fluidizado
Reactores químicos Reactor de lecho fluidizado * El sólido, finamente dividido, está continuamente mezclado por la acción del fluido (gas o líquido) que asciende a través del lecho. Comportamiento próximo al modelo de mezcla completa para el sólido. Vmf: velocidad mínima de fluidización Va: velocidad de arrastre

Reactor

Comparación reactores de lecho fijo y fluidizado
Reactores químicos Comparación reactores de lecho fijo y fluidizado Reactor de lecho fijo Reactor de lecho fluidizado Gradientes de T importantes (D pequeño) Tamaño de partícula grande (3–20 mm) Δ P moderado Catalizadores de “larga vida” Abrasión despreciable Sencillos de operar Cambio de escala fácil Coste relativamente bajo • Prácticamente isotermo (D grande) • Tamaño de partícula pequeño ( µm) • Δ P grande • Catalizadores de “vida corta” • Abrasión importante • Difíciles de operar • Cambio de escala difícil • Coste relativamente alto

Operaciones de separación
Definición y clasificación Una operación básica (operación unitaria física) es cada una de las operaciones o etapas individuales con una función específica diferenciada que, coordinadas, permiten llevar a cabo un proceso químico-industrial. Se distinguen: Operaciones basadas en flujo de fluidos (Flujo alrededor de cuerpos sumergidos en el seno del fluido) Operaciones de separación por transferencia de materia (Una corriente-alimento formada por una mezcla de compuestos en una fase única se separa en dos o más corrientes-producto de diferente composición) • Controladas por el equilibrio • Controladas por el mecanismo de transporte (separación a través de membranas)

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Filtración: Es la separación de partículas sólidas existentes en una suspensión, líquida o gaseosa, haciéndola pasar a través de un medio filtrante (placa porosa, lecho poroso previo, etc.). El fluido atraviesa los huecos del medio filtrante, mientras que las partículas sólidas quedan retenidas. Sedimentación: Es la separación de partículas sólidas existentes en una suspensión -normalmente líquida- por acción de la gravedad, al dejar la suspensión en reposo. Se requiere que la densidad del sólido sea mayor que la del fluido, y que las partículas tengan un tamaño suficiente y unas propiedades adecuadas. Centrifugación: Denominada también sedimentación centrífuga. Actúa una fuerza centrífuga en la separación, mucho mayor que la gravedad. Esto conlleva mayor efectividad en la separación, menor tiempo de operación y coste (energético) considerablemente mayor.

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Fluidización: Es la suspensión de partículas sólidas de un lecho en el seno de un fluido que lo atraviesa en dirección ascendente. Transporte neumático: Es el arrastre y transporte de partículas sólidas por un fluido –normalmente gas- en condiciones de velocidad superiores a las de un lecho fluidizado. Clasificación hidráulica: Es la separación de partículas sólidas en función de su tamaño, basada en el efecto de transporte y arrastre que ejerce un líquido. En la separación neumática, similar al transporte neumático, el fluido portador es un gas (normalmente aire). Flotación: Es la separación de las partículas sólidas de una mezcla heterogénea de partículas sólidas (de densidades diferentes), por la acción selectiva de las fuerzas de flotación. Agentes de flotación. Separación de minerales (mena y ganga).

Operaciones de separación Operaciones basadas en flujo de fluidos
Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Operación Principales fuerzas que actúan Fluido habitual Filtración Sedimentación Centrifugación Fluidización Transporte neumático Clasificación hidráulica Flotación Gravedad Gravedad, rozamiento Centrífuga Gravedad, rozamiento, inercia Gravedad, rozamiento, inercia Gravedad, rozamiento, inercia, flotación Gravedad, flotación Líquido o gas Líquido Gas

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Filtración Medio filtrante y filtrado Torta Filtros de presión Filtros de vacío Filtros centrífugos Filtros continuos y discontinuos Filtración en torta y filtración en profundidad o filtros clarificadores

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Filtración- Equipos de filtración Selección: Coste global mínimo. Resistencia específica de la torta filtrante y cantidad y concentración de sólidos de la suspensión a filtrar. Filtros de gravedad Filtros de presión

Filtros

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Filtración- Equipos de filtración Filtros de vacío Rotatorio de tambor Rotatorio de discos Filtros centrífugos

Producción de pasta

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Sedimentación Cuanto mayor sea la diferencia entre la densidad del sólido y la del fluido, más fácil será la separación. Limitaciones relacionadas con la naturaleza de la suspensión, si existen fuerzas de interacción entre partículas (suspensión de tipo coloidal) la sedimentación no es posible y se debe proceder a la coagulación o floculación de las partículas. Valores mínimos para que la sedimentación sea viable Tamaño de las partículas: 1 y 10 µm Concentración de partículas: 0,2% de sólido Sedimentación libre (suspensión muy diluida y relación entre dp y D es muy pequeña, 1/200) Sedimentación impedida

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Sedimentación- Equipos de sedimentación industrial Sedimentador

Sedimentación

Operaciones sólido-fluido basadas en el flujo externo Centrifugación Centrífugas Ciclón Filtro centrífugo cónico

Producción de pasta

Centrífugación

Flotación

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Clasificación: según las fases que intervienen Gas-líquido: Absorción/desabsorción Rectificación Humidificación/deshumidificación Evaporación Líquido-líquido: Extracción líquido-líquido Líquido-sólido: Adsorción/desorción Intercambio iónico Lixiviación (extracción líquido-sólido) Cristalización Gas-sólido: Adsorción/desorción Secado Liofilización

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Clasificación: según el mecanismo controlante Transferencia de materia: Rectificación Absorción/desabsorción Adsorción/desorción Extracción Lixiviación Intercambio iónico Transmisión de calor: Evaporación Transferencia de materia + Transmisión de calor: Humidificación/deshumidificación Secado Cristalización Liofilización

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Operación: flujo en paralelo, flujo en contracorriente y flujo cruzado Contacto continuo Flujo en paralelo Contacto intermitente Flujo en contracorriente

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Operación: flujo en paralelo, flujo en contracorriente y flujo cruzado Contacto continuo Contacto repetido Flujo cruzado

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Absorción: Separación de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa mediante su disolución selectiva en un líquido. (Ej.: absorción de NH3 del aire en agua.) Desabsorción: Separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida mediante un gas. (Ej.: tratamiento de aguas contaminadas por compuestos volátiles mediante arrastre con aire.) (Stripping) Destilación: Separación de una mezcla líquida por vaporización parcial de la misma y condensación del vapor generado. (Ej.: obtención de alcohol etílico a partir de mezclas hidroalcohólicas.) Rectificación: Separación, a través de sucesivas vaporizaciones parciales, de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante la calefacción o enfriamiento de ésta. (Ej.: separación del crudo del petróleo en fracciones petrolíferas de distinta volatilidad.)

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Humidificación del aire (Enfriamiento de agua): Transferencia de agua desde una corriente acuosa a una de aire mediante su evaporación parcial sin aporte de calor del exterior. (Ej.: acondicionamiento del aire, refrigeración del agua en una torre de una central térmica.) Deshumidificación del aire: Separación parcial del vapor de agua contenido en un aire húmedo mediante agua a una temperatura suficientemente baja. (Ej.: acondicionamiento del aire.) Evaporación: Separación de los componentes volátiles de una disolución en la que el soluto no es volátil por generación de su vapor a partir de la misma mediante calefacción. (Ej.: concentración de zumos de frutas por eliminación del agua.)

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Extracción: Separación de los componentes de una mezcla líquida mediante un disolvente inmiscible con ella. (Ej.: extracción de aromáticos de los aceites lubricantes con furfural.) Lixiviación: Separación de uno o varios componentes contenidos en un sólido mediante un disolvente. (Ej.: separación de aceite de soja por disolución en n-hexano) Adsorción: Separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante un sólido adsorbente. (Ej.: adsorción de compuestos fenólicos en disolución acuosa con carbón activo.) Desorción: Separación de las sustancias adsorbidas sobre un sólido mediante un disolvente, gas o líquido (Ej.: recuperación de olefinas previamente separadas de una fracción petrolífera por adsorción en zeolitas.)

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Intercambio iónico: Separación de los iones de una fase líquida mediante su intercambio con iones presentes en una fase sólida inmiscible (resina). (Ej.: reducción de la dureza para el agua de calderas.) Cristalización: Separación de un soluto de una disolución líquida mediante el contacto con un sólido generado a partir de la misma. (Ej.: obtención de cloruro sódico del agua del mar.) Secado: Separación de un líquido que impregna un sólido, mediante su vaporización en un gas, normalmente aire. (Ej.: secado de materiales cerámicos porosos en corriente de aire caliente.) Liofilización: Secado de un producto congelado mediante la sublimación del disolvente a vacío. (Ej.: liofilización de la jalea real.)

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Absorción Objetivo: Separación de un componente soluble (soluto) de una mezcla gas mediante un líquido absorbente. Principio para la separación: Solubilidad del soluto en el líquido absorbente. Factores: Normalmente al aumentar la temperatura la solubilidad disminuye y al aumentar la presión la solubilidad aumenta. Características del absorbente: Buen absorbente (selectivo al soluto), poco volátil, barato, no corrosivo, estable, con baja viscosidad, no espumante y no inflamable.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Absorción Equipo: columnas de platos y columnas de relleno Ejemplos: Recuperación de productos de corrientes gaseosas con fines de producción (ácido sulfúrico: absorción de SO3 para obtener H2SO4 de alta concentración). Control de emisiones contaminantes a la atmósfera (separación de CO2 en disoluciones de etanolaminas).

Absorción

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Destilación Objetivo: Separación de los componentes de una mezcla líquida por vaporización parcial de sus componentes. Principio para la separación: Equilibrio líquido-vapor.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Destilación Tipos: Diferencial abierta, súbita (flash) y rectificación continua. Destilación diferencial abierta Destilación súbita (flash)

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Destilación Rectificación continua Esquema de las corrientes en los platos de una columna Columna de rectificación de platos

Torres de destilación

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Extracción líquido-líquido Objetivo: Separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida mediante un disolvente líquido inmiscible. Principio para la separación: Equilibrio de solubilidad del soluto entre las dos fases líquidas inmiscibles (diluyente y disolvente). Factores: Normalmente al aumentar la temperatura la solubilidad de las dos fases líquidas inmiscibles aumenta (temperatura crítica) y la presión tiene un pequeño efecto, pero debe ser lo suficientemente alta para que los componentes estén en fase líquida. Características del disolvente: Selectividad, coeficiente de distribución, insolubilidad con el diluyente, densidad diferente al diluyente, alta tensión interfacial, barato, no corrosivo, estable, con baja viscosidad y no inflamable. Corrientes líquidas resultantes: refinado (mezcla de la que se han extraído los solutos) y extracto (mezcla de disolvente y solutos).

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Extracción líquido-líquido Extractores: Columna de platos perforados Torre agitada

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Extracción líquido-líquido Aplicaciones: Separación de ácidos grasos de aceites con propano líquido (agroalimentaria), separación de penicilina de las mezclas de fermentación (farmacéutica) y desaromatizado de queroseno con sulfuro de carbono (refinerías de petróleo). Ventajas: Es una alternativa a la destilación sobre todo para mezclas concentradas, se suele realizar a temperatura ambiente y elegir el disolvente más adecuado. Inconvenientes: Separar el soluto y recircular el disolvente al final del proceso. Inevitables pérdidas de disolvente. Extracción supercrítica El disolvente es un fluido supercrítico (presión y temperatura superiores a las del punto crítico líquido-vapor del disolvente). CO2 (Pc = 7,4 MPa, Tc= 31 ºC). El disolvente tiene las ventajas de un líquido (elevada densidad, lo que mejora su capacidad disolvente) y las ventajas de un vapor (elevada difusividad y escasa o nula tensión superficial, lo que favorece la velocidad de transferencia de materia).

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Extracción sólido-líquido (lixiviación) Objetivo: Separación de uno o varios solutos contenidos en una fase sólida mediante un disolvente líquido que los disuelve selectivamente. Principio para la separación: Disolución selectiva de componentes de la fase sólida por el disolvente. Factores: Tamaño del sólido, disolvente, temperatura y agitación. Aplicaciones: Industria azucarera: separación del azúcar de la remolacha con agua caliente, Aceites vegetales: separación del aceite de soja o de girasol con hexano, Minería: Separación de cobre con ácido sulfúrico o disoluciones amoniacales.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Extracción sólido-líquido (lixiviación) Equipos de lixiviación: Extracción supercrítica: Café descafeinado, extractos de lúpulo. Lecho fijo Tanques agitados

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Adsorción Objetivo: Separación de uno o varios componentes (soluto- adsorbato) de una fase fluida (gas o líquido) mediante su retención en la superficie de un sólido (sólido adsorbente). Principio para la separación: Distribución del adsorbato entre la fase fluida y la fase sólida. Factores: Al aumentar la temperatura la adsorción disminuye y al aumentar la presión la adsorción aumenta. Aplicaciones: Fase líquida: purificación de aguas con un lecho de carbón activo. Fase gas: desulfuración de gas natural (eliminación de H2S) y recuperación de vapores del disolvente. Adsorbentes: alúmina, sílice, carbón activado, zeolitas ... Propiedades de los adsorbentes: Superficie específica, Sg (superficie accesible por unidad de masa del sólido, en algunos casos hasta 2000 m2/g). Adsorción física y reversible (regeneración-desorción).

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Adsorción Adsorción física y reversible (regeneración-desorción). Ventajas: Bajo consumo energético, flexibilidad para elegir el adsorbente más adecuado y la selectividad que puede lograrse. Purificación de corrientes fluidas. Inconvenientes: Dificultades en la regeneración del adsorbente, sensibilidad a la presencia de impurezas. Separación de mezclas (concentraciones iniciales>10%.) PSA, “Pressure Swing Adsorption”

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Intercambio iónico Objetivo: Retirar algunos iones de una disolución fijándose sobre un sólido al tiempo que otros, procedentes del sólido, se introducen en la disolución, de modo que la disolución mantiene su neutralidad de carga eléctrica. Sólidos intercambiadores de iones: Estructura porosa y naturaleza eléctrica, con iones móviles capaces de incorporarse a la disolución (Na+, K+, Ca2+, H+, …; Cl-, OH-, …). Zeolitas naturales, resinas y polímeros sintéticos. Aplicaciones: Tratamiento de aguas (potabilización y depuración de efluentes acuosos). En el ablandamiento de aguas duras (eliminación de Ca2+ y Mg2+), las resinas ácidas o resinas de intercambio catiónico permiten retener los iones alcalinotérreos y liberar los iones H+. En la eliminación de aniones de ácidos se utilizan resinas básicas o resinas de intercambio aniónico, que normalmente liberan OH-. Regeneración de las resinas.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Intercambio iónico Esquema de instalación para la eliminación de cationes y aniones del agua (agua desmineralizada)

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Evaporación Objetivo: Concentración del soluto no volátil de una disolución eliminando parte del disolvente por ebullición. Principio de separación: Controla la transmisión de calor. Aplicaciones: Obtener disoluciones concentradas ej. Zumos concentrados. Obtener el disolvente: ej. Agua potable (desalinización). Alimentos y productos farmacéuticos: Bajas temperaturas y cortos tiempos de contacto. Trabajar a vacío y evaporadores de película descendente.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Evaporación Evaporador de efecto simple Evaporador de efecto múltiple

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Secado Objetivo: Separación de un líquido volátil de un sólido no volátil por vaporización. Comparación con evaporación: En el secado menor cantidad de líquido eliminado y temperatura menor, en el secado no es necesario alcanzar la ebullición. Factores: Características del sólido, contenido del líquido en la materia a secar, tamaño de partícula del sólido,… Aplicaciones: Industria agroalimentaria (por debajo de un 10 % de humedad los microorganismos ya no son activos y con una humedad inferior al 5% los alimentos conservan mejor las propiedades nutritivas y los aromas). Liofilización: Para evitar que los productos sufran las alteraciones térmicas de un secado convencional, se secan congelados mediante sublimación del disolvente a vacío. Aplicación: industria farmacéutica y alimentaria.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Secado - Equipos Secadero rotatorio (calefacción directa) Secadero de túnel Secadero de tambor (calefacción indirecta) Secadero de pulverización

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Cristalización Objetivo: Transferencia de un soluto desde una disolución a una fase sólida cristalina del mismo, mediante un cambio en la temperatura y/o en la concentración. Procedimiento más habitual: Concentrar la disolución y después enfriarla en condiciones controladas. La concentración de soluto supera el valor de solubilidad a esa temperatura y a partir de la disolución sobresaturada se produce la formación de los cristales. Factores: Pureza de los cristales, rendimiento del proceso y en ocasiones forma y tamaño de los cristales. Compromiso entre pureza y rendimiento: para aumentar la pureza se lavan los cristales para eliminar restos de disolución, en el proceso de lavado se disuelven parte de los sólidos y por tanto el rendimiento disminuye.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Cristalización - Equipo Cristalizador-evaporador

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Humidificación y deshumidificación de aire y enfriamiento de agua Humidificación de aire: El agua se vaporiza y pasa al aire, aumentando su humedad. Deshumidificación de aire: El vapor de agua condensa y disminuye la humedad del aire. Enfriamiento de agua: Vaporización parcial del agua, enfriándose el resto del agua líquida adiabáticamente. Principio para la separación: Controla tanto la transferencia de materia como la transmisión de calor.

Operaciones de separación por transferencia de materia-Controladas por el equilibrio Enfriamiento de agua - Equipo Torre de enfriamiento de agua (tiro natural) Torre de enfriamiento de agua (tiro forzado)

Separación a través de membranas Aspectos distintivos: * No se fundamentan en el equilibrio termodinámico entre fases sino en fenómenos cinéticos. * Existe un medio ajeno al sistema que actúa como barrera de separación entre la corriente alimento y la corriente producto (membrana). Membrana: barrera semipermeable que modifica o impide la circulación a su través de alguno de los componentes de la mezcla, favoreciendo así la cinética de la separación

Membrana Separación a través de membranas Barrera semipermeable Una membrana es una barrera semipermeable a través de la cual pueden pasar una o varias especies de manera selectiva. B Alim A+B Retenido A Permeado, B Barrido Permeado: Corriente que atraviesa la membrana Retenido: Corriente que no atraviesa la membrana, empobrecida en el componente que permea preferencialmente Barrido: Corriente opcional que se introduce en el lado del permeado para arrastrarlo y/o reducir la presión parcial del componente que permea preferencialmente

Separación a través de membranas - Operaciones Difusión de gases: Regimen mixto difusión ordinaria-difusión Knudsen a través de un sólido poroso, donde la difusión efectiva depende del peso molecular del gas y del tamaño de poros de la membrana. Difusión ordinaria (Flujo viscoso): El diámetro de poro es mucho mayor que el recorrido libre medio de las moléculas. No hay choques con la pared del poro. Difusión Knudsen: Son muy importantes los choques con la pared del poro. El tamaño de poro es menor que el recorrido medio de las moléculas. Ej.: Separación de isótopos de hexafluoruro de uranio (UF6) (235U y 238U ) Permeación de gases: Separación de gases por su naturaleza química a través de un membrana sólida no porosa (normalmente un polímero orgánico) en el cual tienen diferente difusividad y solubilidad. Ej.: Separación de hidrógeno de otros componentes utilizando membranas de Pd.

Separación a través de membranas - Operaciones Diálisis: Difusión de moléculas de distinto tamaño contenidas en líquidos a través de membranas porosas. Ej.: Reducción del contenido alcohólico de la cerveza y eliminación de compuestos tóxicos de la sangre (urea, ácido úrico,…) actuando como riñón artificial (hemodiálisis). Electrodiálisis: Similar a la diálisis, pero utilizando la energía eléctrica como fuerza impulsora. Ósmosis: a) Ósmosis b) Ósmosis inversa

Separación a través de membranas - Operaciones Ósmosis inversa: Se emplean membranas semipermeables que permiten el paso de disolventes, pero impiden el de los solutos de bajo peso molecular, siendo la fuerza impulsora un gradiente de presión superior e inverso a la presión osmótica. Ej.: Potabilización del agua de mar, separando las sales disueltas, pues solo las moléculas de agua pueden atravesar la membrana semipermeable. Ultrafiltración: Separación de solutos de alto peso molecular de los líquidos en los que se encuentran mediante el uso de membranas poliméricas semipermeables que discriminan el paso de los compuestos según el tamaño, forma o estructura química de su molécula. Ej.: Esterilización de vinos.

Separación a través de membranas - Resumen

Separación a través de membranas - Características No proporcionan una separación completa de los componentes de la mezcla (purezas y rendimientos moderados). En la selección de las membranas se debe llegar a un compromiso entre selectividad de la membrana para la separación y la velocidad de paso. Degradación y contaminación de las membranas. Configuraciones: plana, arrolladas en espiral y fibras huecas (hollow-fibers).

Separación a través de membranas – Tipos de membranas Planas Tubulares (Ø= 0,5 a 5 cm L = hasta 6 m) Capilares (hollow-fiber) (Ø= 85 µm, L=1,2 m) Monolitos

Separación a través de membranas – Módulos de membranas Membranas planas Tubulares Espiral “Spiral wound” Placas Capilares (hollow-fiber)

Operaciones complementarias
Trituración y molienda Tamizado Mezclado de sólidos y pastas Almacenaje de materiales Intercambiadores de calor

Operaciones complementarias

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