Quiz 2 Procesos Quimicos

Página 1. Operaciones unitarias en los procesos químicos

OPERACIONES UNITARIAS: Estas tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada unidad de masa (reactivos) para conseguir una finalidad (productos).

Esta modificación se puede conseguir:

- Modificando su masa o composición.

- Modificando su nivel o cantidad de energía.

- Modificando las condiciones de movimiento: velocidad.

El estado de un cuerpo está absolutamente definido cuando están especificadas la cantidad de materia y composición, cuando conocemos su energía y cuando conocemos las componentes de la velocidad con las que dicho cuerpo está en movimiento; Estas magnitudes están determinadas por la ley de conservación de la materia, energía y cantidad de movimiento. Para transformar una cantidad de materia se producen transformaciones simultáneas de dos o más de estas propiedades, estas propiedades aunque se den simultáneamente, por lo general es una de ellas la que predomina sobre las otras.

De este modo para la clasificación de las operaciones unitarias se atiende a la propiedad que predomina en una transformación. En base a ello la clasificación se hace en dos grandes grupos:

- Operaciones unitarias físicas.

- Operaciones unitarias químicas.

Operaciones unitarias físicas: Tienen estas transferencias básicas;

- De transferencia de materia.

- De transferencia de energía.

- De transferencia simultánea de materia y energía.

- De transferencia de cantidad de movimiento.

- Complementarias.

En todas las operaciones unitarias hay en común el concepto de fuerza impulsora, la cantidad de la propiedad transferida por unidad de tiempo y por superficie, la cual es igual a la fuerza impulsora iniciado por la resistencia que se opone.

Vamos a estudiar la fuerza impulsora para los tres tipos de propiedades. Materia: la fuerza impulsora es igual a las diferencias de concentraciones, presiones... en el seno del fluido que estemos estudiando.

Energía: la fuerza impulsora se da cuando existe una diferencia de temperaturas en el seno de la masa.

Cantidad de movimiento: la fuerza impulsora es la diferencia de velocidades que existe entre dos zonas del fluido.

Operaciones unitarias químicas: La fuerza impulsora hay que considerarla en relación al aspecto termodinámico (lo que nos indica el avance de la reacción es G<0). En relación con el aspecto cinético, la velocidad de la reacción química depende de la temperatura y de las concentraciones de los reactivos.

Operaciones Unitarias físicas regidas por transferencia de materia: Están basadas en un fenómeno denominado difusión en donde las masas se ponen en movimiento o intentan mezclarse como consecuencia de que existen en el fluido gradientes de concentración; Cuando se colocan dos fases que no se encuentran en equilibrio en relación con un determinado componente lo que ocurre es que dicho componente se transfiere de una a otra intentando alcanzar el equilibrio. Aprovechando el fenómeno de la difusión se ponen en contacto fases distintas y lo que sucede es que los componentes van a intentar igualarse y se realiza el diseño de aparatos para lograr dicha separación, esta separación puede tener dos objetivos:

- Separar una sustancia que esté impurificando un fluido.

- Separar un compuesto que tenga un valor intrínseco mayor estando por libre.

También es posible la separación basándonos en la diferencia de velocidades de difusión a través de una membrana porosa, es necesario realizarlo en repetidas ocasiones y no siempre es más corriente la separación por transferencia entre fases.

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Destilación

Es la operación unitaria más utilizada en ingeniería química y consiste en separar 2 o más componentes de una mezcla líquida aprovechando sus diferencias en cuanto a la presión de vapor; Se supone una sustancia líquida a una determinada temperatura, parte de las moléculas de esta sustancia debido a que no todas tienen la misma velocidad, rompen la atracción de las moléculas del líquido y pueden pasar a la fase gaseosa; En la fase gas no todas las moléculas van a tener la misma energía, aquellas moléculas de las fase gaseosa con menor energía podrán ser atrapadas por el líquido y tendremos una situación de equilibrio entre el líquido y el gas; El manómetro no va a variar e indica la cantidad máxima de moléculas del líquido que podemos tener en la fase de vapor, existe la misma velocidad en las moléculas de líquido a vapor como de vapor a líquido.

La presión de vapor depende de la temperatura a que trabaje, de la naturaleza de la sustancia, las sustancias con menor tendencia a pasar a gas son menos volátiles, la cantidad máxima de moléculas en fase gas viene dada por la presión de vapor.

La mezcla líquida conseguirá separar los compuestos por su volatilidad, la presión de vapor es muy dependiente de la temperatura, a mayor temperatura mayor presión de vapor, hasta que esta se iguale con la presión exterior (1 atmósfera), en este punto el líquido comienza a ebullir, sí la mezcla está constituida por 2 componentes se llama mezcla binaria, sí hay más de 2 componentes se denomina mezcla multicomponente.

Destilación simple: Cuando el líquido está contenido en un recipiente denominado calderín, calentamos el líquido en su parte inferior, al calentar el líquido este se va evaporando y este vapor es expulsado; Es una destilación Discontinua.

Cuando tenemos una destilación simple continua, donde constantemente introducimos líquido en el calderín. También se calienta, pero en este caso también sale líquido además de vapor. El líquido que queda en el calderín se mantiene constante.

Destilación súbita o flash : el alimento se introduce a temperatura elevada, se le da calor externamente y se mantiene a una presión elevada pero sin que llegue a ebullición, entonces se pasa el líquido regulando la entrada en la columna con una válvula; Dentro de la columna se produce una expansión de los componentes más volátiles, y también una fase líquida más rica en los compuestos más volátiles, en este caso no existe caldera, estarán en equilibrio los componentes de vaporización y líquido dependiendo de las condiciones de entrada.

Regla de las fases: Enunciada por Josiah Willard Gibbs en el siglo XIX dice la relación que existe entre el número de componentes independientes, el número de fases y el de posibilidades de variación de un sistema en equilibrio.

- Componentes:C; número mínimo de sustancias que hay en el sistema y que son suficientes para definirlo.

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