Procesos de Separacion

La separación de mezclas químicas en sus componentes es un arte muy antiguo.

Se conoce desde milenios la extracción de metales, obtención de perfumes de flores, evaporación del agua de mar para obtener sal, destilar licores, etc.

El cuerpo humano no podría funcionar si los riñones que es una membrana permselectiva.

Los procesos de separación son fundamentales para los ingenieros químicos y los ingenieros de procesos.

Figura Nº 1.- Procesos Quimicos

En los Procesos Quìmicos:

La reacción es el núcleo de los procesos industriales, sin embargo en términos de costos los procesos de separación pueden llegar a ser el factor preponderante.

Los procesos de separación pueden llegar a costar del 50 al 90 % del costo total de separación en industrias de proceso.

La energía consumida en la industria química y de refinación de petróleo en los Estados Unidos, en 1984, fue de 3 MMBPD crudo. De ellos correspondió el 30% a los procesos de separación

Más del 95 % de la energía consumida en la refinación de petróleo y en las industrias química y de papel se gastan en los procesos de destilación y de evaporación.

Mecanismos de Separacion

La separación de diversas especies químicas no es un proceso espontaneo, se logra a costa de energía.

Mezclas a ser separadas se originan como fase homogenea.

Si se tiene más de una fase inmiscible se suele emplear un medio mecánico (gravedad, fuerza centrífuga, reducción presión, campos magnéticos, campos electricos) para separar las fases. A continuación se emplean los procesos de separación.

Figura Nº 2.- Proceso General de Separacion

Tecnologìas para los Procesos de Separacion

a.-Separación por creacion de fase

b.-Separación por adicion de fase

c.-Separación por barrera

d.-Separación por medio de agente sólido.

e.-Separación por campo de fuerza o gradiente.

Mezcla homogenea, monofásica.

Se añade 2° Fase.

Puede ser:

Agente de Separación Energía (intercambio de calor y trabajo) (ESA)

Agente de Separación Masa MSA (el agente puede ser parcialmente soluble o

completamente miscible)

Figura Nº 3.- Separacion por Creacion de Fase

Figura Nº 4-5 .- Procesos de Separacion basados en Creacion o Adicion de Fase

Criterios de Seleccion para la Separacion

Desarrollo de un proceso de separacion requiere selección de:

Metodo de Separación

Energia o Masa como Agente de Transferencia Masa

Equipo Separación

Arreglo o secuenciamiento óptimo de los equipos

Optimización condiciones operativas

Método de separacion.- Para selecionarlos debe considerarse en la condición de la alimentación

Mezclas de vapores se separan con condensación parcial, destilación, absorción, adsorción.

Mezclas de líquidos se separan con flasheos, destilación, stripping, extracción líquido-líquido, extracción Fluidos Supercríticos, cristalización, adsorción y/o osmosis inversa.

Sólidos se separan por secado o por leaching

Factor Separación (SF).- Se debe lograr en un proceso

Si la Fase I debe ser rica componente 1 y Fase II debe ser rica en componente 2 SF debe ser grande.

Para destilación SF es igual a la volatidad relativa.

Los componentes 1 y 2 se seleccionan d emanera que SF > 1.

Se debe evitar condiciones extremas que puedan requerir refrigeración o alcanzar temperaturas muy altas, o tener presiones muy altas o agregar MSA que requiera procesos adicionales para retirarlo luego.

En casos ideales SF es igual a relacion de las Presiones de Vapor.

Para separaciones vapor líquido que emplean MSA que crean soluciones líquidas no ideales se requiere métodos complicados

Figura Nº 6 .- Separacion con Creacion de Fase: Destilacion

Figura Nº 7 .- Separacion con Creacion de Fase: Destilacion

Figura Nº 8 .- Separacion con Creacion de Fase: Absorcion

Figura Nº 9 .- Separacion con Creacion de Fase: Extraccion Liquido Liquido

Figura Nº 10 .- Separacion con Creacion de Fase: Extraccion con Fluido Super Critico

c.- Separacion por Barrera

Se emplean membranas.

Se rigen por procesos difusionales.

Se emplean:

Osmosis.

Osmosis inversa

Diálisis.

Microfiltración

Ultrafiltración

Pervaporación

Permeación de gases.

Figura Nº 11 .- Separacion por Barrera

Figura Nº 12-13 .- Separacion por Barrera

Figura Nº 14 .- Osmosis Inversa

Se emplean agentes de separación de masa que son sólidos.

Sólidos normalmente granulares actuan como soportes inertes para una capa delgada que actua como adsorbente.

El agente de separación suele saturarse con el elemento que adsorbe y se regenera o reemplaza periodicamente.

Figura Nº 15 .- Separaciòn por medio de Agente Sòlido.

Figura Nº 16 .- Separaciòn por medio de Agente Sòlido.

e.-Separación por campo de fuerza o gradiente.

Se emplean campos de fuerza externos

Se aprovecha de las diferentes respuestas de iones y moléculas a las fuerzas y a los gradientes

Se tiene: centrifugación, la difusión térmica, la electrólisis, electrodialisis y la electrofóresis.

Figura Nº 16-17 .- Separaciòn por campo de fuerza o gradiente

Figura Nº 18 - 19.- Separaciòn por electrodialisis