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Introducción a lasOperaciones Unitarias

Principios Básicos de Proceso

Primera Parte Mezcla de fluidos Fluidos en lechos fijos y fluidizados Manipulación de sólidos Corrosión Transferencia y difusión de masa

Operaciones UnitariasSegunda Parte Absorción en columnas Reactores químicos:

Continuamente agitados Tubulares Por lotes Serie de tanques agitados Catalíticos

Destilación en columnas Extracción sólido-líquido Extracción líquido-líquido

Operaciones Unitarias (cont.)

Enfriamiento en torres Secado de bandejas Generación de vapor Filtración Evaporación

Mezcla de Fluidos La elección de

mezclador y velocidad adecuadas para cada aplicación depende del grado de mezcla o batido y el tipo de fluidos usados.

(equipo Armfield CEK)

Mezcla de Fluidos

Existen 3 accionadores básicos: Paletas planas Turbina Hélice

Mezcla de Fluidos Conceptos relevantes:

Visualización de patrones de mezcla y flujo Características de potencia vs velocidad de

los distintos tipos de accionadores Mezcla de suspensiones sólido/líquido Mezcla de líquidos inmiscibles Calidad de mezcla vs tiempo de actuación Predicción de potencia por cambio de

escala

Flujo sobre lechos fijos y fluidizados

El flujo ascendente de un fluido dentro de un lecho de partículas es un fenómeno muy habitual.

Sus aplicaciones industriales incluyen:

Intercambio iónico Extracción de

componentes solubles de materias primas

Otros procesos químicos

(equipo Armfield CEL)

Flujo sobre lechos fijos y fluidizados

Conceptos relevantes: Caída de presión en

lechos fijos y fluidizados Verificación de la

ecuación de Carman-Kozeny

Punto de fluidización Observación de

diferencias entre fluidización particulada y agregativa

(detalle mostrando fluidización por flujo de aire)

Manipulación de Sólidos Las características de

manipulación de los sólidos son relevantes en muchísimos procesos industriales, especialmente en los que intervienen:

Polvos Pellets Cristales Agregados

(equipo Armfield CEN)

Manipulación de Sólidos Manipulaciones

más comunes: Tamizado Estibamiento Mezcla a doble

cono Pesado Separación

ciclónica Molienda a bolas

Manipulación de Sólidos Conceptos relevantes:

Angulo de reposo Densidad media Técnicas de tamizado Descarga de contenedores Molienda Mezcla de sólidos Operación de los separadores ciclónicos Transporte neumático

CorrosiónLa corrosión es un factor importante a tener en cuenta para determinar la durabilidad y seguridad de los equipos de procesos industriales. Es conveniente que los alumnos comprendan cómo sus efectos pueden ser prevenidos y contrarrestados.

(equipo Armfield CEL)

Corrosión Conceptos relevantes:

Efecto del pH Efecto de la concentración

de oxígeno disuelto Acción galvánica Corrosión electrolítica Protección catódica Inhibición química Efecto de las tensiones

internas(detalle de una celda

de ensayo de corrosión)

Corrosión Trabajos de proyecto

típicos: Estabilización con

carbonato de calcio Oxidación de hierro y

manganeso en aguas duras

Desinfección con cloro

Ablandamiento del agua por medio de precipitadores

(configuración de una celda de ensayo)

Difusión Gaseosa La difusión del vapor

“A” de un líquido dentro de un gas “B” puede ser adecuadamente estudiada confinando una pequeña muestra del líquido en un tubo vertical y observando su velocidad de evaporación en una muestra pura (circulante) del gas B.(equipo Armfield CERa)

Difusión Gaseosa El equipo del ejemplo usa un

capilar con el líquido de B sumergido dentro de un baño termostatizado.

Se hace circular aire puro (A) sobre el cierre de este a través de una T, manteniendo una diferencia de presión parcial constante entre el menisco y la T.

Se mide la velocidad de descenso del menisco con un microscopio montado sobre una escala.

Difusión Gaseosa La relación entre la velocidad de

transferencia de masa molar medida, el gradiente de presión parcial y el coeficiente de difusión D es, entonces:

Donde Ca y Cb son las concentraciones molares de los vapores A y B, deducidas de las presiones parciales molares de ambos.

yC

CCC

DNA

A

BAA

][][

Difusión Gaseosa Conceptos relevantes:

Coeficientes de transferencia de masa en ausencia de efectos convectivos

Uso de las leyes de los gases para calcular diferencias de concentración en términos de presiones parciales

Uso de la ley de Fick para determinar coeficientes de difusión en presencia de gases estacionarios

Efecto del cambio de temperatura en el coeficiente de difusión gaseosa

Difusión Líquida Un pequeño volumen de

solución concentrada es separado de un gran volumen de solvente puro, mediante un arreglo de capilares dispuestos como un panal de abejas.

La velocidad de difusión está representada por:

xC

DJ

(equipo Armfield CERb)

Difusión Líquida

El soluto difunde desde una concentración máxima de un lado del panal a otra cuasi-nula en el otro.

A medida que progresa la difusión del soluto, su concentración es medida con un conductímetro.

Difusión Líquida Conceptos relevantes:

Coeficientes de transferencia de masa en ausencia de efectos convectivos

Uso de la ley de Fick para determinar coeficientes de difusión a partir de mediciones de transferencia de masa y diferencias de concentración

Análisis de un sistema inestable de primer orden

Enlace a la segunda parte Segunda parte