Clase6 Separacion by 6kFuNqI

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									                                           Diseño de Procesos




UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA




                    “Selección del esquema de
                           separación”
5.1 Introducción



 • A menudo en un proceso nos encontramos con que el
   producto que se busca viene en mezclas ya sea
   homogéneas o heterogéneas

 • Un proceso de separación de corrientes puede
   anteceder o preceder una etapa de reacción química

 • Es necesario contar con 2 elementos funcionales: Un
   equipo en que se genera la separación y un agente
   promotor de la separación como energía, un reactivo
   químico, etc.

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5.1 Introducción


           Esquema Conceptual de esta idea




                                             Diseño de Procesos
5.1 Introducción


   Esquema Conceptual   Esquema Conceptual
    mezcla homogénea    mezcla heterogénea




                                    Diseño de Procesos
5.1 Introducción



 • Existe una clara diferencia entre los procesos de
   separación disponibles, estos dependen del tipo de
   mezcla a separar que puede ser homogénea o
   heterogénea.

 • Llamaremos mezcla heterogénea a aquella corriente
   que presenta 2 o mas fases

 • Llamaremos mezcla homogénea a aquella corriente que
   presenta solo una fase en condiciones de operación



                                          Diseño de Procesos
5.2 Separación de Mezclas Heterogéneas


 • Existen 5 casos posibles

       a.    Mezcla Vapor-Liquido

       b.    Mezcla Liquido-Liquido

       c.    Mezcla Solido-Liquido

       d.    Mezcla Solido-Vapor

       e.    Mezcla Solido-Solido

                                         Diseño de Procesos
5.2 Separación de Mezclas Heterogéneas


 • En cualquiera de estos casos, la separación se efectúa
   teniendo como gradiente o propiedad de separación la
   diferencia de densidades entre las partes



 • Cualquier equipo se diseña para utilizar esta propiedad y
   hacer uso de fuerzas gravitatorias o centrifugas para
   lograr la separación




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5.2 Separación de Mezclas Heterogéneas


 • Como criterio general, su un proceso que requiere
   separaciones heterogéneas como homogéneas, se debe
   separar primero la mezcla heterogénea, ya que esta es
   siempre mas fácil por el equipo, la energía requerida y la
   complejidad del diseño.

 • Los métodos principales de separación son:

       a.     Asentamiento y Sedimentación
       b.     Flotación
       c.     Centrifugación
       d.     Filtración
                                                Diseño de Procesos
5.2.1 Asentamiento y Sedimentación



 • Se realizan en recipientes cerrados o abiertos, donde
   tiene un tiempo de residencia optimo para que las
   fuerzas gravitatorias actúen

 • La fase mas pesada (partículas solidas o liquidas)
   descienden y la fase ligera (liquido o gas) asciende.




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5.2.1 Asentamiento y Sedimentación

                                     Separador Flash
 • Si la mezcla es L-V, esta se
   introduce   en    recipientes
   verticales.

 • La velocidad del vapor que
   asciende es menor que la
   velocidad de asentamiento
   del liquido

 • Se evita arrastre de liquido
   en el vapor.

                                        Diseño de Procesos
5.2.1 Asentamiento y Sedimentación

                               Separador de agua-hidrocarburo
• Si la mezcla son líquidos
  inmiscibles generalmente
  se utiliza un recipiente
  horizontal o decantador.

• Ejemplos de estos son las
  “Botas” se separación de
  hidrocarburos de las aguas
  en unidades de refinación
  de petróleo



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5.2.1 Asentamiento y Sedimentación

                                  Separador de agua-hidrocarburo
• Si la mezcla es liquido-
  solido se utilizan equipos
  como clarificador.

• Estos     equipos        son
  comúnmente       vistos    en
  sistemas de trat. de Riles




                                                Diseño de Procesos
5.2.1 Asentamiento y Sedimentación


   Diferencia entre coagulante y floculante




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5.2.2 Flotación



  • Se basa en el aprovechamiento de las fuerzas
    gravitatorias que actúan sobre las fases
    involucradas.

  • Se aprovecha además las propiedades
    superficiales de las partículas (hidrofobia por
    ejemplo)

  • Utiliza   compuestos      químicos         como
    detergentes, espumantes y otros.
                                        Diseño de Procesos
5.2.2 Flotación



    Esquema de Flotación




                           Diseño de Procesos
5.2.3 Centrifugación



  • Utiliza principalmente una fuerza centrifuga
    generada de forma mecánica, se utiliza cuando
    la separación mediante fuerzas gravitatorias es
    demasiado lenta.

  • El principio de la centrifugación consiste en
    hacer girar un fluido alrededor de un eje, la
    fuerza centrifuga es mayor sobre las partículas
    de mayor densidad.


                                        Diseño de Procesos
5.2.3 Centrifugación



  • Las partículas adquieren mayor velocidad y
    hacen que se ubique en las paredes del equipo
    desde donde caen para ser recolectadas y
    generar una corriente de gas libre de sólidos.

  • El equipo mas simple para realizar este
    proceso es el ciclón, en el cual la corriente
    sucia entra por la parte superior del cono y el
    solido es recolectado por la parte inferior.


                                        Diseño de Procesos
5.2.3 Centrifugación


          Ciclón Separador Solido-Gas




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5.2.4 Filtración



  • Proceso utilizado para eliminar partículas
    solidas contenidas en un liquido o gas

  • Se hace pasar la mezcla a través de un medio
    poros que retiene las partículas solidas.

  • El tipo de filtro así como el material depende
    exclusivamente del proceso y tipo de corriente
    a tratar.

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5.2.4 Filtración


    Tipos de Filtros




       Filtro Prensa   Filtro Manga


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5.3 Separación de Mezclas Homogeneas


 • Generalmente, para separar mezclas homogéneas es
   necesario agregar otra fase al sistema

 • Cuando las volatilidades son lo suficientemente
   diferentes, se puede emplear el contacto entre una fase
   liquida y otra fase vapor para generar un equilibrio
   químico.

 • Se concentran los compuestos livianos en el vapor

 • Los compuestos pesados se concentran en el liquido


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5.3.1 Destilación


Proceso que se lleva a
cabo en una torre
empacada o de platos.


              De Platos




            De Relleno


                          Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación




                    Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación




                    Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación




                    Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación




                    Diseño de Procesos
  5.3.1 Destilación


            100 % de eficiencia                        0 % de eficiencia
                   Vapor                                     Vapor
                   400ºF                                     400ºF

                                  Líquido a
                                                                             Líquido a
                                    350ºF
                                                                               350ºF
                  Vapor                                      Vapor
Líquido a
                  450ºF                                      400ºF
  400ºF
                                           Líquido a
                                             350ºF



  Nota:
  Se ha simbolizado el cambio térmico como representativo del cambio en composiciones
  en las fases.
                                                                 Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación

La pérdida de eficiencia se puede deber principalmente
                    a dos fenómenos

       Inundación o arrastre de líquido
•Insuficiente espaciamiento entre el canal de bajada
y el plato.
•Inundación Jet
          Mal contacto entre las fases
•Goteo
•Pérdida de Sello en el canal de bajada


                                          Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación

                         Ejemplo Columna Propano/Butano
                        Si se aumenta el reflujo:
                        •Cae la temperatura del tope.
                        •Disminuye el butano en la composición
                        de tope.
                        •Comienza a caer la temperatura de
                        fondo.
                        •Aumenta el flujo de calor en el rehervidor
                        para restablecer la temperatura.
                        •Aumenta la cantidad de vapor y la
                        velocidad de flujo a través de los platos.
                        •Aumenta la cantidad de Spray.
                        •Cuando la altura de Spray alcanza al
                    T   plato superior el butano contamina el
                        líquido en el plato superior.
                                                   Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación




                    Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación




               CONFIGURACIONES
              PARA EL REHERVIDOR




                               Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación

                    Kettle Reboiler
                                    CARACTERISTICAS

                           Confiabilidad operativa

                           Hasta 90% de vaporización

                           Equivalente a una etapa teórica

                           Fácil limpieza y mantención

                           Alto costo de inversión

                           Tiempo de residencia alto

                           Ensuciamiento (sustancias pesadas
                          y poliméricas)

                                               Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación - Ventajas


 • Procesan Flujos elevados en forma continua

 • Presenta productos de alta pureza

 • Fácil Operación con respecto a otros equipos

 • Es por lejos el equipo preferido a nivel industrial




                                                  Diseño de Procesos
5.3.1 Destilación – Variables de Diseño



 • Las variables de diseño que se deben especificar son:


       • Presión de Operación
       • Reflujo
       • Condición térmica de la alimentación




                                              Diseño de Procesos
                                           Diseño de Procesos




UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA




                    “Selección del esquema de
                           separación”

								
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