Operaciones unitarias mixtas de Química

Transferencia de calor. Acondicionamiento de gases. Cristalización. Secado. Liofilización

  • Enviado por: Silva
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 6 páginas
publicidad
cursos destacados
Fundamentos de Termodinámica Clásica
Fundamentos de Termodinámica Clásica
Fundamentos de Termodinámica Clásica es el curso donde resolverás preguntas como...
Ver más información

Electrónica Digital
Electrónica Digital
Si estas en la Universidad y tu curso de Electrónica se te hace cuesta arriba,...
Ver más información

publicidad

OPERACIONES BÁSICAS MIXTAS: acondicionamientos de gases, cristalización, secado y liofilización.

Las operaciones unitarias mixtas son aquellas en las que se da simultáneamente una transferencia de calor y materia por contacto directo entre fases. Hay simultáneamente dos fuerzas impulsoras separadas, que pueden ir en el mismo sentido o incluso en sentidos opuestos. Son operaciones generalmente de separación en las que hay siempre dos fases en íntimo contacto, y a través de la interfase separadora se producen los fenómenos de transporte mencionados.

Acondicionamiento de gases

  • Fases presentes: liquido - gas

  • Definición: Operación unitaria para modificar las condiciones de humedad y temperatura de una corriente de aire por interacción con una corriente de agua.

  • Tipos:

    • 'Operaciones unitarias mixtas de Química'
      Humidificación del aire: se consigue al poner en contacto el aire no saturado (es decir, aquel gas en el que la presión parcial del vapor de liquido no es igual a la presión de vapor de dicho liquido a la temperatura del gas) con agua, a unas temperaturas tales que el aire aumenta su contenido de humedad. Por lo tanto vemos como hay transferencia de materia y transmisión de calor, ya que introdujimos liquido caliente y gas seco, y hemos obtenido líquido frío y gas humedo.

'Operaciones unitarias mixtas de Química'

  • Deshumidificación: se pone en contacto aire húmedo con un líquido más frío, de modo que la temperatura del gas disminuye por debajo de su punto de rocío y condensa agua. El proceso es igual que el de la humidificación pero a la inversa.

  • Enfriamiento: agua caliente se pone en contacto con un gas más frío no saturado. El caudal de la corriente de agua se reduce aproximadamente en un 10 % por la evaporación del agua. Su objetivo es enfriar el agua y no aumentar el contenido de vapor de agua en el aire como ocurre en la humidificación.

  • 'Operaciones unitarias mixtas de Química'
    DISPOSITIVOS: Torres de enfriamiento: Equipos que se usan para enfriar agua en grandes volúmenes porque, son el medio más económico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a través de una pared.
    En el interior de las torres se monta un empaque con el propósito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfría.

cristalización

  • FASES PRESENTES: sólido - líquido.

  • DEFINICIÓN: formación de partículas sólidas cristalinas en el seno de una base homogénea.

'Operaciones unitarias mixtas de Química'

  • ETAPAS:

  • Nucleación: formación, a partir de los iones o las moléculas de soluto, de núcleos cristalinos de tamaño suficiente para mantenerse en la solución sin solubilizarse.

    • Crecimiento: aumento de tamaño de los núcleos cristalinos por adición de nuevos iones o moléculas.

La fuerza impulsora en ambas etapas es la sobresaturación y la posible diferencia de temperatura entre el cristal y el líquido originada por el cambio de fases.

  • ZONAS QUE SE PUEDEN OBSERVAR:

    • Región no saturada: concentraciones bajas.

    • Región metaestable: tras pasar la curva de la solubilidad al aumentar la concentración. Los cristales formados crecen pero no se crean. Se debe trabajar en esta zona.

    • Región labil: tras pasar la curva de la sobresaturación.

  • DISPOSITIVOS:

  • Cristalizadores de tanque: en los que la cristalización se produce por enfriamiento sin evaporación apreciable. Se emplean cuando la solubilidad varía mucho con la temperatura.

  • Cristalizadores-evaporadores: la sobresaturación se consigue por evaporación (concentración) sin que se modifique la temperatura, es decir evaporación pero sin enfriamiento apreciable.

  • Cristalizadores de vacío: se combina la evaporación con el enfriamiento adiabático Se utilizan cuando se quiere operar con rapidez, como en los anteriores, pero a baja temperatura.

SECADO

  • DEFINICIÓN: Disminución del agua libre o humedad libre del sólido (diferencia entre el contenido total de agua del sólido y el contenido de agua de agua en equilibrio, dadas una temperatura y humedad relativa ambiental).

  • Agua ligada: cantidad de agua inferior al valor de equilibrio a una humedad relativa del aire del 100%

  • Agua no ligada: cantidad de agua superior al valor de equilibrio citado.

  • REPRESENTACIÓN GRÁFICA: velocidad de secado de un sólido en condiciones constantes (de temperatura, humedad ambiental y velocidad del aire) en función de la humedad libre del sólido, se observa dos períodos:

    • Período constante: el agua del sólido forma una película continua sobre la superficie del sólido, de tal forma que es como si el sólido no existiera (análogo a la humidificación).

    • Período decreciente: el agua contenida por el sólido no es capaz de formar esta película (punto crítico); a partir de este momento la velocidad de secado es función de la humedad libre.

  • DISPOSITIVOS: Secaderos:

  • Contacto directo: pone en contacto el sólido húmedo pulverulento con una corriente de aire caliente no saturado.

  • Contacto indirecto: el secado se produce sin contacto de la fuente de calor con el sólido

Los secaderos comerciales más comunes son:

  • Secaderos de bandeja: el sólido se deposita en capas de poca profundidad, y el aire caliente circula por la superficie o a través del sólido.

'Operaciones unitarias mixtas de Química'

'Operaciones unitarias mixtas de Química'

'Operaciones unitarias mixtas de Química'

  • Secaderos rotativos: el sólido desciende a lo largo de un cilindro rotatorio inclinado hacia la salida, secándose por acción del aire caliente que circula en contracorriente.

  • 'Operaciones unitarias mixtas de Química'
    Secaderos de evaporación súbita o atomizadores: el sólido húmedo se encuentra en suspensión en una corriente gaseosa caliente, en un dispositivo tipo ciclón. El agua del sólido se vaporiza bruscamente, obteniéndose un sólido muy poroso.

'Operaciones unitarias mixtas de Química'

  • Secaderos de cinta transportadora perforada: el material a secar se transporta lentamente sobre una tela metálica a través de un largo túnel o cámara de secado. Dicha cámara está formada por distintas secciones, cada una de ellas con su propio ventilador y calentador de aire. En el extremo de entrada del sólido el flujo de aire es de abajo hacia arriba, mientras que en la salida es de arriba hacia abajo, para que no se formen polvos.

LIOFILIZACIÓN

  • DEFINICIÓN: eliminación del agua de un sólido por sublimación de la misma. Debe trabajarse, por tanto, por debajo del punto triple del agua (273,16 K y 6,105 kPa).

  • FUNCIONAMIENTO: el calor de sublimación es suministrado por conducción o radiación con placas planas calientes situadas entre las bandejas que contienen el material a liofilizar. El vapor de agua se hace condensar gracias a un refrigerante.

  • 'Operaciones unitarias mixtas de Química'
    USOS: conservación de plasma sanguíneo y productos alimenticios: detiene el crecimiento de microorganismos (hongos, moho, etc.), inhibe el deterioro por reacción química (cambio de color y sabor, ranciedad, pérdida de propiedades fisiológicas, etc.), y facilita la distribución y el almacenamiento. Para el caso de los alimentos, la liofilización tiene otras dos virtudes: el producto tratado no cambia de forma y es fácilmente re-hidratable.

OPERACIONES BÁSICAS MIXTAS

- 2 -