OPERACIONES LIQUIDO SOLIDOS

1. INGENIERÍA QUÍMICA
EQUIPOS PARA OPERACIONES LÍQUIDOS-SÓLIDOS
Alumna:
JEIRUSKA ACOSTA
C.I.: V.-25.323.316

2. El desplazamiento de uno o varios de los componentes de una mezcla fluida
respecto a la masa global de la misma debido a la acción de una fuerza impulsora
(diferencia de concentraciones del componente que se desplaza) se conoce como
transferencia de materia. Si ésta se produce entre fases, puede aprovecharse el
fenómeno para obtener la separación de los componentes de una mezcla.
Por otra parte la extracción es una operación de separación por transferencia de
materia en la que se ponen en contacto dos fases inmiscibles con objeto de transferir
uno o varios componentes de una fase a otra. Si la mezcla original está en fase sólida y
se pretende separa de ella un componente (soluto) de otro (inerte) mediante su
contacto con una fase líquida (disolvente) que lo disuelve selectivamente, se habla de
una operación sólido-líquido
INTRODUCCIÓN

3. DESTILACIÓN
Es la separación de los componentes de
una mezcla liquida por vaporización y re
condensación de la misma. Al calentar
primero se desprenden los componentes
más volátiles y va quedando un residuo
liquido constituido por las sustancias de
punto de ebullición mas alto.
La destilación es una operación utilizada
con frecuencia para la purificación y
aislamiento de líquidos orgánicos y
aprovecha las volatilidades y puntos de
ebullición de los componentes a separar.
Depende de parámetros como: El equilibrio
liquido vapor, temperatura, presión,
composición y energía.
DEFINICIONES

4. CLASIFICACIÓN DE LA DESTILACIÓN
Destilación simple o sencilla: Es aplicable
en los sistemas que contengan líquidos
orgánicos de puntos de ebullición
bastante diferenciados.
Destilación Fraccionada: Es una técnica
para realizar una serie de pequeñas
separaciones , en una operación sencilla y
continua.
Destilación por Arrastre de vapor: Es una
técnica que sirve fundamentalmente para
separar sustancias insolubles en agua y
literalmente volátiles, de otros productos
no volátiles mezclados con ellas, es un
sustituto de la destilación al vacio, y se
realiza a temperaturas bajas.
Destilación a presión reducida o al vacio:
Se utiliza en sustancias que no pueden
purificarse por destilación a la presión
ordinaria, por que se descomponen a
temperaturas cercanas a su punto de
ebullición normal.
DEFINICIONES

5. DESTILACIÓN EN LA INDUSTRIA
Esta operación se aplica en todos los
niveles industriales de producción, desde
aplicaciones en industria farmacéutica y de
química fina, hasta la industria del petróleo
y producción a gran escala.
Ejemplos más comunes es en la
obtención de alcohol carburante, así como
producción de gasolina y similares. El gran
interés en la destilación proviene de la
industria del petróleo para obtener el
combustible que usamos habitualmente, o
tantos otros derivados como los plásticos.
Gran parte de la investigación en
destilación se ha realizado en este sector,
que utiliza siempre la modalidad "continua"
porque las cantidades en son muy grandes.
En tanto, el método "batch" se utiliza en
la industria pequeña y mediana -
farmacéutica, alimenticia; de transistores,
etc. El campo de uso de ambos tipos de
destilación es muy vasto.
DEFINICIONES

6. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
COLUMNA DE DESTILACIÓN BATCH MULTICOMPONENTE
La columna tiene 162 mm de diámetro, y está rellena con un material Sulzer Mellapack
250 Y. La altura de la columna es de 8 m, y consta de 20 platos incluyendo rebolier y
condensador. La entrada al sistema es la denominada relación de reflujo, en tanto que las
variables de salida son las concentraciones, a la salida de la columna, de las tres
componentes de la mezcla.
Una dificultad que se presenta para la identificación de una columna de destilación es
que usualmente la medición de las variables de interés (e.g., composiciones) es costosa y
en general no puede realizarse online. Esto hace que la cantidad de datos disponibles para
realizar la identificación sea en general escasa, lo que dificulta el uso de los métodos
tradicionales de identificación. Se recurre entonces al empleo de algún paquete software
(específico para Control de Procesos) que permita implementar un modelo riguroso de la
columna, basado en principios físicos, y luego utilizar este modelo para generar (vía
simulación) suficientes datos para la identificación.
Como resultado del proceso de identificación se obtiene entonces un modelo de orden
reducido del proceso, que es apropiado para su uso en el diseño de controladores (en
contraposición al modelo riguroso que es en general de un orden elevado).
DEFINICIONES

7. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
COLUMNA DE DESTILACIÓN BINARIA
La columna tiene 40 platos y produce la separación de una mezcla binaria con una
volatilidad relativa de 1.5, en productos con un 99 % de pureza. El modelo se realizó
basándose en balance de masa y balance de energía en estado estacionario, y consiste de
un conjunto de ecuaciones diferenciales algebraicas no lineales. Las siguientes hipótesis
fueron usadas para la construcción del modelo: mezcla binaria; presión constante;
volatilidad relativa constante; equilibrio en todas las etapas; flujo molar constante; no
existencia de vapor holdup; dinámica de líquido linealizada, pero que afecta al flujo de
vapor (el denominado efecto "K2") ha sido incluido. La columna tiene 40 platos, un
recalentador en la base y un condensador del flujo de salida en el tope de la columna.
DEFINICIONES

8. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
COLUMNA DE DESTILACIÓN BINARIA
CONDICIONES NORMALES DE OPERACIÓN
DEFINICIONES

9. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
COLUMNA TÍPICA DE FRACCIONAMIENTO CONTINUO
Combinación de rectificación y agotamiento
Para obtener productos prácticamente puros, tanto de la parte superior como la parte
inferior de la columna de destilación, la alimentación se introduce en un plato de la parte
central de la columna. Si la alimentación es líquida, desciende por la columna hacia el
hervidor y se agota en el componente A por el vapor que asciende desde el hervidor. Por
este medio se obtiene un producto residual, que es el componente B casi puro.
Se representa una columna típica de fraccionamiento continuo equipada con los
accesorios necesarios y que contiene secciones (zonas) de rectificación y agotamiento. La
columna A se alimenta cerca de su parte central con un flujo de alimentación constante
de concentración definida.
Suponga que la alimentación es un líquido a su temperatura de ebullición. La acción de
la columna no depende de esta suposición y más adelante se considerarán otras
condiciones de la alimentación. El plato en el que se introduce la alimentación recibe el
nombre de plato de alimentación. Todos los platos que se encuentran por encima del
plato de alimentación constituyen la sección (zona) de rectificación, mientras que todos
los platos por debajo de la alimentación, incluyendo también el plato de alimentación,
constituyen la sección (zona) de agotamiento.
DEFINICIONES

10. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
COLUMNA TÍPICA DE FRACCIONAMIENTO
CONTINUO
Combinación de rectificación y
agotamiento
La alimentación desciende por la sección
de agotamiento hasta el fondo de la
columna, donde se mantiene un nivel
definido de líquido.El líquido fluye por
gravedad hasta el hervidor B, que es un
vaporizador calentado con vapor de agua
que genera vapor y lo devuelve al fondo de
la columna. El vapor asciende por toda la
columna. En el extremo del intercambiador
de calor hay un vertedero. El producto
residual se retira desde la masa de líquido
en el lado de la corriente descendente del
vertedero y circula a través del enfriador G.
DEFINICIONES

11. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
APLICACIONES INDUSTRIALES
El petróleo, por si mismo es un conjunto de hidrocarburos. Sin embargo, los derivados
del petróleo se pueden obtener luego de algunos procesos químicos. Un modo para
destilar el petróleo crudo es la destilación fraccionada. Mediante este modo se obtienen
fracciones y no productos puros.
Para destilar el petróleo se utilizan las conocidas refinerías. Estas son enormes
complejos donde se somete al petróleo crudo a procesos de separación en los cuales se
extrae gran variedad de sus derivados. Las torres de destilación industrial para petróleo
poseen alrededor de 100 bandejas.
Dentro del petróleo existen varios compuestos de los cuales se obtienen alrededor de
2.000 productos. La destilación fraccionada se realiza principalmente basándose en
temperatura ebullición. Cada sustancia dentro del petróleo destila a distinta temperatura.
Entonces, a partir de una temperatura fija se obtiene una sustancia predeterminada.
Por ejemplo: se calienta el crudo hasta los 100 °C de donde se obtiene nafta, luego se
sigue calentando el petróleo restante para obtener otras sustancias buscadas en
temperaturas hasta llegar a los 35040°C, temperatura en la cual el petróleo empieza a
descomponerse. Es por esto que dentro de las refinerías se somete al petróleo crudo a
determinadas temperaturas en distintas instancias.
DEFINICIONES

12. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
APLICACIONES INDUSTRIALES
De este modo, los componentes se van desprendiendo de una manera ordenada. En el
siguiente cuadro se pueden ver distintos derivados (los más importantes) del petróleo. El
porcentaje de extracción respecto a la cantidad total del crudo, la temperatura de
ebullición los productos obtenidos a partir de la cantidad de homos de carbono de cada
componente, se pueden ver en la siguiente tabla:
DEFINICIONES

13. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
TABLA DE EMPAQUES DENTRO DE LAS TORRES DE DESTILACIÓN
Los siguientes empaques se muestran los tipos más usuales, que simplemente se
introducen en la torre sin ningún orden. Estos empaques y otros rellenos comunes se
pueden obtener comercialmente en tamaños de 3 mm hasta unos 75 mm. La mayoría de
los empaques para torres están construidos con materiales inertes y económicos tales
como arcilla, porcelana o grafito.
DEFINICIONES

14. EQUIPOS DE DESTILACIÓN
TABLA DE EMPAQUES DENTRO DE LAS TORRES DE DESTILACIÓN
DEFINICIONES

15. FILTRACIÓN
Es una operación unitaria para separar un sólido desde un fluido o un fluido desde otro
DEFINICIONES

16. CLASIFICACION PARA FILTRACIÓN
1. MATERIAL A SEPARAR
2. FUERZA IMPULSORA
3. FLUJO
4. MECANISMO RETENCIÓN
DEFINICIONES

17. CLASIFICACION PARA FILTRACIÓN
1. MATERIAL A SEPARAR
DEFINICIONES

18. CLASIFICACION PARA FILTRACIÓN
1. MATERIAL A SEPARAR
DEFINICIONES

19. CLASIFICACION PARA FILTRACIÓN
2. FUERZA IMPULSORA
+ Hidrostática
+ Presión
+ Vacío
+ Centrifugación
DEFINICIONES

20. CLASIFICACION PARA FILTRACIÓN
3. FLUJO
+ Constante
+ Variable
DEFINICIONES

21. MEDIO FILTRANTE
El medio filtrante es uno de los elementos fundamentales en una filtración ya que es el
que realiza la separación de los sólidos contenidos en el fluido por o que su correcta
elección es importante para garantizar el buen funcionamiento del proceso. El medio
filtrante debe permitir el paso del fluido y retener los sólidos que se irán acumulando
sobre su superficie, formando la torta.
Los medios filtrantes pueden obtenerse con tamaño de poro o perforación específico,
de acuerdo al tipo de sólidos a filtrar.
Los materiales utilizados como medios filtrantes deben poseer las siguientes
características:
1. Ofrecer la mínima resistencia al flujo y tener capacidad de retención de los sólidos
2. Soportar las condiciones del proceso (presiones, temperaturas, pH)
3. Ser químicamente inertes y no tóxicos
4. Permitir facilidad del retiro de la torta limpia y completa
5. Adaptarse al equipo de filtración y ser de fácil limpieza
6. Tener buena relación vida útil / costo
DEFINICIONES

22. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTROS
Constan básicamente de:
- un soporte mecánico para contener el
medio filtrante
- conductos por los que entra y sale la
dispersión y
- dispositivos para extraer la torta.
La mayoría de los filtros industriales
operan a vacío o a presión superior a la
atmosférica
La presión se puede proporcionar en la
parte inicial del proceso, antes del filtro o
bien se puede utilizar vacío después del
filtro, o ambas a la vez, para agilizar el paso
del fluido a través del sistema
DEFINICIONES

23. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTROS
Los Filtros pueden operar de manera:
1) Continua
Tanto la descarga de los sólidos como
del líquido es continua
El flujo de líquido a través del equipo es
continuo, pero debe interrumpirse
periódicamente para permitir la descarga
de los sólidos acumulados
2) Discontinua (Intermitente)
Son recomendables para procesos
totalmente continuos. Son recomendables
cuando se requiere flexibilidad o una
presión muy elevada
DEFINICIONES

24. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTRACION
DISCONTINUA O INTERMITENTE
FILTRO PRENSA (FILTRO DE MARCOS Y
PLACAS)
Está formado por un acoplamiento de
varias placas, separadas entre sí por marcos
y diseñadas para producir una serie de
cámaras o compartimientos en los que se
recogen los sólidos
Las cámaras están constituidas por el
espacio hueco de los marcos situados entre
dos placas. Las placas y marcos se acoplan
alternadamente adaptando telas de
filtración sobre los dos lados de cada placa.
El conjunto se mantiene acoplado,
formando una unidad, por aplicación del
esfuerzo mecánico de un tornillo o con
ayuda de una prensa hidráulica
DEFINICIONES

25. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTRACION
DISCONTINUA O INTERMITENTE
FILTRO PRENSA (FILTRO DE MARCOS Y
PLACAS)
La suspensión a filtrar se introduce a las
cámaras que se forman mediante una
bomba que aplica presión
El líquido pasa a través de cada una de
las placas y sale por una tubería dejando en
la placa una torta húmeda de sólidos
El líquido filtrado se recoge en un
depósito La filtración se continua hasta que
el flujo de filtrado es menor que cierto
límite practico o la presión alcance un nivel
inaceptablemente elevado Entonces se
procede al lavado del sistema y
recuperación de la torta
DEFINICIONES

26. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTRACION
DISCONTINUA O INTERMITENTE
FILTRO DE PLACAS HORIZONTALES
El filtro consta de una caja cilíndrica y
resistente a la presión en cuyo interior se
alojan una serie de placas horizontales que
reciben por un taladro periférico lateral el
líquido a filtrar a presión y luego de filtrado
lo descargan a un conducto central común
a todas las placas.
La superficie de filtrado puede ser desde
0.1 m2 hasta 14 m2.
Por la posición de los platos (horizontal)
no hay peligro de pérdida o resbalamiento
de la torta y el espesor de esta es uniforme
puesto que el flujo tiene la dirección de la
gravedad.
DEFINICIONES

27. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTRACION
CONTINUA
FILTRO ROTARIO DE VACIO
En este tipo de filtros, el flujo pasa a
través de una tela cilíndrica rotatoria, de la
que se puede retirar la torta de forma
continua. La fuerza más común aplicada es
la de vacío. En estos sistemas la tela se
soporta sobre la periferia de un tambor
sobre los que se está formando la torta.
Los filtros rotatorios de vacío se utilizan
especialmente en procesos de gran escala,
como la filtración del bagazo de caña de
azúcar
El tambor gira una velocidad muy baja
(de 1 a 2 rpm) La superficie de filtrado
puede variar entre 0.3 y 80 m2
DEFINICIONES

28. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTRACION
CONTINUA
FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO
El tambor filtrante está sumergido en la
suspensión a tratar. La aplicación de vacío
al medio filtrante origina la formación de
un depósito o torta sobre la superficie
exterior del tambor, conforme este va
pasando, en su giro, por la suspensión.
El tambor gira en el sentido de las agujas
del reloj y la torta va adquiriendo espesor
progresivamente, mientras que el líquido
filtrado continúa pasando hacia el colector
principal. La torta se lava por una serie de
boquillas de riego y después es prensada
mediante un rodillo para disminuir su
contenido de agua En la última etapa la
torta queda sometida a un soplo de aire de
dentro hacia fuera que afloja la torta
separándola del medio filtrante y se
desprende con ayuda de un raspador o
cuchilla
DEFINICIONES

29. EQUIPOS DE FILTRACIÓN: FILTRACION
CONTINUA
FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO
El tambor filtrante está sumergido en la
suspensión a tratar. La aplicación de vacío
al medio filtrante origina la formación de
un depósito o torta sobre la superficie
exterior del tambor, conforme este va
pasando, en su giro, por la suspensión.
El tambor gira en el sentido de las agujas
del reloj y la torta va adquiriendo espesor
progresivamente, mientras que el líquido
filtrado continúa pasando hacia el colector
principal. La torta se lava por una serie de
boquillas de riego y después es prensada
mediante un rodillo para disminuir su
contenido de agua En la última etapa la
torta queda sometida a un soplo de aire de
dentro hacia fuera que afloja la torta
separándola del medio filtrante y se
desprende con ayuda de un raspador o
cuchilla
DEFINICIONES

30. CONCLUSIONES
La destilación tiene muchas aplicaciones. Por ejemplo: La destilación de productos
fermentados produce bebidas destiladas con un alto contenido de alcohol o separa otros
productos de fermentación de valor comercial.
La destilación es un método eficaz y tradicional de desalinización.
En la industria de los combustibles fósiles, la estabilización del petróleo es una forma
de destilación parcial que reduce la presión de vapor del petróleo crudo, lo que lo hace
seguro para el almacenamiento y el transporte, además de reducir las emisiones a la
atmósfera de hidrocarburos volátiles. En las operaciones intermedias en las refinerías de
petróleo, la destilación es una clase importante de operaciones para transformar petróleo
crudo en combustibles y materias primas químicas.
La teoría de filtración señala que, considerando aparte las características del medio
filtrante, el caudal que entra es igual al caudal que sale (Ecuación de Continuidad).Como
resultado de estas dos variables conjuntas, para una misma cantidad de fluido a filtrar se
observará que su caudal es inversamente proporcional al cuadrado del espesor de la torta
al final del proceso. Esta observación conlleva que la máxima productividad se alcanza
teóricamente con aquellas tortas de espesor muy fino cuya resistencia supera a la del
medio mismo filtrante. Sin embargo, otros factores como el tiempo para regenerar la
torta, su dificultad de descarga y el coste de una superficie filtrante más amplia explica
que en la práctica se prefiera trabajar en condiciones de tortas espesas.

31. BIBLIOGRAFÍA
(Nad, M. & L. Spiegel (1987). “Simulation of batch distillation by computer and
comparison with experiment”. In Proceedings of CEF’87, Taormina, Italy, pp. 737-742.)
(Gómez, J. C. & M. Basualdo (2000). "Nonlinear Identification of Multicomponent Batch
Distillation Processes". In Proceedings of the IFAC Symposium on Advanced Control of
Chemical Processes ADCHEM 2000, Pisa, Italy, pp. 989-994.)
(Skogestad, S. and Morari, M.. "Understanding the Dynamic Behavior of Distillation
Columns", Ind. & Eng. Chem. Research , Vol. 27, No. 10, pp: 1848-1862, (1988).)
(Skogestad, S and Postlethwaite, I.. Multivariable feedback control, Wiley, 1996.)