La finalidad de las operaciones unitarias es separar sustancias. Esa separación de sustancias es una transferencia de masa. En esta sección te enfocaras en los procesos de transferencias de masa y reconocerás que para que esta suceda se necesita generar un cambio de fase.
El estudio general de la transferencia de masa puede ser dividido en cuatro áreas de interés e importancia:
· Difusión molecular
· Difusión molecular en flujo laminar
· Mezclado en corrientes turbulentas
· Transferencia de masa entre dos fases
La primera categoría ha desarrollado sólidamente para la difusión en el estado gaseoso, pero no para los fluidos densos.
La segunda categoría es una aplicación de la primera y es estudiada mediante manipulación matemática en situaciones en las que el flujo puede ser descrito o calculado.
La tercera categoría o el mezclado en una corriente turbulenta es un proceso por el cual una corriente de gases se dispersa en la atmósfera y el mezclado ocurre en diferentes situaciones en condiciones de turbulencia.
La cuarta categoría abarca el interés de los ingenieros en los procesos de transferencia de masa. Radica, principalmente, en el rol que tienen de diseñar equipos de separación para la purificación de sustancias ya que al realizar una reacción química los productos generalmente quedan mezclados en las corrientes que salen del reactor y es en este punto en el que adquiere importancia el proceso de transferencia de masa en dos fases para lograr la separación de los productos resultantes y de aquellos reactivos que no lograron reaccionar.
Para entender o analizar los procesos de transferencia de masa es necesario considerar el equilibrio de fases; entonces, es el momento en el que la termodinámica ofrece su ayuda. La segunda ley proporciona las condiciones de en equilibrio y la primera ley nos ayuda con la realización de los balances de energía incluyendo los efectos de calor asociados con el fenómeno de transferencia de masa.
Observa en el siguiente diagrama. En él, se presenta un ejemplo en el que se describen las características más importantes de un equipo y su relación con la transferencia de masa.
Ilustración 1. Características de la transferencia de masa.
Ilustración 2. Destilación extractiva.
En el primer esquema, puedes observar que la selección de un equipo está relacionada con los agentes de cambio y con la operación unitaria escogida para la separación. Como ejemplo, se muestra que para un equipo de destilación extractiva se necesita conocer la fase de alimentación de la mezcla problema, la cual puede ser un vapor, un líquido o ambos. La fase generada será un vapor y un líquido en todos los casos. Con lo que respecta a los agentes impulsores para la generación de las fases, debe existir un líquido extractor que es el agente material (disolvente líquido) y un intercambio de calor para mantener las fases en equilibrio.
La segunda figura muestra el equipo adecuado para la destilación extractiva, el cual es una torre que contiene una serie de platos en los cuales se llevara a cabo la extracción de los componentes que se desea eliminar.
El proceso muestra que se alimenta la corriente que contiene la mezcla en un plato determinado y unos platos por arriba de esta se introduce el líquido extractor que tendrá la función de ponerse en contacto con los vapores de la corriente alimentada, circulando en contracorriente, para extraer de él las impurezas, el vapor libre de impurezas sube hasta el domo en donde es condensado en un intercambiador de calor, una parte de este condensado puro, se devuelve a la torre de destilación para mantener el equilibrio del proceso (a esto se le denomina reflujo) y otra parte se retira como producto final.
En el fondo de la torre de destilación queda la fase líquida la cual ha perdido casi la totalidad de los componentes volátiles de la mezcla inicial a este líquido se le denomina líquido agotado. Una parte de él se utiliza nuevamente como reflujo calentándolo hasta alcanzar la temperatura de ebullición para mantener la generación de vapores dentro de la torre.
Hasta el momento, tienes los conocimientos básicos de dos de los agentes que le dan sentido a las operaciones unitarias: el calor y la masa. Recuerda que estos agentes no están separados e interactúan en conjunto, también revisaste la teoría y la relacionaste con los diversos equipos que ayudan a controlar las características deseables para separar mezclas; te has dado cuenta de que el estudio de las operaciones unitarias no es sencillo, pues hasta el momento falta revisar las ecuaciones que te permitirán modelar y simular el comportamiento de una mezcla dentro de un equipo de separación y las condiciones de presión y temperatura que se necesitan para romper las fases y lograr la separación.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario