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OPERACIÓN PLANTA QUÍMICA ACONDICIONAMIENTO DE SÓLIDOS Y CONTROL AUTOMÁTICO MÓDULO N°6

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GUÍA DE AUTOAPRENDIZAJE “PROCESOS DE SEPARACIÓN”

ACONDICIONAMIENTO DE SOLIDOS Frecuentemente en la industria es necesario separar los componentes de una mezcla en fracciones individuales. Las fracciones pueden diferenciarse entre sí por el tamaño de las partículas, por su estado, o por su composición química. Así, por ejemplo:

Un producto bruto puede purificarse por eliminación de las impurezas que lo contaminan.

Una mezcla de más de dos componentes puede separarse en componentes puros individuales.

La corriente que sale de un proceso puede constar de una mezcla del producto y de material no

convertido, y es preciso separar y recircular la parte no convertida a la zona de reacción para

convertirla de nuevo.

Se han desarrollado un gran número de métodos para realizar tales separaciones y algunas operaciones básicas se dedican a ello. Los métodos para separar los componentes de las mezclas son de dos tipos, métodos de separación por difusión y métodos de separación mecánica.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN POR DIFUSIÓN

Este grupo de operaciones se usan para la separación de los componentes de mezclas, que se basan en la

transferencia de material desde una fase homogénea a otra.

Utilizan diferencias de presión de vapor o de solubilidad.

La fuerza impulsora de la transferencia es una diferencia o gradiente de concentración.

1.- Destilación: El objetivo de la destilación es separar, mediante vaporización, una mezcla líquida de sustancias miscibles(propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando

CORPORACION MUNICIPAL DE DESARROLLO SOCIAL LICEO INDUSTRIAL EULOGIO GORDO MONEO

ANTOFAGASTA FONO FAX: 55-2231189

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Profesora: Ivette Tapia Castillo Nombre Estudiante: Fecha:

Módulo: Acondicionamiento de Sólidos y Control Automático (M6) Curso: 4 I

Aprendizaje Esperado 1.- Opera equipos para realizar los principales procesos de separación y acondicionamiento de sólidos, aplicando normas de protección personal y del cuidado del medio ambiente.

Indicador (es) de Evaluación 1.1 Obtiene sólidos y líquidos de una mezcla, mediante operaciones de separación mecánica (filtros, decantadores, hidrociclón, centrifuga, etc.), según las características del proceso industrial.

Competencias Resolución de problemas, uso de recursos, comunicación, información

Objetivos Aprendizaje Genéricos D, K


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una disolución) y volátiles en sus componentes individuales, o en algunos casos en grupo de componentes.

2.- Absorción de Gases: Un vapor soluble contenido en una mezcla con un gas inerte, es absorbido mediante un líquido en el que el soluto gaseoso es menos soluble. El soluto se recupera posteriormente del líquido mediante destilación y el líquido de absorción se puede reutilizar o desechar.

3.- Deshumidificación: Es el proceso de retirar el vapor de agua contenida en el aire, llamada también humedad. Existen diferentes procesos para remover la humedad del aire, estos son: por enfriamiento, hasta alcanzar una temperatura por debajo del punto de rocío, por el incremento de la presión total, lo cual causa la condensación, y por último poner en contacto un desecante con el aire, con lo cual, la humedad del aire migra hacia el desecante, impulsado por la diferencia en las presiones de vapor entre el aire y el desecante.


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4.- Extracción líquido-líquido: Llamada también extracción con disolvente, en la que se trata una mezcla líquida con un disolvente que disuelve preferentemente a uno o más componentes de la mezcla. La mezcla tratada en esta forma se llama refinado y la fase rica en disolvente recibe el nombre de extracto. El componente que se transmite desde el refinado hacia el extracto es el soluto, y el componente que queda en el refinado es el diluyente.

5.- Extracción de sólidos o lixiviación: La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios

solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. El proceso completo de extracción

suele comprender la recuperación por separado del solvente y del soluto.

6.- Cristalización: Mediante la formación de cristales se separa un soluto de una solución líquida dejando

generalmente las impurezas en la masa fundida o en las aguas madres. Este método se utiliza para

obtener cristales de alta pureza formados por partículas de tamaño uniforme.

Ejemplo: Se disuelve en caliente todo el disolvente posible, al filtrar se eliminan las impurezas, se deja

evaporar el disolvente y se obtienen los cristales puros.


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MÉTODOS DE SEPARACIÓN MECÁNICOS

La separación mecánica se puede aplicar a mezclas heterogéneas. Las técnicas se basan en diferencias

físicas entre las partículas, tales como el tamaño, la forma o la densidad. Se aplican para separar líquidos

de líquidos, sólidos de gases, líquidos de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos.

1.- Tamizado: El tamizado es un método de separación de partículas que se basa solamente en la

diferencia de tamaño . En el tamizado industrial se vierten los sólidos sobre una superficie perforada o

tamiz, que deja pasar las partículas pequeñas, o “ finos “, y retiene las de tamaños superiores, o

“rechazos “. Un tamiz puede efectuar solamente una separación en dos fracciones. Estas fracciones se

llaman fracciones de tamaño no especificado, porque, aunque se conoce el límite superior o inferior del

tamaño de las partículas que contiene, se desconoce su tamaño real.

2.- Filtración: La filtración es la separación de partículas sólidas contenidas en un fluido, pasándolo a

través de un medio filtrante, sobre el que se depositan los sólidos. La filtración industrial va desde el

simple colado hasta separaciones más complejas. El fluido puede ser un líquido o un gas; las partículas

sólidas pueden ser gruesas o finas, rígidas o flexibles, redondas o alargadas, separadas o agregados.


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3.- Procesos de sedimentación por gravedad: Se trata de una operación de separación sólido-fluido en la

que las partículas sólidas de una suspensión, más densas que el fluido, se separan de éste por la acción

de la gravedad.

La sedimentación se utiliza para separar las partículas sólidas dispersas en un líquido.

Separación se sólidos contenidos en gases líquidos. Por ejemplo, las partículas de polvo pueden retirarse de los gases por una gran variedad de métodos. Para partículas sólidas gruesas, mayores de unas 325 micras, es útil una cámara de sedimentación por gravedad. El aparato es una gran caja, donde en uno de sus extremos entra aire cargado de polvo y por el otro sale el aire clarificado. En ausencia de corrientes de aire, las partículas sedimentan en el fondo por gravedad. Si el aire permanece en la cámara durante un período de tiempo suficiente, las partículas alcanzan el fondo de la cámara, de donde se pueden retirar posteriormente.

PROCESOS INDUSTRIALES

FILTRACIÓN

Es el proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso,

que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido. En la industria podemos encontrar diversos tipos

de filtros, los principales son:

Filtro Prensa: Se utilizan mucho para la filtración y clarificación de numerosos líquidos (jugos en

la industria alimentaria, también tienen utilidad en la industria química)

En estos se coloca una tela o una malla, sobre placas

verticales, de tal manera que sean los bordes los que

soporten a la tela y al mismo tiempo dejen debajo de

la tela un área libre lo más grande posible para que

pase el filtrado.


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Filtración por Osmosis Inversa: Se usan principalmente en la industria de agua y bebidas. Es un proceso de purificación del agua que utiliza una membrana semipermeable para eliminar iones, moléculas y partículas más grandes en el agua potable. Si se aplica más presión de lo esperada por la presión osmótica el agua pasará a una solución todavía menos concentrada.

Microfiltración: Se usa principalmente en la producción de vinos, zumos de manzana, mostos o jugos de uva.

La microfiltración es el proceso de separación de partículas de tamaño de 0.1 – 10 µm (micrómetros) de un fluido; para realizar la eliminación de los sólidos en suspensión en este proceso se utilizan membranas semipermeables, mediante flujo transversal y operando con baja presión.

Filtros para aire acondicionado y sistemas de ventilación en la industria: Se usa principalmente en la industria láctea.

Su principal uso es para el área de operación y lugares donde se exige un aire libre de gérmenes y bacterias

Filtros al Vacío: Su uso es principalmente en la industria alimentaria, es para la refinación de aceite.

En los filtros de vacío la separación sólido-líquido tiene lugar gracias a la aspiración que imprime una bomba de vacío bajo la superficie que reposa el producto.


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Filtro de Tambor: Su uso principal es para filtración de agua, refinamiento de mineral, hidrometalurgia industrial y química.

Es un cilindro horizontal que gira parcialmente sumergido en un depósito con la suspensión agitada. La superficie cilíndrica esta agujereada y se cubre con la tela. Se succiona haciendo vacío, y el líquido claro atraviesa la tela, mientras la torta se va formando en la superficie. La capacidad de filtración depende de la velocidad de rotación. Si la torta se quiebra, se comprime con una correa.

Filtro de Discos: También es usado en el tratamiento de agua Similares a los anteriores, solo que tienen un cierto número de hojas filtrantes dispuestas sobre un eje. Proporcionan un lavado menos eficiente que el anterior y la descarga de la torta es más difícil, pero ofrecen un área mucho mayor. DECANTACION La decantación es el proceso que se ocupa para la separación de un sólido o líquido de diversas densidades, de otro fluido, ya sea por sedimentación o flotación, el cuál es característico al ser menos denso y en función de ello, se situara en la parte externa de la mezcla que forman ambos. Este procedimiento es ampliamente utilizado para separar mezclas de tipo heterogéneas que están conformadas por una sustancia sólida y una líquida o bien por dos sustancias líquidas densas. Un sistema formado por agua y aceite, el segundo puede ser más denso, ubicándose en la parte inferior del embudo y es separada, mediante la apertura de una llave de paso de forma controlada, destacando que la realización del proceso de decantación.


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Durante la ejecución de este procedimiento, es necesario dejar en reposo la mezcla para que la parte más densa se separe gravitoriamente, descendiendo para que sea posible su extracción como consecuencia de la acción de la gravedad. Tipos de decantación Existen diversos tipos de procesos de decantación, destacando los siguientes:

Decantación sólido-líquido: Se hace uso de este tipo de decantación, en casos donde el componente sólido se encuentra depositado en un líquido.

Decantación líquido-líquido: Se separan líquidos que no pueden mezclarse, teniendo densidades diferentes, acumulándose en la parte inferior del sistema, el líquido más denso.

Decantadores industriales Los decantadores son instalaciones cuyo objetivo es separar los sólidos en suspensión del líquido en que se encuentran. Para ello, se utiliza solo la fuerza de la gravedad. Los decantadores son normalmente depósito de gran tamaño, en los que la suspensión se mantiene en reposo. Los decantadores suelen ser muy grandes, de modo que el tiempo de permanencia de la suspensión en ellas sea superior al tiempo de caída de las partículas. En el área industrial nos encontraremos con diversos tipos de decantadores, los cuales son:

Decantadores de separación dinámica : Son aquellas unidades que aplican el uso de turbinas, las cuáles se ubican en el centro de estos tanques, girando a alta velocidad e impulsando el flujo hacia abajo, consiguiendo de esta forma que ocurra un choque entre las partículas que descienden y las que ascienden con el flujo del tanque.


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Decantadores de manto de lodos pulsantes: En estos decantadores de lecho de fango como también se les conoce, no hay recirculación de fango, sino que existe una masa de lodos en la parte inferior del decantador, la cual se expande de abajo hacia arriba por la impulsión del agua coagulada. Los lodos se van depositando en unas fosas o concentradores y el agua clarificada es decantada, mediante canaletas o vertederos superficiales.

Decantadores de agitación simple: Son tanques de forma circular, en los cuáles el agua ingresa por la parte inferior, disponiendo de un agitador mecánico que gira lentamente en el fondo, con la finalidad de mantener las partículas coaguladas en suspensión y recoger los lodos en un concentrador, en el cuál serán extraídos periódicamente.

La regulación de la velocidad de agitación es de vital importancia para conseguir una óptima floculación , en base a la turbiedad del agua y de la dosis de coagulante empleado, destacando que la presencia de grandes cantidades de flóculos en la superficie debe disminuir la velocidad de agitación. (Floculo: Conjunto de partículas pequeñas aglutinadas en partículas más grandes y con mayor capacidad de sedimentación que se obtiene mediante tratamiento químico, físico o biológico. Masa floculada que es formada por la acumulación de partículas suspendidas.)


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HIDROCICLON Los hidrociclones son aparatos diseñados para clasificar, separar, espesar una mezcla bifásica donde una de las fases está formada por sólidos. Cuando la fase fluida es un líquido, entonces se les denomina hidrociclones. Para nuestros fines el hidrociclón va a funcionar como un clasificador.

La función principal del Hidrociclón es separar los sólidos suspendidos en un determinado flujo de la pulpa de “alimentación”, en dos fracciones:

Una que acompaña al flujo llamado “descarga” que lleva en suspensión los sólidos más gruesos de un determinado tamaño de corte.

Y otra fracción que acompaña al flujo denominado “rebose” que lleva en suspensión los sólidos más finos que el citado tamaño.

La pulpa de alimentación entra tangencialmente en la parte cilíndrica a una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formándose un “torbellino primario” descendente hacia el vértice inferior del hidrociclón.


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CENTRIFUGACIÓN La separación centrífuga es una de las operaciones unitarias más importantes en procesos claves de las industrias químicas, farmacéuticas, tratamiento de efluentes, purificación de aceites combustibles y lubricantes y suspensiones en general.

En la separación mecánica las separadoras y decantadoras se catalogan dentro de las centrifugadoras. La centrifugación es una decantación selectiva de los componentes insolubles de una mezcla bajo condiciones de gravedad artificial.

Las centrífugas son instrumentos que permiten someter a las muestras a intensas fuerzas que producen la sedimentación en poco tiempo de las partículas que tienen una densidad mayor que la del medio que las rodea.

Clasificación de las Centrifugas

Centrifugación a Baja Velocidad: De sobremesa o clínicas. De pequeño tamaño y sin refrigeración. Alcanzan una velocidad máxima de 5000 rpm (revoluciones por minuto)

Centrifugación a Alta Velocidad: Alcanzan velocidades de entre 18.000 a 25.000 rpm. Son refrigeradoras y algunas tienen sistema de vacío para evitar el calentamiento del rotor a causa del razonamiento con el aire.

Ultracentrifugación: Superan el 50.000 rpm, por lo que tienen sistemas auxiliares de

refrigeración de alto vacío.


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ACTIVIDADES Responda las siguientes preguntas, analizando los procesos estudiados.

1. Mencione los métodos de separación conocidos y la cualidad que poseen para poder diferenciarlos 2. Mencione cuales son los procesos industriales que se utilizan para operaciones con una fase homogénea 3. Explique los objetivos principales de las siguientes operaciones:

Destilación

Absorción de gases

Deshumidificación

Extracción líquido-líquido

Extracción de sólidos

Cristalización

4. Mencione los procesos de separación mecánicos y para que tipos de mezclas son utilizados

5. Explique los siguientes procesos industriales: Tamizado

Filtración

Sedimentación por gravedad

Deshumidificación

Extracción líquido-líquido

Extracción de sólidos

Cristalización

6. ¿ Qué entiende por proceso de filtración? 7. Mencione los tipos de filtros estudiados y explique el proceso de cada uno de ellos. 8. ¿Qué entiende por proceso de decantación? 9. Mencione los tipos de decantación estudiados. 10. Nombre y explique los decantadores industriales estudiados. 11. ¿Cómo se llama el método para separar el aceite del agua? 12. Indica para qué se utiliza un embudo de decantación y si se pueden separar con él las siguientes mezclas:

Agua + gasolina

Agua + aceite.

Alcohol + agua.

13. Por cual método las mezclas pueden separarse: Por métodos físicos o por Métodos Químicos 14. ¿Por qué método se separa una mezcla de dos líquidos miscibles entre sí? 15. ¿Qué otro nombre recibe las mezclas homogéneas? 16. Los procedimientos físicos de decantación ¿qué tipos de mezclas pueden separar? 17. Cuál de las tres opciones es la correcta, Por filtración separaría: Azúcar y arena, Agua y sal o Hierro y arena 18. Los componentes del aire ¿porque método se separan?

19. Señalar la opción correcta:

Si una sustancia pura se descompone por electrólisis, no es un elemento Todas las mezclas heterogéneas se pueden separar por filtración Una sustancia pura que no se descompone por calentamiento se llama elemento

20. Señalar la opción correcta, la sedimentación es una técnica que separa:

Componentes por diferencia de densidad Componentes por diferencia de punto de fusión Componentes sólidos de líquidos

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