DIÁLISIS La diálisis es el proceso de separar moléculas en una solución por la diferencia en sus índice índices s de difusi difusión ón a través través de una membra membrana na semip semiperm ermeab eable le,, se usa con frecuencia en los métodos de flujo continuo para separar iones inorgánicos, como cloruro o sodio y pequeñas moléculas orgánicas como glucosa, de las especies de peso molecular elevado como las proteínas. Normalmente Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la ley de ic!. Fundament Fundamento o físico: físico: difere diferenci ncia a de veloci velocidad dad de difus difusió ión n a través través de una una membrana. Fase inicial: líquido. inicial: líquido. Agente de separación: "#$%&' separación: "#$%&' membrana selectiva disolvente. Modo de operación: (iscontinuo ")asta saturación de la membrana& Modo de contacto: *ontacto contacto: *ontacto continuo Control cinético recuperación ión de sosa cáustica cáustica purificad purificada a a partir partir del Ejemplo industrial: recuperac proceso de líquido de rayón y riñón artificial, recuperación de sales o a+ucares a partir de otros productos naturales u otras soluciones coloidales. Descripción del proceso: •
• • • • • •
•
Fig.1 esquema esquema del un proceso de diálisis diálisis
DIFUSIÓN TÉRMICA La difusión térmica utili+a el intercambio de calor a través de una delgada capa de líqui líquido do o gas gas para para conseg conseguir uir la separa separació ción n de isótop isótopos. os. %e reali+ reali+a a aplica aplicand ndo o un gradiente de temperaturas a una solución omogénea, esto provoca un gradiente de concentración que fuer+a la difusión. No e-isten aplicaciones aplicaciones a gran escala pero se a utili+ado para favorecer la separación de isótopos. • • • • • •
•
Fundamento físico: gradiente de concentración inducida por la la temperatura. Fase inicial: gas o líquido. líquido . Agente de separación (AES: gradiente de temperatura. temperatura . Modo de contacto: *ontacto continuo. continuo. Modo de operación: discontinuo. Control del e!uili"rio "el fenómeno de difusión térmica se dará asta que se alcance el equilibrio térmico&. Aplic Aplicaci acione ones s indust industria riales les:: separa separació ción n de me+cla me+clas s gaseos gaseosas as isotóp isotópica icas, s, enriquecimiento de uranio, separación industrial de )elio y )elio /
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
ESPECTROMETRÍA DE MASAS La espectrometría de masas "$%& utili+a el movimiento de iones en campos eléctricos y magnéticos para clasificarlos de acuerdo a su relación masa 0carga. (e esta manera la espectrometría de masas es una técnica analítica por medio de la cual las sustancias químicas se identifican separando los iones gaseosos en campos eléctricos y magnéticos. Los instrumentos usados en estos estudios se llaman espectrómetros de masas bajo el principio que los iones pueden ser desviados a campos eléctricos y magnéticos. 1l dispositivo que reali+a esta operación y utili+a medios eléctricos para detectar los iones clasificados se lo conoce como espectrómetro de masas. • • • •
• • •
•
Fundamento físico: cargas diferentes por unidad másica. Fase inicial: gas. Agente de separación: (AES: *ampo magnético. Modo de contacto: es necesario ioni+ar las moléculas y obtener los iones formados en fase gaseosa. Los iones generados son acelerados acia un anali+ador y separados en función de su relación masa2carga "m2+& mediante la aplicación de campos eléctricos, magnéticos ó simplemente determinando el tiempo de llegada a un detector. Los iones que llegan al detector producen una señal eléctrica que es procesada, ampliada y enviada a un ordenador. 1l registro obtenido se denomina espectro de masas y representa las abundancias iónicas obtenidas en función de la relación masa2carga de los iones detectados. Modo de operación: (iscontinuo Control cinético Aplicaciones industriales: %eparación de isótopos, eliminación de metales pesados, análisis de partículas en aerosoles, determinación de residuos de pesticidas en alimentos Descripción del proceso:
Fig.! "squema de "spectrometría de masas
#
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
!
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
EVAPORACIÓN La evaporación es el proceso físico por el cual átomos o moléculas en estado líquido pasan al estado gaseoso, por aber tomado energía suficiente para vencer la tensión superficial. # diferencia de la ebullición, éste es un proceso paulatino, y no es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición La evaporación es utili+ada para eliminar el vapor formado a partir de una solución líquida para así obtener una solución concentrada. 1n la gran mayoría de los casos, la evaporación vista como operación unitaria se refiere a la eliminación de agua de una solución acuosa • • • • • • •
•
Fundamento físico: (iferencia en la volatilidad. Fases implicadas: líquido 0 vapor Agente de separación (AES: transmisión de calor. Modo de Contacto: *ontacto directo entre fases Modo de operación: *ontinuo Control del e!uili"rio Ejemplo industrial' 1vaporación de agua de una disolución de urea en agua, concentración de +umos de fruta por eliminación de agua, evaporación de salmuera para obtención de sal com3n Descripción del proceso:
Fig.$ "squema de un e%aporador
INTERCAMBIO IÓNICO •
• • • • •
•
Fundamento físico: 1l intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia de materia líquido0sólido. 4mplica la transferencia de uno o más iones de la fase fluida al sólido por intercambio o despla+amiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuer+as electrostáticas a grupos funcionales superficiales. Fase implicada' una líquida y otra sólida. Agente de separación: (AMS&' 5esina iónica. Modo de operación: (iscontinuo o continuo" en columna& Control: cinético si se opera en leco fijo, de equilibrio si se opera en batc Modo de contacto: al tratarse de un sólido, normalmente se produce en leo fijo, a veces en tanques agitados operando por cargas. Aplicaciones industriales: la purificación o depuración de aguas tanto residuales como para el consumo umano, desminerali+ación de aguas. 6tras aplicaciones incluyen la recuperación de metales a partir de soluciones diluidas y separación de productos a partir de bioreactores.
$
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
Fig.& "squema Intercamio i'nico
RECTIFICACIÓN:
•
• • • • • •
Fundamento físico: 7roceso de separación consistente en poner en contacto un líquido y un vapor. La fase vapor se enriquece en los componentes más volátiles y la fase líquida en los menos volátiles. 1l objetivo principal de la rectificación es separar una me+cla de varios componentes aprovecando las distintas temperaturas de ebullición, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. Fases implicadas: fase vapor y otra fase líquida. Agente de separación: #gente energético "*alor&. Modo de operación: *ontinuo Modo de contacto: *ontracorriente Control de e!uili"rio. Aplicaciones industriales: %eparación de idrocarburos, separación del crudo petrolífero en fracciones de distinta volatilidad.
.1l equipo consta básicamente de' 8na columna cilíndrica en la que se me+clan las dos fases íntimamente para favorecer la transferencia de los componentes de una fase a otra, asta llegar al equilibrio. 8n calderín en la base 8n condensador en la parte superior de la columna, donde el vapor procedente de la columna se condensa, retirándose parte del líquido condensado como producto destilado •
• •
.
&
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
. Fig ( "squema de un recti)icador
SUBLIMACIÓN •
• •
•
• • •
Fundamento físico: 1s el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido donde algunas de las moléculas del sólido pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuer+as de coesión y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre. 1l proceso de sublimación va acompañado necesariamente de una absorción de energía térmica porque las moléculas requieren una velocidad de escape para romper las fuer+as de atracción que unen el cristal. Fases implicadas: %ólido0gas. Agente de separación: #gente energético de separación, transferencia de calor y presión. Modo de operación: %eparación de componentes en fase sólida, pasando del estado sólido al gaseoso por aumento de la temperatura mediante un calentamiento gradual para que no se produ+can sobrecalentamientos en el sistema y operando generalmente con un vacío relativamente elevado. Modos de contacto m#s $a"ituales' por cargas. Control de e!uili"rio sólido%gas. Aplicaciones industriales: purificación de yodo, naftaleno o ácido ben+oico, separación del a+ufre de sus impure+as y secado de alimentos por liofili+ación, obtención de café soluble.
(
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
Fig.* "squema de un sulimador
ULTRACENTRIFUGACIÓN
•
• •
•
•
•
•
•
Fundamento físico: 9asado en la velocidad de sedimentación de macromoléculas que se someten a un campo centrífugo elevado tal que la fuer+a de centrifugación es mayor que la de difusión, por lo que e-iste un transporte neto de material acia el fondo de la celda. 1s un método idrodinámico de transporte que permite fraccionar las macromoléculas en base a las diferencias en coeficiente de sedimentación "una función de la masa, la densidad y la forma macromolecular&. Fases implicadas: líquido Agente de separación: %e trata de una separación por campo de fuer+a o gradiente, cuyas características son' se emplean campos de fuer+a e-ternos. %e aproveca de las diferentes respuestas de iones y moléculas a las fuer+as y a los gradientes. Modo de operación: :elocidad' a partir de ;<<<< rpm de modo que se generan campos centrífugos que superan los =<<<<
*
U.Va. Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Amiente
+