Operaciones unitarias y procesos de separación
Operaciones unitarias y procesos de separación evalúa la selección, el diseño y el análisis de destilación, absorción, extracción, secado, filtración y membranas. El examen pide identificar el mecanismo de separación y calcular etapas, reflujo o áreas.
Reglas y conceptos
- Destilación: volatilidad relativa, relación de reflujo, reflujo mínimo, etapas teóricas y eficiencia de plato.
- Absorción: ley de Henry, factor de absorción, NTU y HTU.
- Extracción: coeficiente de distribución y selectividad del solvente.
- Secado: humedad crítica, curva de velocidad de secado y humedad de equilibrio.
- Filtración: resistencia de la torta y del medio; la caída de presión crece con el espesor.
- Un azeótropo no se separa por destilación ordinaria; requiere cambio de presión, extracción o membrana.
Ejemplo resuelto
Para una columna binaria ideal con volatilidad relativa α = 2.5, xD = 0.95 y xB = 0.05, la ecuación de Fenske estima etapas mínimas: Nmin = ln[(xD/(1−xD))((1−xB)/xB)] / ln α = ln[(0.95/0.05)(0.95/0.05)] / ln 2.5 = ln(361)/0.916 = 5.889/0.916 ≈ 6.43. Se requieren alrededor de 6.4 etapas teóricas; en la práctica se especifican 7 incluyendo el rehervidor. A reflujo mínimo se necesitarían infinitas etapas; por eso el diseño opera con R mayor que Rmin.
Errores que cuestan puntos
- Usar fracciones másicas en McCabe-Thiele, que trabaja con fracciones molares.
- Confundir reflujo externo con flujo interno de vapor.
- Tomar Nmin como número real de platos sin eficiencia.
- Olvidar que la alimentación cambia la curva de operación.
- Elegir un solvente sin evaluar selectividad y recuperación.