Procesos Unitarios

OPERACIONES UNITARIAS

TRITURACIÓN

La trituración es el nombre de los diferentes métodos de procesamiento de materiales. El triturado es también el nombre del proceso para reducir el tamaño de las partículas de una sustancia por la molienda, como por moler los polvos en un mortero con un mazo.

La trituración, además, se refiere a la producción de un material homogéneo a través de la mezcla. La trituración convierte la producción de residuos de post- consumo en un material a granel (material molido, partículas) lo más homogéneo posible.

El proceso de trituración es necesario antes de que se den lugar los subsiguientes pasos del proceso- tanto para obtener nuevos materiales como combustibles secundarios. En numerosas técnicas, la trituración representa el proceso fundamental a partir del cual se realizan los procesos de tratamiento posteriores. Debido a la amplia variedad de materiales que pueden ser triturados, las máquinas acostumbran a ofrecer un alto grado de flexibilidad.

TRITURACIÓN PRIMARIA

La trituración primaria reduce normalmente el tamaño de los trozos de mineral a un valor comprendido entre 8" a 6". A continuación, los productos obtenidos se criban en un tamiz vibrante con objeto de separar aquellas partículas cuyo tamaño ya es lo suficientemente fino, con el consiguiente aumento en la capacidad de las quebrantadoras secundarias.

La trituración primaria se lleva a cabo normalmente en quebrantadoras de mandíbulas o en quebrantadoras giratorias. Las quebrantadoras de mandíbulas constan normalmente de dos planchas de acero al manganeso o mandíbulas, colocadas una frente a la otra, de las cuales una es fija y la otra es móvil y puede girar sobre un eje situado en su parte superior o inferior. Mediante un dispositivo adecuado, se comunica a la mandíbula móvil un movimiento de oscilación alternativo hacia adelante y hacia atrás de corto recorrido.

El mineral se carga en el espacio comprendido entre las mandíbulas, y de ellas, la móvil, en su recorrido hacia adelante, aplasta los trozos contra la fija. Al retroceder la mandíbula móvil, el mineral triturado cae por la abertura que en la parte inferior forman las mandíbulas.

Las quebrantadoras giratorias constan de una masa trituradora de forma cónica que gira en el interior de una carcasa troncocónica fija, abierta por su parte superior e inferior. El mineral que se va a triturar se carga en la quebrantadora por su parte superior, y el mecanismo por el que se realiza la trituración se basa es la misma acción de aplastamiento de las quebrantadoras de mandíbulas.

TRITURACIÓN SECUNDARIA

En la trituración secundaria, el tamaño de las partículas se reduce a un valor comprendido entre 3" y 2", dejándolo en condiciones de poder pasar a las operaciones de molturación o concentración preliminar. Las quebrantadoras utilizadas en esta fase son por lo general e tipo giratorio o cónico. Estas quebrantadoras son similares a las utilizadas en la trituración primaria, diferenciándose solamente en que trabajan a velocidades relativamente altas (aproximadamente 500 r.p.m.) y en que la abertura de salida de los productos triturados es mucho menor.

MOLIENDA

Es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. Generalmente se habla de molienda cuando se tratan partículas de tamaños inferiores a 1" (1" = 2.54 cm) siendo el grado de desintegración mayor al de trituración.

La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, rotamiento de cizalla y cortado.

Se utiliza fundamentalmente en la fabricación de cemento, en la preparación de combustibles.

TAMIZADO

El tamizado, es uno de los métodos de separación de mezclas, el cual consiste que mediante un tamiz , zarandas o cernidores (redes de mallas más o menos gruesas o finas) se separan partículas sólidas según su tamaño.

Se coge un tamiz que deje pasar el polvo más fino y retenga el más grueso. Por ejemplo en los molinos es utiliza este procedimiento para separar la harina del afrecho (salvado).

Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Los orificios del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas de una solución homogénea, que por lo general tiene un color amarillo el cual lo diferencia de lo que contenga la mezcla.

Para aplicar el método de la tamización es necesario que las fases se presenten al estado sólido. Se utilizan tamices de metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las de menor diámetro. Por ejemplo, trozos de mármol mezclados con arena; harina y corcho; sal fina y pedazos de roca, cantos rodados, etc.

FLUIDIZACIÓN

La fluidización es un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas. Desde un punto de vista macroscópico, la fase sólida (o fase dispersa) se comporta como un fluido, de ahí el origen del término "fluidización". Al conjunto de partículas fluidizadas se le denomina también "lecho fluidizado".

En un lecho de partículas con flujo ascendente, la circulación de un gas o un líquido a baja velocidad no produce movimiento de las partículas. El fluido circula por los huecos del lecho perdiendo presión. Esta caída de presión en un lecho estacionario de sólidos viene dada por la ecuación de Ergun. Si se aumenta progresivamente la velocidad del fluido, aumenta la caída de presión y el rozamiento sobre las partículas individuales. Se alcanza un punto en el que las partículas no permanecen por más tiempo estacionarias, sino que comienzan a moverse y quedan suspendidas en el fluido, es decir, “fluidizan” por la acción del líquido o el gas.

MEZCLADO

El principal objetivo del mezclado es, pues clasificar todos los problemas de mezcla según los materiales a mezclar y recomendar uno o varios tipos de mezclado para su empleo en cada uno de dichos problemas.

Operación unitaria cuyo objetivo es tratar a dos o más componentes de forma que cada unidad (partícula, molécula) de uno de los componentes contacte lo más posible con las de los demás.

AGITACIÓN

La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente.

El agitador crea un cierto tipo de flujo dentro del sistema, dando lugar a que el líquido circule por todo el recipiente y vuelva de vez en cuando al agitador.

Objetivos de la Agitación:

• Mezcla de dos líquidos miscibles (alcohol y agua)

• Disolución de sólidos en líquido (azúcar y agua)

• Mejorar la transferencia de calor (en calentamiento o enfriamiento)

• Dispersión de un gas en un líquido (oxígeno en caldo de fermentación)

• Dispersión de partículas finas en un líquido

• Dispersión de dos fases no miscibles (grasa en la leche)

EVAPORIZACIÓN

Es una operación unitaria que permite remover un líquido de una mezcla, con el objetivo de separar componentes o concentrar una solución, suministrando energía. En el proceso de evaporación se comienza con un producto líquido y termina con uno más concentrado pero bombeable. Este producto más concentrado pasa a ser el producto principal del proceso en esta etapa.

Aplicaciones:

• Concentración de producto. Ejemplo obtención de la meladura en la [industria azucarera].

• Pre-concentración de la alimentación al secador

• Reducción de volumen: obtención de la [leche condensada] en las pasteurizadoras.

• Recuperación de agua o solvente. Ejemplo la obtención de NaOH sal común.

• Cristalización. Ejemplo formación de los ristales de azucar en los tachos.

CRISTALIZACIÓN

Técnica de separación de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que sólo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolución. Esta operación se utiliza con frecuencia en la industria para la purificación de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompañadas de impurezas.

En este proceso, una sustancia sólida con una cantidad muy pequeña de impurezas se disuelve en un volumen mínimo de disolvente (caliente si la solubilidad de la sustancia que se pretende purificar aumenta con la temperatura). A continuación la disolución se deja enfriar muy lentamente, de manera que los cristales que se separen sean de la sustancia pura, y se procede a su filtración.

El filtrado, que contiene todas las impurezas, se suele desechar.Para que la cristalización fraccionada sea un método de separación apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho más soluble que las impurezas en las condiciones de cristalización, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña.Comúnmente las impurezas están presentes en concentraciones bajas y ellas regresan a la solución aun cuando la solución se enfría. Si se necesita una pureza extrema del compuesto, los cristales filtrados pueden ser sujetos a re-cristalización y, naturalmente, en cada cristalización resulta una pérdida del soluto deseado que se queda en el líquido madre junto con las impurezas.El solvente ideal para la cristalización de un compuesto particular es aquel que:

• No reacciona con el compuesto.

• Hierve a temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto.

• Disuelve gran cantidad del compuesto cuando esta caliente.

• Disuelve una pequeña cantidad de compuesto cuando esta frío.

• Es moderadamente volátil y los cristales pueden ser secados rápidamente.

• No es tóxico, no es inflamable y no es caro las impurezas deberían ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtración.

FILTRACIÓN

e denomina filtración al 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.

Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas.

La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.

CENTRIFUGACIÓN

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una fuerza giratoria. La fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrífugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad.

Los componentes más densos de la mezcla se desplazan fuera del eje de rotación de la centrífuga, mientras que los componentes menos densos de la mezcla se desplazan hacia el eje de rotación. De esta manera los químicos y biólogos pueden aumentar la fuerza de gravedad efectiva en un tubo de ensayo para producir una precipitación del sedimento en la base del tubo de ensayo de manera más rápida y completa.

El objetivo de la centrifugación es separar sólidos insolubles (de partículas muy pequeñas difíciles de sedimentar) de un líquido. Para ello, se aplica un fuerte campo centrífugo, con lo cual las partículas tenderán a desplazarse a través del medio en el que se encuentren con la aceleración.

SECADO

Consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones.

El secado es una operación unitaria la cual consiste en separar liquidos volátiles, a relativamente pequeñas cantidades,de los solidos. Aunque el secado se puede dar en liquidos organicos,el fluido mas común y mas estudiado es el agua y por tanto en el que mas nos centraremos nosotros.

Existen diferentes formas separar un liquido de un solido por medio del secado: de forma mecánica, con centrifugadoras o prensas, o de forma térmica que suele resultar mas caro a la hora de la ejecución del proceso.

HUMIDIFICACIÓN

La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interfase hay, simultáneamente, transferencia de calor y de materia.

A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente:

• Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosférico.

• Parte del agua se evapora, enfriándose así la interfase.

• El seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfría.

• A su vez, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica.

La principal aplicación de la humidificación es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de interés relacionado con esta operación básica es el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial, con el fin de poder ser utilizada nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento.

ABSORCIÓN

En este proceso se separa un componente gaseoso de una corriente por tratamiento con un líquido. peración en el cual una mezcla de gases entra en contacto con un solvente (disolvente) líquido y uno o varios componentes del gas se disuelven en dicho líquido. En una columna de absorción o torre de absorción (absorbedor), el solvente entra por la parte superior de la columna, fluye hacia abajo y emerge por la parte inferior; el gas entra por la parte superior, fluye hacia arriba, hace contacto con el líquido y sale por la parte superior.

ADSORCIÓN

Operación en el cual una mezcla gaseosa o líquida entra en contacto con un sólido (el adsorbente) y un componente de la mezcla (el adsorbato) se adhiere a la superficie del sólido.

En este proceso, un componente de una corriente líquida o gaseosa es retirado y adsorbido por un adsorbente sólido.

Se define como la acumulación de material ( llamado adsorbato) en una superficie (sólida o liquida), es muy diferente de la absorción, que se realiza en todo el volumen.

Tipos de adsorción:

1. Fisica : la especie adsorbida) conserva su naturaleza química

2. Quimica: la especie adsorbida sufre una transformación para dar lugar a una especie distinta.

Diferencias notables:

I. En la absorción física, el gas se adsorbe formando capas sucesivas, mientras que en la química la adsorción queda restringida a una monocapa.

II. La energía de adsorción es mayor en la quimisorción que en el caso de la fisisorción.

III. La adsorcion es un proceso reversible.

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