PROCESOS DE SEPARACIN I 1613

PROCESOS DE SEPARACIÓN I 1613
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
UBICACIÓN SEMESTRE
6o.
TIPO DE LA ASIGNATURA TEÓRICO-PRÁCTICA
NÚMERO DE HORAS/SEMANA
Teoría 5 h. Práctica 2 h. CRÉDITOS 12
INTRODUCCIÓN.
Esta materia teórico-práctica pretende desarrollar, en los alumnos que la operación en
operaciones unitarias para separación de mezclas y soluciones.
Con este fin se mostrarán y demostrarán entre los alumnos los objetivos perseguidos en
cada operación, los principios fisicoquímicos en que se apoya la operación existentes en
esos equipos y los procedimientos usados para dimensionamiento de dichos equipos. Con
apoyo en estas evidencias, los estudiantes resolverán problemas de tarea, en número tal
que garanticen que son capaces de resolver correctamente problemas típicos de diseño
y operación en esta área de la ingeniería química.
Objetivos generales de aprendizaje:
Al finalizar el curso, los alumnos:
Resolverán correctamente problemas típicos de diseño y operación de sistemas
de separación de mezclas y soluciones.
Describirán los conceptos teóricos, las ecuaciones y las graficas en problemas
de diseño y operación de sistemas de separación de mezclas.
Llenarán correctamente las hojas de datos para especificar equipo de separación
de mezclas.
Interpretarán correctamente los datos de operación y calcularán los costos
actualizados y futuros de instalación y operación de los equipos de separación de
mezclas.
UNIDAD 1.- I N T R O D U C C I Ó N .
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán con precisión la manera en que cursar esta contribuiría su formación
como ingeniero químico.
Explicarán con precisión cuál es la relación que existe entre realizar
personalmente las tareas y la adquisición de las habilidades propuestas en los objetivos.
CONTENIDO.
Lectura de comprensión y análisis del programa del curso en relación con intereses
personales de los estudiantes y el campo de acción de los Ingenieros Químicos.
Descripción de cómo es la aplicación de los conocimientos que se adquirirán en el curso
de las actividades de diseño, selección, compra, fabricación, instalación y operación de
equipos para separación de mezclas, Concepto de separación; mecánica, difusional,
electrostática. Definición de la metodología de la enseñanza/aprendizaje se seguirá en el
curso, así como fechas de presentación de trabajos y exámenes.
UNIDAD 2.- A S E N T A M I E N T O.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de cada uno de los equipos usados para
llevar a cabo esta operación unitaria y la función de cada una de sus partes principales.
Explicarán correctamente los conceptos teóricos, la simbología, la nomenclatura, las
ecuaciones y las gráficas utilizadas en las operaciones de asentamiento. Dimensionarán
correctamente los equipos usados para operaciones
de asentamiento. Llenarán
correctamente las hojas de datos de equipos usados para asentamiento. Calcularán y
actualizarán
correctamente los costos de
adquisición, instalación, operación y
mantenimiento de equipos usados para operaciones de asentamiento.
CONTENIDO.
Teoría del asentamiento de partículas de diferente forma y peso. Curvas de sedimentación
sólido-gas y sólido-líquido. Eloculación. Pruebas de sedimentación. Cámaras de
asentamiento de polvos. Espesadores de lodos.
Clasificadores de partículas en suspensión. Asentadores por gravedad para líquidos
inmiscibles. Ecuaciones y criterios para dimensionamiento de estos equipos. Estimación de
costos de adquisición, instalación, operación y mantenimiento de estos equipos. Hojas de
datos para estos equipos. Problemas de dimensionamiento, especificación y estimación de
costos de estos equipos.
UNIDAD 3.- C E N T R I F U G A C I Ó N.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de cada uno de los equipos usados en
centrifugación y la función de cada una de sus partes principales.
Explicarán correctamente los conceptos teóricos, la simbología, la nomenclatura,
las ecuaciones y las gráficas utilizadas para operaciones de centrifugación.
Dimensionarán
centrifugación.
correctamente
los
equipos
usados
para
operaciones
de
Llenarán correctamente las hojas de datos utilizadas para especificar estos equipos.
Calcularán y actualizarán correctamente los datos de adquisición, instalación
operación y mantenimiento de equipos usados para operaciones de centrifugación.
CONTENIDO.
Teoría de la sedimentación centrifuga. Dinámica de partículas sometidas a fuerza
centrífuga. Ciclones para líquido. Centrífugas por carga. Centrífugas contínuas.
Desnataciones de leche. Ecuaciones y criterios para dimensionamiento de estos equipos.
Llenado de hojas de datos para estos equipos. Estimación de costos de adquisición,
instalación, operación y mantenimiento para estos equipos. Problemas de
dimensionamiento, especificación y estimación de costos de estos equipos.
UNIDAD 4.- F I L T R A C I Ó N DE L Í Q U I D O S.
9 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de cada uno de los filtros estudiados y
la función de cada una de sus partes principales.
Explicarán correctamente los conceptos teóricos, la simbología, la nomenclatura, las
ecuaciones y las gráficas utilizadas para filtración de líquidos.
Seleccionarán adecuadamente algún tipo de filtro para la aplicación específica,
incluyendo dimensionamiento si es posible.
Llenarán correctamente las hojas de datos utilizadas para especificar filtros.
Calcularán y actualizarán correctamente los costos de adquisición, instalación,
operación y mantenimiento de filtros para líquidos.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad. Clasificación y descripción del funcionamiento de los principales
tipos de filtros: de arena (por gravedad), filtros prensa, filtros de hoja, filtros rotatorios.
Teoría de la filtración. Medios filtrantes. Formación de la teoría. Dimensionamiento de
bombas y sopladores para filtración. Especificación y selección de filtros. Llenado de hojas
de datos para filtros. Estimación y actualización de costos para filtros. Problemas de
selección, dimensionamiento, especificación y estimación de costos de filtros.
UNIDAD 5.- L I M P I A D O D E G A S.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de cada uno de los equipos estudiados
y la función de cada una de sus partes principales.
Explicarán correctamente los conceptos teóricos, la simbología, la nomenclatura, las
ecuaciones y las gráficas utilizadas para limpiado de gases.
Seleccionarán adecuadamente el equipo necesario para limpiado
específico, incluyendo el dimensionamiento.
de algún gas
Llenarán correctamente las hojas de datos utilizadas para especificar equipo de
limpiado de gases.
Calcularán y actualizará correctamente los costos de adquisición instalación
operación y mantenimiento de equipo para limpiado de gases.
CONTENIDO.
Objetivos de la unidad..Funcionamiento, dimensionamiento y estimación de costos de:
ciclones para gases, separadores centrífugos mecánicos, separadores de lecho granular,
filtros de bolsas, lavadores, precipitadores electrostáticos, filtros de aire. Problemas de
selección dimensionamiento, especificación y estimación de costos para equipo de limpiado
de gases.
UNIDAD 6.- REDUCCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE TAMAÑO.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de cada uno de los equipos estudiados
y la función de cada una de sus partes principales. Explicarán correctamente los conceptos
teóricos, la simbología, la nomenclatura, las ecuaciones y las gráficas utilizadas para
limpiado de gases.
Seleccionarán adecuadamente el equipo necesario para reducción y clasificación de
tamaño en un caso específico.
Llenarán correctamente las hojas de datos utilizadas para especificar equipo de
reducción y clasificación de tamaño.
Calcularán y actualizarán correctamente los costos de adquisición, instalación,
operación y mantenimiento de equipo para reducción y clasificación de tamaño.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad: Clasificación, aplicación y selección de equipo para reducción y
clasificación de tamaño. Descripción del funcionamiento, aplicaciones, especificación y
estimación de costos de: trituradores de quijaba, trituradores de cono, molinos de martillos,
molinos de bolas, molinos de rodillos para pastas y pinturas, molinos coloidales, támicos,
mallas, clasificadores de partículas. Problemas de selección, especificación y estimación de
costos de equipo para reducción y clasificación de tamaño.
UNIDAD 7.- D E S T I L A C I Ó N
INSTANTÁNEA.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente la operación de los cambiadores de calor y de los tanques
a presión usados para realizar la destilación instantánea.
Describirán correctamente la instrumentación usada para esta operación, incluyendo
el funcionamiento de la misma.
Explicarán correctamente la construcción de diagramas de equilibrio de
fases(composición vs. temperatura, composición vs. entalpía), usando la ley de Raouit.
Dimensionarán correctamente tanques separadores para destilación instantánea de
mezclas binarias y mezclas de multicomponentes.
Llenarán correctamente las hojas de datos usadas para especificar tanques
separadores.
Estimarán y actualizarán correctamente los costos de adquisición e instalación de
tanques separadores.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad. Equilibrio vapor-líquido. Regla de las fases, ley de Rouit;
ecuación de Antoine, construcción de diagramas de equilibrio (composición vs.
temperatura, composición líquido vs. Composición vapor, composición vs. entalpía).
Cálculo de condiciones de operación de un separador para mezclas binarias. Método
gráfico por diagramas de equilibrio composición, líquido composición vapor y por
diagramas composición vs. entalpía. Cálculo de condiciones de operación para un tanque
separador de mezclas de multicomponentes. Determinación de la presión de convergencia
por el Método de Lenoir-White. Dimensionamiento de tanques separadores. Estimación de
costos de tanques a presión. Problemas de construcción de diagramas de equilibrio, de
cálculo de condiciones de operación y dimensionamiento, especificación y estimación de
costos de tanques de destilación instantánea.
UNIDAD 8.- DESTILACIÓN POR CARGAS.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente los equipos usados para destilación por cargas y su
operación.
Utilizarán correctamente la ecuación de Rayleigh para cálculos de destilación por
cargas. Determinarán correctamente los equipos usados para destilación por cargas.
Estimarán y actualizarán correctamente los costos de adquisición e instalación de
tanques separadores.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad. Ecuación de Rayleigh. Destilación simple. Destilación con
rectificación. Dimensionamiento de equipos. Estimación de costos de adquisición,
instalación y operación de estos equipos. Problemas de dimensionamiento y estimación de
costos.
UNIDAD 9.-
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO.
12 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de los equipos usados para extracción
líquido-líquido.
Construirán correctamente diagramas triangulares de equilibrio líquido.
Calcularán correctamente las condiciones de operación de equipo de extracción
líquido-líquido.
Dimensionarán correctamente los equipos utilizados para extracción líquido-líquido.
Especificarán y solucionarán correctamente las hojas de datos de equipos de
extracción líquido-líquido.
Estimarán y actualizarán correctamente los costos de adquisición e instalación y
operación de equipos de extracción líquido-líquido.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad. Diagramas triangulares de equilibrio. Equipo usado: mezcladorasentador. Columna de rocío, columna empacada, columna de plato. Métodos de cálculo
de condiciones de operación: Ponchon-Savarit. Mc Cabe Thiele. Dimensionamiento y
Especificación de equipo. Estimación de costos de adquisición, instalación y operación de
equipo para extracción líquido-líquido. Problemas de cálculo de condiciones de operación,
dimensionamiento, especificación y estimación de costos para equipo de extracción
líquido-líquido.
UNIDAD 10.- D I F U S I V I D A D.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente el fenómeno de la difusión molecular.
Calcularán correctamente las difusividades binarias en gases y líquidos.
Realizarán correctamente balances en la concha para predicción de la distribución
concentraciones en difusividad unidireccional y equimolecular y cálculo de difusividades.
Calcularán correctamente flux de masa.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad. Concepto de difusividad molecular. Tamaños de Átomos y
moléculas. Ley de Pick. Modelo de la teoría cinética para predicción de difusividades.
Ecuación de Chapman-Engskog. Balances en la concha. Medición experimental de
difusividades. Flux de masa. Difusión fase estacionaria.
UNIDAD 11.- COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MASA.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán correctamente el concepto de interfase con doble resistencia.
Aplicarán correctamente el concepto de la doble resistencia a cálculo de condiciones
en la interfase.
Calcularán correctamente coeficientes de transferencia de masa por operaciones con
números adimensionales.
Correlacionarán correctamente los coeficientes parciales y totales.
Calcularán correctamente la rapidez de transferencia de masa y el flux utilizando
los coeficientes de transferencia de masa.
CONTENIDO.
Objetivos de la unidad. Difusión con movimiento de fase Modelo usado. Conceptos de
rapidez de flujo de materia, flux de masa y velocidad relativas. Ecuaciones integradas
para difusión equipo molecular y unicomponente. Difusión turbulenta. Factor de
difusividad relativa. coeficientes de transferencia de masa. parciales y totales. Relación de
los coeficientes parciales y totales con las concentraciones y entre sÍ. Problemas de cálculo
de coeficientes y de rapidez de transferencia de masa.
UNIDAD 12.-
TORRES DE PARED MOJADA.
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Describirán correctamente la operación de una torre de pared mojada.
Realizarán correctamente balances de materia en torres de pared mojada.
Utilizarán correctamente datos experimentales de torres de pared mojada para
cálculo de coeficientes de transferencia de masa.
CONTENIDO.
Objetivos de la unidad. Descripción del funcionamiento de una torre de pared mojada.
Análisis de la interfase de una torre de pared mojada. Balance de materiales en una torre
de pared mojada. Predicción de coeficientes de transferencia de masa usando torres de
pared mojada. Problemas de aplicación para determinación de coeficientes de transferencia
de masa en absorción y humidificación.
UNIDAD 13.- EQUIPOS DE INTERCAMBIO DE MASA POR CONTACTO
CONTINUO Y POR ETAPAS.
13 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad: los alumnos:
Describirán correctamente el funcionamiento de un equipo de contacto continuo y la
función de cada una de sus partes.
Realizarán correctamente balances de materia y energía en torres empacadas.
Calcularán correctamente el número de unidades de transferencia y la altura de la
unidad de transferencia.
Calcularán correctamente la altura empacada.
Obtendrán el número de platos ideales en un equipo de contacto por etapas.
CONTENIDO.
Objetivos de esta unidad. Balance total de materia en torres empacadas. Línea de operación.
Balance diferencial de materia en torres empacadas. Transferencia diferencial de masa en
torres empacadas. Método de los triángulos y x. Método de los coeficientes totales. Método
de la unidad de transferencia. Conceptos de número de unidades de transferencia Conceptos
de número de unidades de transferencia (NUT) y altura de la unidad de transferencia
(AUT). Problemas de cálculo de altura de la zona empacada. Equipos de contacto por
etapas. Métodos de Mc. Cabe. Etapas Ideales.
BIBLIOGRAFÍA
Mc. Cabe, W.C. y Smith, J.C. OPERACIONES BÁSICAS DE INGENIERÍA QUÍMICA.
Reverté. Barcelona (1968).
Bird, R.B. FENÓMENOS DE TRANSPORTE. Reverté. Barcelona (1964).
BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA.
Foust, A.S. PRINCIPIOS DE LAS OPERACIONES UNITARIAS Ed. Continental.(1961).
Treybal, Robert E. OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA. Mc Graw
Hill(1980).
Sawitowski, H. y Smith, W MÉTODOS DE CÁLCULO EN LOS PROCESOS
MATERIA. Alhambra. España. (1967).
DE
Perry, J. R. CHEMICAL ENGINNERS HANDBOOK. Mc. Graw Hill N.Y. (1973).
Brown, G.G. UNIT TRANSFER OPERATIONS, J. Wiley (1953).
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA.
Se recomienda que la clase sea dinámica, similar a lo que ocurre en una junta de
depuración de diseño en una firma de ingeniería o en una junta departamental en una
planta de procesamiento de materiales. El maestro debería buscar la manera de lograr
familiaridad de los estudiantes con todos los conceptos del curso. Es conveniente que
busque concientizar a los estudiantes de la manera en que sus intereses (de los alumnos) se
relacionan con lo visto en el curso a fin de generar un trabajo académico entusiasta y no
obligatorio. Las explicaciones deberán buscar el apego a lo que ocurre en la actividad
profesional cotidiana.
Se recomienda que el maestro deje problemas de tarea que recoja y analice los resultados
en el pizarrón a fin de descubrir y aclarar entre los estudiantes.
Es recomendable algún trabajo semestral de investigación y cálculo por equipos que
pueda ser descuido entre todos. Para ello se recomienda usar el mismo problema para todos
los equipos. Conviene exentar a los equipo, a juicio de todos los alumnos, que haya
realizado el mejor trabajo.
Es muy recomendable realizar visitas a plantas de procesamiento de materiales, y el uso de
proyecciones y de películas.
EVALUACIÓN.
Conviene considerar: asistencia a clase, entrega de tareas, participación en clase y
exámenes. Las prácticas representarán el 30% de la calificación y debería haberse cubierto
el 50% de dichas prácticas como mínimo para tener derecho a examen final.,
REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO. Transferencia de calor.