Transcript Tema 1. Introducción a los Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental TEMA 1.

Tema 1. Introducción a los Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS
DE SEPARACIÓN EN INGENIERÍA AMBIENTAL
1. FENÓMENOS DE TRANSPORTE
2. CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES DE SEPARACIÓN
2.1. Según las fases que intervienen
2.2. Según el mecanismo controlante
2.3. Según el objetivo
3. TIPOS DE FLUJO. EXPERIMENTO DE REYNOLDS
3.1. Perfil de velocidades en los regímenes de circulación
4. MECANISMOS DE LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE
5. ECUACIONES CINÉTICAS EN EL TRANSPORTE MOLECULAR
5.1 Transporte de cantidad de movimiento. Ley de Newton
5.2 Transporte de energía. Ley de Fourier
5.3 Transporte de materia. Ley de Fick
6. TRANSPORTE TURBULENTO. COEFICIENTES DE
TRANSPORTE
6.1 Coeficientes de transporte individual
6.2 Coeficientes de transporte globales
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 1. Introducción a los Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
1. FENÓMENOS DE TRANSPORTE
Las tres propiedades extensivas y fenómenos de transporte son:
• Transporte de cantidad de movimiento ( N s)
• Transmisión de energía ( J )
• Transferencia de materia ( kg )
Flujo de propiedad
Cantidad de propiedadextensiva
T iempo Superficie
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2. CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES
DE SEPARACIÓN
2.1 Según las fases que intervienen
Fase
Operaciones básicas
Gas-líquido
Absorción
Destilación/Rectificación
Humidificación
Evaporación
Líquido-líquido
Extracción
Ósmosis/Ósmosis inversa
Líquido-sólido
Adsorción
Intercambio iónico
Lixiviación
Cristalización
Filtración
Sedimentación
Centrifugación
Gas-sólido
Adsorción
Secado
Liofilización
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2. CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES
DE SEPARACIÓN
2.2 Según el mecanismo controlante
Mecanismo
Operaciones básicas
Transferencia de materia
Destilación/Rectificación
Absorción
Adsorción
Extracción
Lixiviación
Intercambio iónico
Ósmosis/Ósmosis
inversa
Transmisión de calor
Evaporación
Transferencia simultánea
de materia y calor
Humidificación
Secado
Cristalización
Liofilización
Transporte de cantidad
de movimiento
Filtración
Sedimentación
Centrifugación
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2. CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES
DE SEPARACIÓN
2.3 Según el objetivo
Objetivo
Tipo de residuo
Operación
Separación de fases
Suspensiones, lechadas
Suspensiones coloidales
Lodos
Sedimentación, filtración,
centrifugación
Ultrafiltración
Filtración, centrifugación
Separación de
metales y aniones
solubles
Disoluciones
Intercambio iónico, ósmosis
inversa
Separación de
compuestos
orgánicos
Disoluciones acuosas
Adsorción, extracción,
ultrafiltración
Recuperación de
disolventes
Disoluciones
Destilación, arrastre por
vapor, evaporación, ósmosis
inversa
Eliminación de
microorganismos
patógenos
Disoluciones acuosas,
lodos
Ultrafiltración
Separación de
contaminantes
Corrientes gaseosas
Adsorción, absorción gaslíquido
Separación de
partículas sólidas
Corrientes gaseosas y
efluentes líquidos
Sedimentación,
centrifugación, filtración
Separación de
partículas sólidas de
pequeño tamaño
Efluentes líquidos,
disoluciones coloidales
y salinas
Microfiltración,
ultrafiltración, ósmosis
inversa
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Tema 1. Introducción a los Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
PRINCIPALES OPERACIONES DE SEPARACIÓN
Operación
Objetivo
Ejemplo de aplicación
Absorción
Separación de uno o varios componentes de una
mezcla gaseosa mediante su disolución selectiva
en un líquido
Absorción de amoniaco del aire
en agua
Adsorción
Separación de uno o varios componentes de una
mezcla líquida o gaseosa mediante un sólido
adsorbente
Adsorción de compuestos
fenólicos en disolución acuosa
con carbón activo
Centrifugación
Separación de sólidos o líquidos de emulsiones o
suspensiones por actuación de la fuerza
centrífuga
Separación del agua mezclada
con aceites vegetales en su
proceso de extracción
Destilación
Separación de una mezcla líquida por
vaporización parcial de la misma y condensación
del vapor generado
Obtención de etanol a partir de
mezclas hidroalcohólicas
Evaporación
Separación de los componentes volátiles de una
disolución en la que el soluto es no volátil por
generación de su vapor mediante calefacción
Concentración de zumos de
frutas por eliminación de agua
Extracción
Separación de los componentes de una mezcla
líquida mediante un disolvente inmiscible con ella.
Extracción de aromáticos de los
aceites lubricantes con furfural
Filtración
Separación de las partículas suspendidas en un
fluido mediante su retención sobre un material
poroso
Tratamiento de aguas residuales
mediante lechos de arena
Rectificación
Separación, a través de sucesivas vaporizaciones
parciales, de uno o varios componentes de una
mezcla fluida mediante calefacción o enfriamiento
Separación del crudo petrolífero
en fracciones de distinta
volatilidad
Secado
Separación de un líquido que impregna un sólido,
mediante su vaporización en un gas, normalmente
aire
Secado de materiales cerámicos
porosos en corriente de aire
caliente
Sedimentación
Separación de partículas sólidas o gotas de un
fluido por acción de la gravedad
Separación de lodos producidos
en el tratamiento de aguas
residuales
Otras operaciones de separación
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
FILTRACIÓN
SEDIMENTACIÓN
SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA
CICLÓN
EVAPORACIÓN
EXTRACCIÓN
CENTRIFUGACIÓN
RECTIFICACIÓN
ABSORCIÓN
DESORCIÓN
ADSORCIÓN
SECADO
HUMIDIFICACIÓN
INTERCAMBIO DE CALOR
ÓSMOSIS INVERSA
INTERCAMBIO IÓNICO
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3. TIPOS DE FLUJO. EXPERIMENTO DE REYNOLDS
Re 
v·D·ρ
μ
Re < 2100 régimen laminar
2100 < Re < 4000 régimen de transición
Re > 4000 régimen turbulento
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5. ECUACIONES CINÉTICAS EN EL TRANSPORTE
MOLECULAR
 Flujo o densidad  Pr opiedad   Gradientede concentracion

  
 

 de flujo
  de transporte  de la propiedad

Propiedades de transporte:
• Viscosidad: en el caso de transporte de cantidad de movimiento
• Conductividad térmica o calorífica: en el caso de transporte de energía
• Difusividad: en el caso de transporte de materia
5.1. Transporte de cantidad de movimiento. Ley de Newton
 zx
Caudal



dv x
 
dz
( N/m2 ) Ley de Newton
Tzx   zx A    A
Viscosidad cinemática
d vx
dz
Tzx    A
( N)
d(  v x )
d(  v x )

dz
dz
A
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5. ECUACIONES CINÉTICAS EN EL TRANSPORTE
MOLECULAR
5.1. Transporte de energía. Ley de Fourier
q z  k
Caudal
k

 cp
dT
dz
 J 


2 
m s
Q z  q z A  k A
difusividad calorífica
dT
dz
Ley de Fourier
J
 
s
Q z   A
d (  c p T)
dz
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

d  cp T

dz
A

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5. ECUACIONES CINÉTICAS EN EL TRANSPORTE
MOLECULAR
5.1. Transporte de materia. Ley de Fick
n Az   D AB
d A
dz
k gA
m 2s
d CA
N Az   D AB
dz
m Az  n Az A   D AB A
M Az  N Az A   D AB A
m ol A
m 2s
d A
d A

dz
dz
D AB A
 kg A 


 s 
d CA
d CA

dz
dz
D AB A
 mol A 


s


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6. TRANSPORTE TURBULENTO. COEFICIENTES DE
TRANSPORTE
6.1 Coeficientes de transporte individuales
6.2 Coeficientes de transporte globales
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