Importancia de las separaciones El concepto de equilibrio Transferencia de masa Métodos para resolver los problemas Prerrequisitos Otras fuentes sobre ingeniería de procesos de separación Resumen-Objetivos Referencias Tarea
Capítulo 2 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.
Introdncción
Destilación instantánea
Método básico de destilación instantánea Forma y fuentes de los datos de equilibrio Representación gráfica del equilibrio binario vapor-líquido Destilación instantánea binaria 2.4.1. Procedimiento secuencial de solución Ejemplo 2-1. Separador de evaporación instantánea para etanol yagua 2.4.2. Procedimiento de solución simultánea Equilibrio vapor-líquido con varios componentes Destilación instantánea de varios componentes Convergencia simultánea con varios componentes Cálculo de los tamaños Uso de tambores de destilación existentes Resumen -Objetivos Referencias Tarea Apéndice al capítulo 2
Simulación en computadora de la destilación instantánea
Desarrollo de una cascada de destilación Equipo de destilación Especificaciones Balances externos de la columna Ejemplo 3-1. Balances externos para destilación binaria 3.5. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
65 65 72 74 76 79 81 81 81
Destilación en columna: balances internos, etapa por etapa
86
4.1. Balances internos 4.2. Métodos de solución de etapa por etapa, para destilación binaria Ejemplo 4-1. Cálculos etapa por etapa con el método de Lewis 4.3. Introducción al método de McCabe- Thiele 4.4. Línea de alimentación Ejemplo 4-2. Cálculos de la línea de alimentación 4.5. Método completo de McCabe- Thiele Ejemplo 4-3. Método de McCabe-Thiele 4.6. Perfiles para destilación binaria 4.7. Calentamiento con vapor directo Ejemplo 4-4. Análisis de McCabe-Thiele de calentamiento con vapor directo 4.8. Procedimiento general de análisis McCabe- Thiele Ejemplo 4-5. Destilación con dos alimentaciones 4.9. Otras situaciones en las columnas de destilación 4.9.1. Condensadores parciales 4.9.2. Vaporizadores totales 4.9.3. Corrientes laterales o líneas de salida 4.9.4. Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios 4.9.5. Columnas de agotamiento y enriquecimiento 4.10. Condiciones límite de operación 4.11. Eficiencias 4.12. Problemas de simulación 4.13. Usos nuevos para columnas viejas 4.14. Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferior 4.15. Comparaciones entre los métodos analíticos y los gráficos 4.16. Resumen -Objetivos Referencias Tarea
86 90 94 97 101 106 109 109 112 114
Capítulo 4
Apéndice al capítulo 4 Simulaciones de destilación binaria en computadora Capítulo 5
Introducción
a la destilación
de varios componentes
5.1. Dificultades de cálculo Ejemplo 5-1. Balances externos usando recuperaciones fraccionarias 5.2. Perfiles para destilación de varios componentes 5.3. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
Procedimientos de cálculo exacto para destilación de varios componentes
6.1. 6.2. 6.3. 6.4.
Introducción a la solución matricial para destilación de varios componentes Balances de masa de componentes en forma de matrices Proposición inicial para tasas de flujo Cálculos de punto de burbuja Ejemplo 6-1. Temperatura de punto de burbuja 6.5. Método 9 de convergencia Ejemplo 6-2. Cálculo de matrices y convergencia con 9 6.6. Balances de energía en forma matricial 6.7. Resumen-Objetivos Referencias Tarea Apéndice al capítulo 6 Simulaciones en computadora de columnas de destilación de varios componentes
Capítulo 7 Métodos abreviados aproximados para destilación de varios componentes 7.1. Reflujo total: Ecuación de Fenske Ejemplo 7-1. Ecuación de Fenske 7.2. Reflujo mínimo: Ecuaciones de Underwood Ejemplo 7-2. Ecuaciones de Underwood 7.3. Correlación de Gilliland para la cantidad de etapas a relación de reflujo finita Ejemplo 7-3. Correlación de Gilliland 7.4. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
Capítulo 8 Introducción a métodos complejos de destilación 8.1. Ruptura de azeótropos con otros separadores Ejemplo 8-1. Secado de benceno por destilación 8-2. Procesos de destilación azeotrópica binaria heterogénea 8.2.1. Azeótropos heterogéneos binarios 8.2.2. Secado de compuestos orgánicos parcialmente miscibles con agua Ejemplo 8-2. Destilación por arrastre con vapor de agua 8.3. Destilación por arrastre de vapor 8.4. Procesos de destilación a dos presiones 8.5. Sistemas ternarios complejos de destilación 8.5.1. Curvas de destilación 8.5.2. Curvas de residuo 8.6. Destilación extractiva 8.7. Destilación azeotrópica con solvente agregado 8.8. Destilación con reacción química 8.9. Resumen-Objetivos Referencias Tarea Apéndice al capítulo 8
9.2. Destilación intermitente binaria simple Ejemplo 9-1. Destilación simple de Rayleigh 9.3. Destilación intermitente a nivel constante 9.4. Destilación intermitente por arrastre con vapor de agua 9.5. Destilación intermitente en varias etapas 9.5.1. Relación de reflujo constante Ejemplo 9-2. Destilación intermitente en varias etapas 9.5.2. Relación de reflujo variable 9.6. Tiempo de operación 9.7. Resumen-Objetivos Referencias Tarea Capítulo 10
Diseño de columnas
de platos y empacadas
279 281 283 284 285 286 286 290 291 292 292 293
301
10.1. Descripción de los equipos en las columnas de platos 10.1.1. Platos, bajantes y vertederos 10.1.2. Entradas y salidas 10.2. Eficiencias de platos Ejemplo 10-1. Estimación de la eficiencia general 10.3. Cálculo del diámetro de la columna Ejemplo 10-2. Cálculo del diámetro para una columna de platos 10.4. Distribución y consideraciones hidráulicas para platos perforados Ejemplo 10-3. Distribución de plato y cálculos hidráulicos 10.5. Diseño de platos de válvulas 10.6. Introducción al diseño de columnas empacadas 10.7. Partes internas de las columnas empacadas 10.8. Altura del empaque. Método de la Hetp 10.9. Inundación de la columna empacada y cálculo del diámetro Ejemplo 10-4. Cálculo del diámetro de una columna empacada 10.10. Consideraciones económicas 10.11. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
Capítulo 11 Economía y conservación de energía en la destilación 11.1. Costos de destilación 11.2. Efectos de la operación sobre los costos
354
Ejemplo 11-1. Estimación del costo para una destilación 11.3. Cambios en capacidades de la planta 11.4. Conservación de la energía en la destilación 11.5. Síntesis de secuencias de columnas para destilación de varios componentes casi ideales Ejemplo 11-2. Secuenciación de columnas con heurísticas 11.6. Síntesis de sistemas de destilación para mezclas ternarias no ideales Ejemplo 11-3. Desarrollo de procesos para separar una mezcla ternaria compleja 11.7. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
354 359 364 366 366 370 374 376 378 380 380 382
Contenido
xi
Capítulo 12 Absorción y arrastre
385
12.1. Equilibrios de absorción y arrastre 12.2. Líneas de operación para absorción Ejemplo 12.1. Análisis gráfico de la absorción 12.3. Análisis del arrastre 12.4. Diámetro de la columna 12.5. Solución analítica: La ecuación de Kremser Ejemplo 12-2. Análisis de separador de arrastre con la ecuación de Kremser 12.6. Absorbedores y separadores de arrastre con varios solutos diluidos 12.7. Solución matricial para absorbedores y separadores de arrastre con soluciones concentradas 12.8. Absorción irreversible 12.9. Resumen - Objetivos Referencias Tarea Apéndice al capítulo 12 Simulaciones de absorción y arrastre en computadora Capítulo 13
13.1. Procesos y equipos de extracción 13.2. Extracción a contracorriente 13.2.1. Método de McCabe-Thiele para sistemas diluidos Ejemplo 13-1. Extracción diluida a contracorriente con fases inmiscibles 13.2.2. Método de Kremser para sistemas diluidos 13.3. Extracción fraccionada diluida 13.4. Extracción en una etapa y con flujo cruzado . Ejemplo 13-2. Extracción de una proteína con una etapa y flujo cruzado 13.5. Extracción con fases inmiscibles y concentradas 13.6. Extracción intermitente 13.7. Procedimientos generalizados de McCabe-Thiele y de Kremser 13.8. Lavado Ejemplo 13-3. Lavado 13.9. Lixiviación 13.10. Extracción con fluido supercrítico 13.11. Aplicación a otras separaciones 13.12. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
14.1. Equilibrios en extracción 14.2. Cálculos en mezclado y la regla de la palanca 14.3. Sistemas de una etapa y flujo cruzado Ejemplo 14-1. Extracción en una etapa 14.4. Cascadas de extracción a contracorriente 14.4.1. Balances externos de masa 14.4.2. 14.4.3.
Puntos de diferencia y cálculos de etapa por etapa Problema completo de extracción Ejemplo 14-2. Extracción a contracorriente
468 471 474 474 477 477 479 483 483
Contenido
xii
14.5. 14.6. 14.7. 14.8.
Relación entre los diagramas de McCabe- Thiele y triangulares Flujo mínimo de solvente Simulaciones de la extracción en computadora Lixiviación con tasas de flujo variables Ejemplo 14-3. Cálculos para lixiviación 14.9. Resumen-Objetivos Referencias Tarea Apéndice al capítulo 14 Simulación de la extracción en computadora Capítulo 15
Análisis de la transferencia
de masa
15.1. Fundamentos de la transferencia de masa 15.2. Análisis de las columnas de destilación con altura y número de unidades de transferencia (HTUy NTU) Ejemplo 15-1. Destilación en una columna empacada 15.3. Relación entre HETPy HTU 15.4. Correlaciones de transferencia de masa para torres empacadas 15.4.1. Correlaciones detalladas para empaques aleatorios Ejemplo 15-2. Estimación de HGy HL 15.4.2. Correlaciones sencillas 15.5. Análisis HTU-NTU de absorbedores y separado res de arrastre Ejemplo 15-3. Absorción de S02 15.6. Análisis HTU-NTU de absorbedores concurrentes 15.7. Transferencia de masa en un plato Ejemplo 15-4. Estimación de la eficiencia de plato 15.8. Resumen-Objetivos Referencias Tarea
Capítulo 16
Introducción a los procesos de separación con membrana
16.1. Equipos de separación con membrana 16.2. Conceptos relacionados con las membranas 16.3. Permeación de gases 16.3.1. Permeación de mezclas binarias de gases 16.3.2 Permeación binaria en sistemas perfectamente mezclados Ejemplo 16-1. Permeado de gas bien mezclado-solución analítica secuencial Ejemplo 16-2. Permeación de gas bien mezclado-soluciones simultáneas analítica y gráfica 16.3.3 Permeación de varios componentes en sistemas perfectamente mezclados Ejemplo 16-3. Permeación gaseosa perfectamente mezclada de varios componentes 16.4. Ósmosis inversa 16.4.1. Análisis de la ósmosis y la ósmosis inversa Ejemplo 16-4. Ósmosis inversa sin polarización de concentración 16.4.2. Determinación experimental de las propiedades de las membranas Ejemplo 16-5. Determinación de las propiedades de membranas para ósmosis inversa
Determinación de la polarización de concentración Ejemplo 16-6. Ósmosis inversa con polarización de concentración Ejemplo 16-7. Cálculo de la operación de ósmosis inversa con polarización de concentración 16.4.4. Ósmosis inversa con soluciones concentradas 16.5. Ultrafiltración
566 567
Ejemplo 16-8. Ultrafiltración con formación de gel 16.6. Pervaporación Ejemplo 16-9. Pervaporación: cálculo de factibilidad Ejemplo 16-10. Pervaporación: desarrollo de un diseño factible 16.7. Efectos de la pauta de flujo general Ejemplo 16-11. Efectos de la pauta de flujo sobre la permeación de gases 16.7.1. Permeación binaria con flujo cruzado 16.7.2. Permeación binaria concurrente 16.7.3. Flujo binario a contracorriente 16.8 Resumen-Objetivos Referencias Tarea
Apéndice al capítulo 16 hojas de cálculo para cálculos con pautas de flujo, para permeación de gases 16.A.1. Flujo cruzado 16.A.2. Flujo concurrente 16.A.3. Flujo a contracorriente
603 603 605 607
Capítulo 17
Introducción a la adsorción, cromatografia e intercambio iónico
17.1. Sorbentes y equilibrio de sorción 17.1.1. Definiciones 17.1.2. Tipos de sorben te 17.1.3. Comportamiento de equilibrio en adsorción Ejemplo 17-1. Equilibrio de adsorción 17.2. Análisis del movimiento de soluto para sistemas lineales: fundamentos y aplicaciones a la cromatografía 17.2.1. Movimiento del soluto en una columna 17.2.2. Teoría del movimiento del soluto para isotermas lineales 17.2.3. Aplicación de la teoría lineal del movimiento del soluto a ciclos de purga y a la cromatografía de elución Ejemplo 17-2. Análisis lineal del movimiento del soluto en cromatografía de elución 17.3. Análisis de movimiento de soluto para sistemas lineales: Adsorción térmica y con variación de presión, y movimiento simulado de lecho 17.3.1. Adsorción con oscilación de temperatura Ejemplo 17-3. Regeneración térmica con isoterma lineal 17.3.2. Adsorción con oscilación de presión Ejemplo 17-4. Sistema de adsorción con oscilación de presión 17.3.3. Lechos móviles simulados Ejemplo 17-5. Sistema de lecho móvil simulado 17.4. Análisis de movimiento no lineal del soluto 17.4.1. Ondas difusas Ejemplo 17-6. Onda difusa
Ondas de choque Ejemplo 17-7. Onda de choque autoafiladora Intercambio iónico 17.5.1. Equilibrio en el intercambio iónico 17.5.2. Movimiento de los ion es Ejemplo 17-8. Movimiento de iones para intercambio divalente-monovalente Transferencia de masa y energía 17.6.1. Transferencia de masa y difusión 17.6.2. Balances de masa en la columna 17.6.3. Transferencia de masa con parámetro agrupado 17.6.4. Balances de energía y transferencia de calor 17.6.5. Deducción de la teoría del movimiento del soluto 17.6.6. Simuladores detallados Soluciones de transferencia de masa para sistemas lineales 17.7.1. Solución de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersión 17.7.2. Superposición en sistemas lineales Ejemplo 17-9. Solución de Lapidus y Amundson para elución 17.7.3. Cromatografía lineal Ejemplo 17-10. Determinación de los parámetros de una isoterma lineal, N, y la resolución, en cromatografía lineal Método LUBpara sistemas no lineales Ejemplo 17-11. Método LUB Lista de control para diseño y operación en la práctica Resumen -Objetivos Referencias Tarea Apéndice al capítulo 17 Introducción al simulador Aspen Chromatography