1. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
UPIBI
DISEÑO DE PROCESOS DE SEPARACÍON
Integrantes:
Abundis García Miriam Fabiola
Cabrera Canales Daniela
López Esparza Víctor Adrián
García Herrera Martín Shayd
Profesora:
Dra. Francisco Torres Guadalupe Mariana
Grupo:
7LV1

3. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
Clasificación de las operaciones de separación

4. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
PROCESO:
Un proceso puede ser cualquier conjunto de etapas u operaciones
unitarias que apliquen modificaciones de la composición química o
ciertos cambios físicos en el material que se va a preparar, aislar,
mezclar, procesar, separar o purificar.
• El objetivo de los procesos de separación es purificar una
solución.
• Para hacer esto se debe causar un transporte diferencial de las
especies tal que la mezcla pura pueda ser recogida. La mayoría
de los procesos de separación involucra transporte diferencial.

5. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• Por lo tanto los procesos de separación se pueden definir como
aquellas operaciones que transforman una mezcla de sustancias en
dos o más productos que difieren en composición.

6. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• Diseño de ingeniería y desarrollo
• Costo fijo y de operación
• Operabilidad
• Seguridad
• Factores ambientales y sociales

7. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
Objetivos:
Delimitar las operaciones de separación que se desarrollarán en
el programa, realizando una primera descripción de los objetivos y
fundamentos físicos de cada una de ellas.
Señalar los posibles criterios de clasificación:
En función de las fases implicadas, del modo de contacto, del
modo de operación, del agente de separación, etc.

8. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
ELECCIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE SEPARACIÓN
• El ingeniero a cargo debe de ver las opciones que tiene a su
alcance entre los diferentes métodos de separación
• Algunas veces se puede escoger entre utilizar una operación de
transferencia de masa o un método de separación puramente
mecánico.
• Algunas veces se utilizan tanto las operaciones mecánicas como
las de transferencia de masa, especialmente cuando las primeras
no son totales.
• Ejemplo: En la recuperación de aceites vegetales

9. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• Con frecuencia se puede también escoger entre una operación pura
de transferencia de masa y una reacción química, o una
combinación de los dos.
• Los métodos químicos generalmente destruyen la sustancia
eliminada, mientras que los métodos de transferencia de masa
generalmente permiten recuperarla integra sin mucha dificultad.
• La base principal para la elección es el costo: “El método que
resulta más barato es el que generalmente se utiliza”. Sin
embargo, en algunas ocasiones existen factores que también
influyen sobre la decisión. Aun cuando la operación es más sencilla
no sea la más barata, algunas veces es preferible para evitar
problemas.

10. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
MÉTODOS DE REALIZACIÓN DE LAS OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA DE MASA
• Recuperación del soluto y separación fraccionada:
• Si los componentes de una solución corresponden a grupos
distintos con propiedades muy diferentes de tal manera que
parezca que un grupo de componentes contienen al disolvente y el
otro al soluto, entonces la separación de acuerdo con estos dos
grupos, por lo general es relativamente sencilla: se reduce a una
operación de recuperación del soluto o eliminación del soluto

11. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
OPERACIONES EN ESTADO NO ESTACIONARIO
• La característica de la operación en estado no estacionario es que
las concentraciones en cualquier punto del aprato cambian con el
tiempo. Esto puede deberse a cambios en la concentraciones de
los materiales alimentados, velociadades de flujo o condiciones de
temperatura o presión. Las operaciones por lotes siempre son del
tipo de estado NO estacionario.

12. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• En las operaciones por lotes, todas las fases son estacionarias si se
observan desde el exterior del aparato; esto es, no hay flujo hacia
dentro o hacia fuera, aun cuando puede existir un movimiento
relativo en la parte interior.

13. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO
• Se basa en que las concentraciones desde cualquier punto del
aparato permanecen constantes con el paso del tiempo. Esto
requiere del flujo continuo e invariable de todas las fases en y fuera
del aparato, una persistencia del régimen de flujo dentro del
aparato, concentraciones constantes de las corrientes
alimentadoras y las mismas condiciones de temperatura y presión

14. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
OPERACIÓN POR ETAPAS
• Si inicialmente se permite que dos fases insolubles entren en
contacto de tal forma que las diferentes sustancias por difundirse se
distribuyan por si mismas entre las fases y que después se separen
las fases mecánicamente, a toda la operación y al equipo requerido
para realizarla se les considera como una etapa.

15. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
OPERACIONES POR CONTACTO CONTINUO (CONTINUO
DIFERENCIAL)
• Las fases fluyen a través del equipo, de principio a fin, en contacto
intimo y continuo sin separaciones físicas repetidas ni nuevos
contactos. La naturaleza del método exige que la operación sea
semicontinua o en estado estacionario; el cambio resultante en las
composiciones puede ser equivalente al dado por una fracción de
una etapa ideal o por varias etapas.

16. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• El equilibrio entre las dos fases en cualquier posición del equipo,
nunca se establece; más aun, si se alcanza el equilibrio en
cualquier parte del sistema, el resultado sería equivalente al efecto
que tendría un número infinito de etapas.

17. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO
• Hay 4 factores principales que se deben establecer en el diseño de
cualquier planta que trabaje con operaciones de difusión:
• Número de etapas en el equilibrio o su equivalente
• El tiempo de contacto requerido entre las fases
• La velocidad de flujo permisible
• Energía requerida para llevar a cabo la operación

18. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
NÚMERO DE ETAPAS EN EL EQUILIBRIO
• Se aplica con el fin de determinar el número de etapas en equilibro
que se requieren en una cascada para obtener el grado deseado de
separación, o para determinar la cantidad equivalente en un
aparato de contacto continuo, se necesitan las características de
equilibrio para el sistema y los cálculos de balance de materia.

19. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
TIEMPO REQUERIDO PARA LLEVAR A CABO LA OPERACIÓN
• Esta ligado íntimamente con la eficiencia de cada etapa, mientras
que en el equipo para contacto continuo el tiempo determina el
volumen o longitud del aparato necesario. Son varios de los
factores que ayudan a establecer el tiempo. El tiempo determina el
volumen de longitud del aparato necesario. Son varios los factores
que nos ayudan a determinar el tiempo

20. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• Es importante reconocer que, para cierto grado de contacto íntimo
entre las fases el tiempo de contacto requerido es independiente de
la cantidad total de las fases que van a procesarse.

21. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
RAPIDEZ DEL FLUJO PERMISIBLE
• Debe de tomarse en cuneta que este factor en las operaciones de
semicontinuas y en estado estacionario, porque permite determinar
en ellas al área transversal del equipo . La consideración de la
dinámica del fluido establece la rapidez de flujo permisible, y el
balance de materia determina la cantidad absoluta requerida de
cada uno de los flujos.

22. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
ENERGÍA REQUERIDA PARA LLEVAR A CABO LA OPERACIÓN
• Se necesita utilizar energía calorífica y mecánica para llevar a cabo
las operaciones de difusión. El calor es necesario para producir
cualquier cambio de temperatura, para la formación de nuevas
fases (como la evaporación de un fluido) y para evitar el efecto del
calor de solución. La energía mecánica se necesita para el
transporte de fluidos y sólidos, para dispersar líquidos y gases para
mover ciertas partes de la maquinaria.

23. Conceptos generales de diseño de procesos de separación
• El diseño final se habrá de considerar :
• Las características de equilibrio del sistema
• Balance de Materia
• Velocidad de difusión
• Dinámica de Fluidos
• Energía requerida para realizar la operación

24. Crear un proceso o diagrama de flujo para obtener ciertos
productos a partir de determinadas materias primas.

25. Diseño de procesos de separación
Variables estructurales. Especifican la presencia de los distintos equipos y su
diagrama de interconexiones.
Variables de operación. Representan condiciones operativas (temperatura,
caudal, presión, etc.), y ciertas características funcionales de los equipos, como
puede ser áreas, número de etapas, etc., por lo general identificadas como
parámetros de diseño.

26. Diseño de procesos de separación
las etapas secuenciales aconsejadas para realizar la tarea de diseño,
comprenden:
(1) La definición del problema,
(2) El establecimiento de la función objetivo, es decir, la
(3) determinación de los criterios en función de los cuales
deben seleccionarse alternativas,
(3) La síntesis del sistema propiamente dicha, que implica la
génesis del conjunto de alternativas estructurales posibles,
y por último,
(4) La reducción del espacio de alternativas, seleccionando
aquellas que cumplan en forma óptima con las especificaciones
establecidas.

27. Las reacciones químicas normalmente generan una mezcla de productos
de los cuales suelen interesar nada más uno o dos, y estos con un cierto
grado de pureza.
Las dificultades de separar el producto deseado con una pureza lo
suficientemente elevada y con un costo razonablemente bajo, pueden
presentar el obstáculo principal para la comercialización de un proceso
nuevo.

28. Definición y compilación de información relevante
•Propiedades físicas y químicas de los materiales que se pueden obtener
de las condiciones alternativas de la reacción.
•Especificaciones mínimas adecuadas del producto deseado, indicando
elasticidad de la demanda a diferentes especificaciones y precios.
•Secuencias posibles de separación.
•Valor comercial relativo de los diferentes subproductos que seria posible
aislar.
•Tipo de energía disponible y posibles disolventes.
•Condiciones locales de recursos y servicios.
•Costos de equipo (de inversión inicial y de operación y mantenimiento) y
características de operación del mismo.

29. La tarea de diseño lleva implícita la necesidad de seleccionar
dentro de un espacio de posibilidades, aquellas alternativas que
en base a un criterio predeterminado, cumplan con los objetivos
deseados.

30. Discriminación primaria de alternativas
Marco económico. Costos de operación, inversión, tasa de retorno, etc.
Elasticidad. Se refiere a la habilidad del proceso para tolerar condiciones
adversas tales como perturbaciones o variación en los parámetros.
Flexibilidad. Se refiere a la capacidad estructural y operativa del proceso
para mantenerse funcionando con la mejor performance cuando las
condiciones operativas corresponden a un rango de condiciones de diseño.
Controlabilidad, confiabilidad, impacto ambiental, etc.

31. Discriminación primaria de alternativas
PROCESOS DE SEPARACIÓN
• 1. Casi todos los procesos químicos industriales incluyen equipos
para la separación de las sustancias químicas contenidas en la
alimentación del proceso (s) y / o producidos en los reactores en el
procesos.
• 2. Más de 25 diferentes operaciones de separación son de
importancia comercial.
• 3. El grado de separación alcanzable por una operación de
separación en particular depende de la explotación de las
diferencias en ciertas propiedades de la especie.
• 4. Las operaciones de separación más ampliamente utilizados
implican la transferencia de especies entre dos fases, una de las
cuales se crea por la transferencia de energía o la reducción de la
presión.

32. PROCESOS DE SEPARACIÓN
• 5. El mejor proceso de separación con frecuencia debe ser
seleccionado de entre un número de candidatos viables. La
elección puede depender de factores que se enumeran a
continuación.
A. Condiciones
1. Composición, en particular la concentración de las especies que deben recuperarse
2. Caudal
3. Temperatura
4. Presión
5. Estado (sólido, líquido y / o gas)
B. Condiciones del producto
1. Purezas requeridas
2. Temperaturas
3. Presiones
4. Estados de fase
C. Características de la operación de separación
1. Facilidad de ampliación
2. Facilidad de puesta en escena
3. Temperatura, presión, y los requisitos estatales
4. Las limitaciones físicas del tamaño
5. Necesidades de energía

33. Para el análisis y diseño de procesos se requiere de modelos que
describan el comportamiento de esos sistemas. Estos modelos que
gobiernan el sistema consisten de M ecuaciones independientes que
involucran N variables. Se pueden visualizar 3 casos:

34. Análisis de sistemas sub-determinados
•M > N. En este caso el sistema esta sobre especificado y no
tiene solución. Debe revisarse la modelación del sistema.
•M = N. El sistema está completamente definido y tiene solución.
Si el sistema es lineal, puede existir soluciones múltiples para el
problema en cuestión.
•M < N. con objeto de definir el sistema se necesitan N-M
relaciones adicionales, que pueden ser en forma de valores
establecidos de algunas variables de diseño. Se dice en estos
casos que el sistema tiene F grafos de libertad, dados por:
F= N-M

36. Se puede definir como el proceso de seleccionar, a partir de un conjunto
de alternativas posibles, aquella que mejor satisfaga
el o los objetivos propuestos.

37. Optimización
Para resolver un problema de optimización se requieren dos etapas
principales:
La formulación del modelo de optimización no es un procedimiento formal
estructurado, sino más bien es un proceso que requiere de experiencia y
creatividad.

38. • Seader, J. D. y Henley, E. J. Separation Process Principles. John
Wiley and Sons, Inc. 2005. Estados Unidos de América. 800
págs. ISBN 978-0471464808.
• Jiménez, G. A. Diseño de procesos de ingeniería química. Editorial
REVERTÉ, S.A. 2003. Barcelona. España. Págs. 60-63.
• Scenna, J.N y Benz, J. S. Introducción al diseño de procesos
químicos. Breves nociones.
• Scenna, J.N. Modelado, simulación y optimización de procesos
químicos. 2ª edición.
• Ferrero,B.M y Chiotti, J.A.O. Optimización. Scenna, J.N. Modelado,
simulación y optimización de procesos químicos. 2ª edición