Operaciones Unitarias

Tema 1. OPERACIONES UNITARIAS
Conceptos generales
Objetivos
Familiarizarse con los principios generales de las operaciones unitarias controladas por la transferencia de materia y/o por la transmisión de calor. Asimismo llegar a conocer los criterios que permiten establecer otras clasificaciones.
1. Introducción
Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesosquímicos que se llevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos.
Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos.
Generalmente un proceso puededescomponerse en secuencias. Cada una de estas operaciones es una operación unitaria. Este concepto fue introducido en 1915 por el profesor Little, del Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.). La definición dada entonces, fue la siguiente: “... todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran llamarse operaciones unitarias, comopulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación, etc. El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de entre ellas intervienen en un proceso determinado.”
Con esta simplificación se ha reducido la complejidad del estudio de los procesos industriales, pues del conjunto de todos los procesos químicos que pueden imaginarsebastará con estudiar el grupo de las 25 ó 30 operaciones unitarias existentes. Un proceso determinado será, por tanto, la combinación de operaciones unitarias.
Clasificación de las operaciones unitarias
Cada operación unitaria tiene como objetivo el modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil a nuestros fines. Este cambio puede hacerse principalmente por trescaminos:
• Modificando su masa o composición (separación de fases, mezcla,...)
• Modificando el nivel o calidad de la energía que posee (enfriamiento, vaporización, aumento de presión, ...)
• Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o disminuyendo su velocidad o su dirección).
Estos tres son los únicos cambios posibles que un cuerpo puede sufrir. De acuerdo con estas ideas,normalmente se clasifican las operaciones unitarias en función de la propiedad -materia, energía o cantidad de movimiento que se transfiere en la operación o la que sea más elevante. Debe notarse que en cualquier operación, por lo común se transferirá simultá-neamente materia, energía y cantidad de movimiento pues las dos últimas propiedades están asociadas a la materia, por el hecho de existir. Noobstante, la operación no vendrá controlada necesariamente por las tres transferencias, sino sólo por una o, a lo sumo, por dos. De acuerdo con el criterio de cuál es la transferencia más relevante, las operaciones unitarias se clasifican en:
• Operaciones de transferencia de materia
• Operaciones de transmisión de energía
• Operaciones de transmisión simultánea de materia y energía
•Operaciones de transporte de cantidad de movimiento
Operaciones unitarias controladas por la transferencia de materia
Como se ha comentado en el caso del yodo y del cloroformo, cuando se ponen en contacto dos fases que no están en equilibrio desde el punto de vista de un determinado componente, éste se transfiere de una fase a otra, tendiendo al equilibrio.
Aprovechando esta difusión entre fases sepueden diseñar distintos tipos de aparatos que pongan en íntimo contacto dos fases distintas, con el objetivo general de conseguir la separación de uno de los componentes de una fase, mediante la acción de la otra.
a) Destilación. Rectificación
La destilación es una operación unitaria que consiste en separar dos o más componentes de una mezcla líquida (en la que todos los componentes son más o...