Operaciones de transferencia de masa

Operaciones de Transferencia de Masa
Una parte importante de las operaciones unitarias en Ingeniería química está relacionada
con el problema de modificar la composición de soluciones y mezclas mediante
métodos que no impliquen, necesariamente, reacciones químicas. Por lo
común estas operaciones se encaminan a separar las partes componentes de una
sustancia.
En el caso de mezclas, lasseparaciones pueden ser totalmente mecánicas, como
la filtración de un sólido a partir de una suspensión en un líquido, la clasifícación
de un sólido por tamaño de partícula mediante cribado o la separación de
partículas en un sólido basandose en su densidad. Por otra parte, si las operacíones
cambian la composición de soluciones, entonces se conocen como operaciones
de transferencia de masa;éstas son las que nos interesan aquí.
Es mucha la importancia de estas operaciones. Raro es el proceso químico
que no requiere de la purificación inicial de las materias primas o de la separación
final de los productos y subproductos; para esto, en general, se utilizan las operaciones
de transferencia de, masa. Quizá se podría apreciar rápidamente la importancia
de este tipo de separaciones en unaplanta procesadora, si se observa la
gran cantidad de torres que llenan una moderna refinería de petróleo: en cada
una de las torres se realiza una operación de transferencia de masa. Con frecuencía,
el costo principal de un proceso deriva de las separaciones. Los costos por separación
o purificación dependen directamente de la relación entre la concentración
inicial y final de lassustancias separadas; si esta relación es elevada, también
lo serán los costos de producción. Así, el ácido sulfúrico es un producto relativamente
barato, debido en parte a que el azufre se encuentra bastante puro al estado
natural, mientras que el uranio es caro a causa de su baja concentración en la
naturaleza.
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2 OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA
Las operaciones de transferencia de masa secaracterizan por transferir una
sustancia a través de otras a escala molecular. Por ejemplo, cuando el agua, por
evaporacibn, pasa de una alberca a una corriente de aire que fluye sobre la superficie
del agua, las moléculas de vapor de agua se difunden, a través de las moléculas
de aire en la superficie, dentro de la masa de la corriente de aire, la cual las
arrastra consigo. El fenómeno quenos interesa, principalmente, no es el movimiento
como resultado de una diferencia de presión, como sucede cuando se
bombea un líquido a través de una tubería. En los problemas por tratar, la transferencia
de masa es un resultado de la diferencia de concentraciones, o gradiente,
en donde la sustancia que se difunde abandona un lugar en que esta muy concentrada
y pasa a un lugar de bajaconcentración.
CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA DE MASA
Es útil clasificar las operaciones y dar ejemplos de cada una de ellas, con el fin de
indicar el panorama de los temas por tratar en este libro y para proporcionar un
medio para definir algunos de los términos que se utilizan en forma común.
Contacto directo de dos fases inmiscibles
Esta categoría es la más importante de todase incluye a la mayoría de las operaciones
de transferencia de masa. En este caso, se aprovecha la circunstancia de
que, con muy pocas excepciones, las composiciones de las fases son distintas en
un sistema de dos fases de varios componentes en el equilibrio. En otras palabras,
los diversos componentes están distribuidos en forma distinta entre las fases.
En algunos casos, la separaciónlograda de esta manera, proporciona inmediatamente
una sustancia pura, debido a que una de las fases en equilibrio sólo
contiene un componente. Por ejemplo, el vapor en contacto con una solución salina
acuosa líquida en el equilibrio no contiene sal, sin importar la concentación
de ésta en el líquido. En la misma forma, un sólido en contacto con una solución
salina líquida en el equilibrio, o...