procesos de equilibrio en una sola etapa

III._ PROCESOS DE EQUILIBRIO EN UNA SOLA ETAPA

III.1._ Definir el concepto de equilibrio en un bioproceso.
Un aspecto común a todas las operaciones unitarias es el concepto de fuerza
impulsora, causante de que una transferencia de propiedad se produzca o
cese. Cuando la fuerza impulsora es nula, el sistema se encuentra en un
estado tal que no puede experimentar ningún cambio de formaespontánea. Se
dice que el sistema está en equilibrio. Las diferencias entre la condición real del
sistema y la de equilibrio determinan las fuer-zas impulsoras de los distintos
fenómenos
de
transporte,
que
transcurren
con
velocidades
proporcionales a las mismas, e inversamente proporcionales a las resistencias
que opone el sistema.

III.2._ Diseñar el proceso de separación controlada porel equilibrio.
En muchas operaciones de la industria química y de otros procesos de
transferencia de masa de una fase son, inherentemente, operaciones de no
equilibrio. Por tanto, el máximo grado de separación alcanzable no se puede
predecir a partir de las propiedades termodinámicas de las especies. Sin embargo,
las especies químicas se distribuirán entre las fases de acuerdo con lasconsideraciones termodinámicas del equilibrio. Después de la subsiguiente
separación de las fases, se dice que se ha alcanzado un contacto de equilibrio.
Un proceso de una sola etapa se puede definir como aquel en el cual dos
diferentes fases se llevan a un contacto íntimo y después se separan. Durante el
tiempo de contacto se verifica un mezclado bastante íntimo y los diversos
componentes sedifunden y se redistribuyen entre las dos fases. El tiempo de
mezclado es bastante largo, los componentes quedan esencialmente en equilibrio
en las dos fases después de la separación y el proceso se considera como
equilibrio en una sola etapa.
En estos sistemas, la corriente que contiene el soluto que se desea extraer (Lo),
se pone en contacto con un disolvente adecuado (V2). Ambas corrientes semezclan íntimamente, alcanzando el equilibrio las corrientes de salida (V1 y L1)

BIOTECNOLOGÍA

OPERACIONES UNITARIAS II

Página 1

Definiciones
Alimentación (Lo): es la solución que
contiene el soluto a extraer, que ingresa
al contactor/separador
Refinado (LN): es la corriente que
egresa del contactor/separador, pobre
en soluto y que contiene el resto de los
componentes de laalimentación.
Disolvente (VN+1): es el solvente
inmiscible con el que se realizará la
extracción
Extracto (V1): es la corriente que egresa
del contactor/separador, rica en solvente
y en soluto transferido.
Los datos de equilibrio entre fases son indispensables para el cálculo y diseño de
los aparatos donde se desarrollan las operaciones que implican transferencia de
materia entre ellas. Elnúmero y la complejidad de los sistemas que pueden
presentarse con las cuatro combinaciones de fases (líquido-gas, líquido-líquido,
sólido-gas y sólido-líquido) que resultan prácticas desde el punto de vista de la
transferencia de materia son tan grandes que en ocasiones no se puede medir.
Por tanto sólo quedan dos posibilidades: la obtención experimental de los datos de
equilibrio, o lapredicción termodinámica de los mismos basándose en el mínimo
número de datos experimentales sobre los componentes de la mezcla o sobre las
distintas mezclas binarias que con ellos pueden formarse, ya que casi nunca se
encontrarán sobre mezclas de orden superior de dichos componentes.
Regla de las fases de Gibbs
Cuando dos fases están en equilibrio, el estado del sistema se establece alespecificar sólo una propiedad. Para cualquier sistema en equilibrio, el número de
variables independientes que deben fijarse en forma arbitraria a fin de establecer
su estado intensivo, se proporciona por la regla de J. Willard Gibas.
F=2– +N
Donde F es el número de grados de libertad del sistema,
presentes y N es el número de especies químicas.

es el número de fases

El estado intensivo de un...