Introducción a las operaciones de separación

341 Pages·2001·3.056 MB·Spanish

by  A. Marcilla Gomis

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INTRODUCCIÓN
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L A LAS OPERACIONES
P E
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DE SEPARACIÓN
Cálculo por etapas
de equilibrio
A. Marcilla Gomis
TEXTOS DOCENTES
Edita:
Publicaciones Universidad de Alicante
ISBN:84-7908-405-7
Depósito Legal:MU-1.148-1998
Edición a cargo de Compobell, S.L.Murcia
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Estos créditos pertenecen a la edición impresa de la obra.
Edición electrónica:
Espagrafic
A. Marcilla Gomis
Colaboradores:
A.Gómez Siurana
A.N.García Cortés
P.Cayuela Martínez
INTRODUCCIÓN
A LAS OPERACIONES
DE SEPARACIÓN
Cálculo por etapas de equilibrio
Índice
Portada
Créditos
Prólogo .......................................................................... 8
Tema 1. Operaciones unitarias.
Conceptos generales ...................................... 11
Objetivos................................................................ 11
1. Introducción ...................................................... 11
2. Clasificación de las operaciones unitarias......... 13
3. Equilibrio y fuerzas impulsoras......................... 14
4. Operaciones unitarias controladas
por la transferencia de materia .......................... 16
5. Operaciones unitarias controladas por
transmisión de calor........................................... 31
6. Operaciones unitarias controladas por
la transferencia simultánea de materia y calor.. 33
7. Resumen............................................................. 40
Bibliografía............................................................ 43
Índice
Tema 2. Equipos para contacto entre fases................ 44
Objetivos................................................................ 44
1. Introducción....................................................... 44
2. Parámetros de diseño......................................... 45
3. Columnas de relleno.......................................... 50
4. Columnas de platos para contacto
vapor-líquido...................................................... 64
5. Columnas de relleno frente a columnas de platos. 79
6. Contactores líquido-vapor menos utilizados..... 80
7. Equipo para extracción líquido-líquido ............ 82
Bibliografía............................................................ 88
Problemas............................................................... 88
Tema 3. Equilibrio entre fases.
Estimación del equilibrio............................... 95
Objetivos................................................................ 95
1. Introducción....................................................... 96
2. Condiciones termodinámicas de equilibrio ....... 96
3. Regla de las fases de Gibbs ............................... 99
4. Fugacidad. Coeficiente de fugacidad. Actividad.
Coeficiente de actividad..................................... 100
Índice
5. Relaciones termodinámicas del equilibrio
entre dos fases.................................................... 109
6. Coeficiente de fugacidad de la fase vapor......... 126
7. Coeficientes de actividad en mezclas líquidas . 131
8. Coeficientes de actividad de mezclas sólidas.... 158
Bibliografía............................................................ 159
Problemas............................................................... 160
Tema 4. Equilibrio líquido vapor................................ 171
Objetivos................................................................ 171
1. Introducción....................................................... 171
2. Regla de las fases............................................... 173
3. Mezclas binarias................................................ 173
Bibliografía............................................................ 189
Problemas............................................................... 190
Tema 5. Destilación....................................................... 197
Objetivos................................................................ 197
1. Introducción....................................................... 197
2. Destilación simple abierta diferencial............... 201
3. Destilación simple continua............................... 212
Bibliografía............................................................ 215
Problemas............................................................... 216
Índice
Tema 6. Rectificación continua de mezclas binarias
en columnas de pisos ..................................... 224
Objetivos................................................................ 224
1. Introducción....................................................... 225
2. Nomenclatura..................................................... 227
3. Deducción de las ecuaciones fundamentales..... 228
4. Posición óptima del piso de alimentación......... 234
5. Método de Sorel................................................. 240
6. Método de Sorel-Lewis ..................................... 245
7. Método McCabe-Thiele..................................... 251
8. Rectificación de mezclas binarias, método
de Ponchon y Savarit ........................................ 281
Bibliografía............................................................ 316
Problemas............................................................... 317
A.Marcilla Gomis
Introducción a las operaciones de separación
Prólogo
B
asta con consultar algunos de los libros de texto escri-
tos sobre Operaciones de Separación para conocer la
diversidad de temas que abarca esta materia (no todos
los libros de texto tratan todas las operaciones de separación)
y los distintos criterios y enfoques utilizados para su presen-
tación. Esta obra no pretende ser un sustituto de textos con-
vencionales de Operaciones de Separación sino que se pre-
senta como una orientación para iniciar el estudio de los fun-
damentos de estos procesos. Está dirigida, especialmente, a
los alumnos que cursan la asignatura de Operaciones de
Separación I del Plan de estudios actual de Ingeniería
Química de la Unversidad de Alicante. Su contenido se basa
en las notas monográficas y generales, así como los apuntes y
notas de otros profesores, centrándose en el tratamiento de las
operaciones basadas en la transferencia de materia para el
caso de contacto por etapas de equilibrio.
ÍNDICE 8
Prólogo
Los primeros temas de este texto tienen un carácter general.
Así, se comienza con un tema de introducción y conceptos
generales, donde se exponen los distintos criterios de clasifi-
cación de las operaciones unitarias, describiendo las opera-
ciones más convencionales controladas por la transferencia de
materia y calor así como los diferentes tipos de contacto entre
fases. Se continúa con el desarrollo de un tema dedicado a la
descripción de diferentes equipos para el contacto entre fases,
familiarizando al alumno con algunos de los dispositivos más
frecuentes utilizados en la industria. Posteriormente se inclu-
ye un tema dedicado al equilibrio entre fases, tomado en su
mayor parte de la obra de Costa Novella. Los temas cuarto y
quinto se centran en el estudio de la primera operación selec-
cionada, haciendo referencia al proceso de destilación.
Finalmente, el sexto tema (el más significativo de la obra y al
que se ha dedicado un especial esfuerzo) se dedica a la recti-
ficación de mezclas binarias, exponiendo un desarrollo -del
que cabría resaltar los métodos gráficos- original de los auto-
res. De este modo, la resolución del problema de diseño de
columnas de rectificación complejas se presenta de un modo
sistemático y generalizado. La exhaustividad con que se des-
arrolla este tema, servirá para fijar conceptos e introducir una
metodología de trabajo extrapolable a otras operaciones de
separación.
ÍNDICE 9
A.Marcilla Gomis
Introducción a las operaciones de separación
La obra incluye una serie de problemas o ejercicios propues-
tos al final de cada capítulo y pretende completarse con una
segunda parte donde se abordarán otras operaciones unitarias,
como la extracción líquido-líquido, la absorción y los proce-
sos de interacción aire-agua y secado, así como el contacto
continuo entre fases. Es igualmente intención de los autores la
edición de un libro de prácticas de laboratorio en relación con
estas operaciones unitarias, así como de una colección de pro-
blemas resueltos, utilizando básicamente la hoja de cálculo
EXCEL.
Desde el punto de vista de los autores se trata, más que de un
libro de texto, de unas notas de clase, continuamente en fase
de elaboración, con una edición algo más cuidada de lo habi-
tual hasta ahora. Se trata de una obra totalmente susceptible de
modificaciones y actualizaciones sucesivas de planteamien-
tos, presentación, nomenclatura, sistemática, metodología, ...,
incluso de temas, de modo que contribuyan progresivamente
a mejorar el interés y entendimiento de la materia por parte de
los alumnos, y que surge con esta vocación de actualización
continuada, intentando aprovechar las facilidades que los nue-
vos métodos de edición con ayuda del ordenador ponen a
nuestro alcance.
ÍNDICE 10