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Fernando Esquivel Agüero Síntesis y optimización de procesos

22/02/2021

1. ¿Cómo separar las mezclas? R= Los procesos de separación se basan en la transferencia de masa de uno o más componentes de una fase a otra debido a la existencia de una fuerza impulsora que surge de las diferencias en los potenciales químicos. En la práctica, este Requiere el contacto íntimo de las fases durante un período de tiempo, durante el cual se acerca al equilibrio. a medida que avanza la transferencia de masa. Una etapa es la unidad en la que se produce el contacto y donde se encuentran las fases. separados físicamente. Un proceso de una sola etapa es aquel en el que el contacto se realiza una vez y, si el equilibrio realmente se logra, es apropiada una clasificación adicional como etapa ideal o teórica. Por razones económicas consideraciones, el tiempo de contacto en una etapa particular puede no ser lo suficientemente largo para que el equilibrio ser alcanzado; El enfoque fraccional del equilibrio es una medida de la eficiencia de transferencia de masa del proceso. Una vez establecidos los posibles métodos de separación, se hace necesario ensamblarlos en un diagrama de flujo del proceso. Motard y Westerberg citan tres problemas que surgen en este punto: 1. ¿Cómo se puede garantizar que se consideren todas las alternativas pero que se descarten las opciones inviables? 2. ¿Se puede desarrollar un proceso de evaluación que equilibre la velocidad y la precisión? 3. En un sentido evolutivo, ¿qué estrategia se puede adoptar que se mueva continuamente hacia mejores alternativas? A pesar de un gran esfuerzo para encontrar una metodología de síntesis de procesos que pueda manejar los problemas anteriores. Actualmente no existen técnicas que sean de aplicación universal. La mayor parte del trabajo informado en la literatura se ocupa de simples (una única corriente de alimentación se divide en dos corrientes de productos) o nítidas (cada entrada salidas de componentes en una sola corriente de producto) separaciones. Al considerar solo estos tipos de separaciones, se descuidan muchas alternativas económicamente atractivas; por ejemplo, múltiples flujos de alimentación y eliminación de una columna de destilación puede reducir el número o el tamaño de las columnas necesarias para una separación particular. Además, el intercambio de calor eficaz puede mejorar la eficiencia termodinámica del sistema.

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2. ¿En qué orden se separan? R=En la práctica, la mayoría de las metodologías que se utilizan hoy en día son técnicas híbridas basadas en características de al menos dos de estos métodos. Sin embargo, antes de discutir cómo se combinan las metodologías para la síntesis de procesos, cada una se considerará por separado. Enfoques heurísticos. Para facilitar el desarrollo de diagramas de flujo y, posteriormente, mejorar un diagrama de flujo existente, quienes tienen experiencia en el diseño y la secuenciación han sugerido reglas generales de separadores. Estas reglas prácticas, o heurísticas, son pautas algo empíricas pero útiles para elegir y secuenciar separaciones. Debe enfatizarse que las heurísticas no son absolutas y deben aplicarse con cuidado si van a tener un propósito. Además, las heurísticas más utilizadas pueden ser contradictorias, lo que puede dar lugar a que se sugieran dos o más secuencias. Sin embargo, incluso con el advenimiento de la computación digital para la síntesis de procesos asistida por computadora, la heurística casi siempre se incluye en las decisiones de secuenciación y selección. Esto se debe a que su uso reduce un problema combinatorio abrumadoramente complejo a uno más manejable. Las heurísticas de síntesis de procesos se dividen en varias categorías. Muchos de estos se propusieron originalmente para la destilación multicomponente, pero desde entonces se han aplicado a otros tipos de separación. Algunas heurísticas se han verificado mediante cálculos y experimentación, mientras que otras se describen mejor como sentido común. En cualquier caso, sirven como pautas eficaces en la selección y secuenciación de los procesos de separación. A continuación, se presenta una lista de las heurísticas más comúnmente citadas en la síntesis del proceso de separación. Ciertamente, esta no es una lista completa, sino una recopilación de varias propuestas en la literatura. En todo caso, lo que se necesita es una lista más detallada de heurísticas que se han probado a través del cálculo y la experimentación. A medida que se ponga más énfasis en la síntesis de procesos como una parte vital del diseño de procesos, se desarrollará un conjunto de heurísticas más completo y útil. Heurística general. A continuación, se enumeran un conjunto de heurísticas que generalmente son aplicables a la síntesis del proceso de separación.

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1. Seleccione primero los métodos de separación. señale que, para un proceso dado, la tarea más difícil implica separar los componentes de una mezcla. En la sección sobre selección de técnicas de separación, se señalaron muchos de los factores que deben tenerse en cuenta durante la selección de la tarea de separación. La consideración más importante implica evaluar la base para la separación, lo que requiere examinar datos sobre propiedades físicas y químicas. Se generan listas clasificadas que luego se utilizan para evaluar posibles métodos de separación. Por ejemplo, si los componentes A, B, C, D y E van a separarse, sus volatilidades y solubilidades relativas en un disolvente particular pueden ser pertinentes. Las siguientes listas clasificadas, en orden descendente, pueden resultar:

2. Intente siempre reducir la carga de separación. suponga que las operaciones para mezclar y dividir los flujos de proceso son relativamente económicas siempre que no se requiera separación de componentes. Por lo general, es mejor mezclar dos corrientes de composición similar y separar las especies de interés que tratar cada corriente de forma independiente. 3. Retire los materiales corrosivos e inestables lo antes posible. Es deseable la separación temprana de materiales corrosivos e inestables. La eliminación temprana de materiales corrosivos probablemente aumentará la vida útil de las unidades de procesamiento posteriores o permitirá que se construyan con materiales menos costosos. Las especies inestables que son sensibles a la temperatura, el cizallamiento, etc. deben eliminarse temprano, al igual que los componentes potencialmente tóxicos. Los componentes que puedan sufrir reacciones secundarias desfavorables también deben eliminarse temprano. 4. Separe los componentes más abundantes desde el principio. Los componentes que comprenden una gran fracción de la alimentación deben eliminarse primero. Claramente, la carga de separación dependerá de la cantidad de material a procesar. Al reducir la cantidad de este material al principio de la secuencia, se pueden reducir los costos de procesamiento.

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5. Guarde las separaciones más difíciles para el final. Cuando las diferencias en las propiedades (punto de ebullición, densidad, etc.) de los componentes que se van a separar no están muy separadas, la separación de esos componentes se realiza mejor en ausencia de otros componentes no clave. En el caso de la absorción de gas, a medida que disminuye la solubilidad de un componente particular en un disolvente, aumenta el número de bandejas o la altura de empaque requerida para la separación. Además, a medida que aumentan los inventarios de líquidos y gases en la columna, aumenta el diámetro de la columna. Por tanto, a medida que se reduce la cantidad de material a procesar, también se reduce el coste de la separación. El mismo argumento es igualmente válido cuando una separación particularmente difícil requiere equipo especializado. 6. Las separaciones con fracciones de alta recuperación deben realizarse al final. Esta heurística sigue a 5 y está justificada por los mismos argumentos. 7. Avanzar hacia las secuencias con el menor número de productos. Por lo general, seguir esta estrategia resultará en la necesidad de un número mínimo de separadores. 8. Evite agregar especies extrañas a la secuencia de separación. Es mejor evitar agregar agentes separadores de masa, como en la destilación azeotrópica y la lixiviación, porque estos agentes deben recuperarse posteriormente, lo que a menudo crea un problema de separación. Ésta es una de las razones por las que a menudo se prefieren los agentes separadores de energía. 9. Si se usa, recupere inmediatamente un agente separador de masa. El agente separador relacionado con la masa debe recuperarse en un paso posterior para que no interfiera con el procesamiento posterior. Esto es importante porque los agentes separadores de masa generalmente se encuentran en grandes cantidades y, a menudo, son químicamente diferentes de la corriente de alimentación original. Por supuesto, si el agente separador de masa facilita las separaciones aguas abajo (lo cual es raro), debe dejarse en el sistema. 10. No utilice otro agente separador de masa para recuperar el original. Es obvio que esto podría complicar el problema de separación original y anular cualquier beneficio asociado con la adición de un agente separador de masa en primer lugar. 11. Evite las condiciones de funcionamiento extremas. Esta heurística está dirigida principalmente a condiciones de temperatura y presión extremas. Si son necesarias variaciones de temperatura o presión, es mejor apuntar alto que bajo. Para el caso de la temperatura, los costos de calefacción suelen ser significativamente más bajos que los costos de refrigeración, a menudo

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en un factor de 5 o más. Además, los equipos a presión son más fáciles de construir y mantener que los equipos de vacío.

3. ¿Qué tipos de separadores? R= existen las separaciones directas e indirectas. También hay diferentes métodos de separación como lo es la destilación, procesos de separación basados en compleción química reversibles, separación de espuma y burbuja y separación de mezclas gaseosas con polímero. Los separadores se clasifican de diferentes de maneras, dependiendo de su configuración es decir la posición, por el numero de fases que separan, de la función, de la utilización o por la presión de trabajo. De esta manera se clasifican:  Por número de fases: en ellas se encuentran los evaporadores bifásicos, trifásicos y metafásicos. Los bifásicos son equipos de separación de mezclas como gas-petróleo, agua-petróleo. El líquido (petróleo, emulsión) sale del recipiente por el fondo a través de una válvula de control de nivel o de descarga. El gas sale por la parte superior del recipiente y pasa a través de un extractor de niebla para retirar las pequeñas gotas del liquido del gas. Los separadores trifásicos son para separar tres fases (gas-aceiteagua); estas se presentan en los fluidos que se producen en un pozo petrolero. Los separadores tetrafásicos (gas, espuma, aceité, agua), en este tipo de separadores es que se tienen una selección para espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos.  Por su configuración: estas se clasifican en separadores verticales, horizontales y esféricos. En los separadores verticales la entrada del fluido al separador esta situada a un lado. El liquido fluye hacia abajo a la sección de recolección del liquido del gas separador y sale de este. En este tipo de separador vertical se maneja mas liquido que los separadores horizontales. En los separadores horizontales aparte de que son más económicos cuando se pretenden manejar grandes volúmenes de gas con relativamente poco líquido, se usan generalmente cuando la producción de gas comienza a ser alta, la producción del liquido es mas o menos uniforme y no se presentan variaciones bruscas en el nivel de fluido dentro del separador. Los separadores esféricos son recipientes en forma de bola que se utilizan para la separación de dos o tres fases, su tamaño compacto y la facilidad para trasportarlos lo hacen aptos para áreas de

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procesamiento muy complejas, pero estos tipos de separadores son menos eficientes que los separadores cilíndricos horizontales o verticales y se utilizan menos POR LA PRESION DE TRABAJO: En esta clasificación dependerá de los siguientes criterios: baja presión, media presión y alta presión. POR SU UBICACIÓN: En estos separadores se les conoce así por la ubicación y se clasifican en separadores de entrada, serie, paralelo, tipo filtro, tipo tanque de venteo, centrifuga, depuradores...