Selección, especificación y Diseño de Equipo

Equipo de Proceso

Propietario(diseñado y

manufacturado por firmas especiales)

No Propietario (Diseños particulares para cada

proceso)

Bombas

Compresores

Centrífugas

Secadores

Reactores

Columnas de destilación

Intercambiadores de Calor

Torres de absorción

Procesos de Separación

Separaciones Sólido – Sólido

- Clasificación de partículas (Separación de partículas en base al tamaño)

Cilindro rotatorio Malla vibratoria

Malla reciprocante

Tipos de mallas usadas para la separación de partículas

- Malla reciprocante- Malla vibratoria- Malla oscilante- Malla giratoria

Factores de diseño

Tasa de flujoRango de tamaño de partículasCaracterísticas del materialRiesgos (inflamabilidad, toxicidad, peligros de explosión)Clasificación por vía seca o vía húmeda

Ciclones líquido-sólido

Usados para la separación de partículas en elrango de 5 a 100 µm. Tamaños comercialesdesde 10mm hasta 30 m de diámetro. Laseparación es función del tamaño departículas y su densidad, así como de ladensidad y viscosidad del medio líquido.

Hidroseparadores. La clasificación depende de la diferencia develocidades alcanzada por las partículas de diferente tamaño en elagua.

Jigs hidráulicos. El material es sumergido en agua y pulsos deagua a través del lecho del material provocan la estratificación delmaterial más liviano

Tablas. Son usadas por vía seca o por vía húmeda. La tabla esactivada con fuertes movimientos en direcciones opuestas. La accióncombinada de la vibración, el flujo de agua, y la resistencia al flujoprovocan la separación de partículas en diferentes rangos detamaños.

Separadores de medio denso. Los sólidos de diferente densidadpueden ser separados por inmersión en un fluido de densidadintermedia. Los sólidos más pesados van hacia el fondo, en tanto quelos más livianos emergen a la superficie.

Flotación. Se usan para la separación de sólidos finamentedivididos. La separación se basa en la diferencia de las propiedadessuperficiales del material. Las partículas son suspendidas en unlíquido aireado (usualmente agua) y las burbujas de aire se adhierende forma preferencial a unas u otras partículas dependiendo de suspropiedades superficiales.

Separadores magnéticos. Pueden ser usados para separarmateriales que presenten interacción con campos magnéticos.

Separadores electrostáticos. Las separaciones se basan en lasdiferencias de las propiedades eléctricas de los materiales a separar.

Separaciones Sólido-Líquido

Centrífugas

a. Sedimentación centrífuga. La separación depende de la diferencia de densidades entre la fase sólida y la fase líquida.

Teoría sigma para la sedimentación centrífuga.

Q=2ugΣug=∆ρds

2g/(18µ) (ley de Stokes)

Q=Flujo volumétrico a través de la centrífuga m3/hug=Velocidad terminal, m/sΣ=Valor sigma de la centrífuga, m2

∆ρ=diferencia de densidades entre sólido y líquido, kg/m3

ds=diámetro de las partículas sólidas, tamaño de corte, mµ=viscosidad del líquido, Nm-2sG=aceleración gravitacional, 9.81 m/s2

Ejercicio. Un precipitado va a ser separado continuamente de unacorriente de proceso. La concentración de sólidos es del 3% y la tasade flujo de 5 m3/h. Las propiedades físicas a la temperatura deoperación del sistema son:Densidad del líquido=1000 kg/m3, viscosidad=4 cP (mNm-2s)Densidad del sólido=2300 kg/m3, diámetro de corte = 10µm=10x10-6m

¿Qué tipo de equipo para sedimentación centrífuga utilizaría?

b. Filtración centrífuga. Los sólidos que forman una torta porosa se pueden separar de líquidos en una centrífuga de filtración.

Hidrociclones

Ejercicio. Estimar el tamaño de un hidrociclón necesario para separarel 90% de partículas con un diámetro mayor a 15 µm, de una corrientede 5 m3/h.Propiedades físicas:Densidad del sólido: 2000 kg/m3

Viscosidad: 1 mN s /m2

Expresión. Separación de cantidades de líquidos relativamentepequeñas de sólidos que se pueden comprimir por medios mecánicos.

Secado de sólidos. Remoción de agua o algún otro líquido volátil porevaporación.

Separación de sólidos disueltos

Evaporación. Remoción de solventes por vaporización de sólidos queno son volátiles.

Cristalización. Cristalización es la formación de partículas sólidas apartir de una fase homogénea. La formación de partículas sólidaspuede tener lugar a partir de un vapor, como la nieve, mediante lasolidificación de un líquido fundido, como ocurre en la formación degrandes monocristales, o bien como cristalización de una disoluciónlíquida.

Separación líquido - líquido

Decantadores

Diseño del decantador

Ejercicio. Diseñe un decantador para separar un aceite liviano deagua. El aceite es la fase dispersa.Tasa de flujo de aceite 900kg/h, densidad de 950 kg/m3, viscosidadde 4 mN s/m2

Tasa de flujo de agua 4000kg/h, densidad de 1000 kg/m3, viscosidadde 1 mN s/m2

Velocidad de entrada de fluido = 1 m/sz1=0.9·hZ2=0.5·h

Separadores sólido-gasCiclones

Ejercicio. Diseñar un ciclón para recuperar sólidos de una corriente deproceso. La distribución de tamaños de partículas está dado en el cuadroinferior. La densidad de las partículas es de 2700 kg/m3, y el gas esesencialmente nitrógeno a 150ºC. La tasa de flujo volumétrico es 2500 m3/h,y la operación es a presión atmosférica. Se requiere un 85% de recuperaciónde sólidos.Densidad N2 = 0.81 kg/m3, viscosidad = 0.023 cP (mN s / m2)

Tamaño de partículas

(µm)

50 40 30 20 10 5 2

% por peso menor que

87 73 64 55 29 11 4

Separadores gas-líquido

0.4 m

(min)

Dv

1m (m

in)

Dv/2

0.6 m

(min)

( )[ ]

0.15. defactor un por domultiplicaser debe ude valor el pad),(demister neblina deseparador un utiliza se no Si

)(kg/m vapor,del densidad

)(kg/m líquido, del densidad

(m/s) terminal, velocidad u:donde/07.0u

terminalVelocidad

T

3v

3L

T

2/1vvLT

=ρ

=ρ

=ρρ−ρ=Demister Pad

0.15u utiliza se neblina, deseparador sin separador un Para

neblina. deseparador un utiliza se si ,uu.s/m

vapor,o gas de co volumétriflujo de TasaVm. tanque,del mínimo DiámetroD

uV4

D

T

Ts

3v

v

s

vv

=

==

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

=

Ejercicio. Realizar un diseño preliminar para un separador que permitaseparar una mezcla de vapor y agua; tasas de flujo: 1900 kg/h de vapor, 1000kg/h de agua; presión de operación=4 bar. Temperatura de saturación: 143.6 ºC, densidad de líquido 926.4 kg/m3,densidad del vapor: 2.16 kg/m3

Ejercicio. Diseñar un separador horizontal para separar 10000 kg/h delíquido, densidad 962.0 kg/m3, de 12000 kg/h de vapor, densidad 23.6 kg/m3. La presión de operación del tanque es de 21 bar.