1. Teoría de la Doble Película de Whitman
La teoría de la doble película describe los procesos de transferencia de masa (TM) en sistemas con dos fases fluidas en contacto, como la separación líquido-líquido y gas-líquido. Asume que la resistencia a la TM se encuentra en películas delgadas adyacentes a la interfase, y que las concentraciones en la interfase están en equilibrio. No se considera resistencia interfacial adicional.
2. Número de Reynolds y Analogía de Chilton-Colburn
El número de Reynolds (Re) relaciona la fuerza de inercia con la fuerza viscosa, indicando el tipo de régimen de flujo (laminar o turbulento):
Re = 4rHuρ/μ = 4δuρ/μ = ρDu/μ
La analogía de Chilton-Colburn extiende la analogía de Reynolds al incorporar los números de Prandtl y Schmidt para estimar los coeficientes de transporte en flujo turbulento:
jM = f/2 = jH = h/ρCpux(Pr)2/3 = jD = kc/ux·(Sch)2/3
La analogía de Chilton-Colburn es más útil que el número de Reynolds, ya que proporciona información sobre los coeficientes de transporte.
3. Secuencia de Separación
La secuencia óptima de separación depende de las propiedades de los componentes y los objetivos del proceso. Algunas consideraciones generales incluyen:
- Eliminar componentes corrosivos o reactivos al principio.
- Eliminar componentes finales uno por uno como destilados.
- Eliminar componentes de mayor porcentaje molar al principio.
- Realizar separaciones difíciles en ausencia de otros componentes.
- Dejar para el final productos que requieren mayor pureza.
- Favorecer corrientes equimolares en cada columna.
4. Número de Sherwood
El número de Sherwood (NSh) relaciona la difusión convectiva con la difusión molecular:
NSh = Difusión convectiva / Difusión molecular
Un NSh alto indica que la difusión convectiva domina, lo que implica una transferencia de masa más rápida.
5. Eficiencia Termodinámica
La eficiencia termodinámica (η) relaciona el trabajo mínimo requerido para una separación con el trabajo real realizado:
η = Wmin / (Wmin + LW)
Donde Wmin es el trabajo mínimo y LW es la pérdida de trabajo debido a irreversibilidades. La exergía (b = h – T0S) se utiliza para calcular Wmin.
6. Clasificación de Operaciones de Separación
Las operaciones de separación se pueden clasificar según la naturaleza de la interfase (gas-líquido, gas-sólido, líquido-líquido, líquido-sólido) o según las fases separadas (gas-gas, gas-líquido, líquido-líquido).
7. Factor de Separación
El factor de separación (SP) indica el grado de separación de un componente entre dos fases:
SP i,j = SR i / Sr j = (SF i / SF j) / ((1 – SF i) / (1 – SF j))
Un SP mayor que 1 indica una separación efectiva.
8. Destilación vs. Adsorción
Tanto la destilación como la adsorción son procesos de separación gas-líquido, pero difieren en la técnica utilizada. La destilación utiliza un agente de separación energético (calor o trabajo) para generar una segunda fase, mientras que la adsorción utiliza un agente de separación de masas (miscible o inmiscible) para favorecer la separación.
9. Ley de Raoult Modificada
La ley de Raoult modificada introduce coeficientes de actividad para tener en cuenta las desviaciones de la idealidad en mezclas no ideales.
10. Difusividad Binaria
La difusividad binaria (DAB) es un parámetro que describe la velocidad de difusión de un componente A en un componente B.
11. Difusión Equimolecular vs. Unimolecular
En la difusión equimolecular, los flujos molares de los componentes son iguales y opuestos. En la difusión unimolecular, el flujo molar de un componente es cero.
12. Velocidad Controlada por la Fase
La fase que controla la velocidad de transferencia de masa depende de la solubilidad del soluto y el coeficiente de reparto (K). Si K < 1, la fase gaseosa controla la velocidad. Si K > 1, la fase líquida controla la velocidad.
13. Procesos de Separación con y sin Adición de Fase
Procesos con adición de fase: absorción, desorción, extracción líquido-líquido. Procesos sin adición de fase: evaporación, cristalización, sublimación.
14. Desorción en Columna Empacada
En una columna empacada para desorción, la línea de operación representa la relación real de composiciones, mientras que la curva de equilibrio representa las composiciones en equilibrio a una temperatura dada.
15. Condiciones para Absorción y Desorción
La absorción se favorece a altas presiones y bajas temperaturas, mientras que la desorción se favorece a bajas presiones y altas temperaturas.
16. Torres de Platos vs. Torres Empacadas
Las torres de platos tienen etapas físicamente distinguidas, mientras que las torres empacadas no. Las torres empacadas se analizan mejor mediante modelos de transferencia de masa.
17. Extracción Líquido-Líquido
En la extracción líquido-líquido, la línea de reparto representa las composiciones en equilibrio, la curva de solubilidad define la región de dos fases, el refinado es la fase líquida que se empobrece en soluto y el extracto es la fase líquida que se enriquece en soluto.
18. Eficacia de Murphree
La eficacia de Murphree es una medida del rendimiento de una etapa de extracción líquido-líquido en un tanque agitado.
19. Grados de Libertad
Los grados de libertad son el número de variables independientes que se pueden fijar en un sistema. La regla de las fases de Gibbs se utiliza para calcular los grados de libertad.
Para un proceso de destilación flash de una mezcla de tres componentes, los grados de libertad son:
F = C – P + 2 = 3 – 2 + 2 = 3