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Ingenieria de procesos de separacion - Wankat FL - Livro em Espanhol

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Prefacio xv
Agradecimientos xvii
Acerca del autor xix
Nomenclatura xxi
Capítulo 1 Introducción a la ingeniería de procesos de separación 1
 1.1. Importancia de las separaciones 1
 1.2. El concepto de equilibrio 2
 1.3. Transferencia de masa 4
 1.4. Métodos para resolver los problemas 5
 1.5. Prerrequisitos 7
 1.6. Otras fuentes sobre ingeniería de procesos de separación 8
 1.7. Resumen–Objetivos 9
 Referencias 9
 Tarea 10
Capítulo 2 Destilación instantánea 12
 2.1. Método básico de destilación instantánea 12
 2.2. Forma y fuentes de los datos de equilibrio 14
 2.3. Representación gráfica del equilibrio binario vapor-líquido 16
 2.4. Destilación instantánea binaria 21
2.4.1. Procedimiento secuencial de solución 21
 Ejemplo 2-1. Separador de evaporación instantánea para etanol y agua 24
2.4.2. Procedimiento de solución simultánea 27
 2.5. Equilibrio vapor-líquido con varios componentes 29
 2.6. Destilación instantánea de varios componentes 34
 2.7. Convergencia simultánea con varios componentes 40
 2.8. Cálculo de los tamaños 45
 2.9. Uso de tambores de destilación existentes 49
 2.10. Resumen–Objetivos 50
 Referencias 51
 Tarea 52
 Apéndice al capítulo 2 Simulación en computadora de la destilación instantánea 59
WJJ
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WJJJ� $POUFOJEP
Capítulo 3 Introducción a la destilación en columna 65
 3.1. Desarrollo de una cascada de destilación 65
 3.2. Equipo de destilación 72
 3.3. Especificaciones 74
 3.4. Balances externos de la columna 76
 &KFNQMP������#BMBODFT�FYUFSOPT�QBSB�EFTUJMBDJÓO�CJOBSJB� ��
 3.5. Resumen–Objetivos 81
 Referencias 81
 Tarea 81
Capítulo 4 Destilación en columna: balances internos, etapa por etapa 86
 4.1. Balances internos 86
 4.2. Métodos de solución de etapa por etapa, para destilación binaria 90
 &KFNQMP������$ÃMDVMPT�FUBQB�QPS�FUBQB�DPO�FM�NÊUPEP�EF�-FXJT� ��
 4.3. Introducción al método de McCabe-Thiele 97
 4.4. Línea de alimentación 101
 &KFNQMP������$ÃMDVMPT�EF�MB�MÎOFB�EF�BMJNFOUBDJÓO� ���
 4.5. Método completo de McCabe-Thiele 109
 &KFNQMP������.ÊUPEP�EF�.D$BCF�5IJFMF� ���
 4.6. Perfiles para destilación binaria 112
 4.7. Calentamiento con vapor directo 114
 &KFNQMP������"OÃMJTJT�EF�.D$BCF�5IJFMF�EF�DBMFOUBNJFOUP��
DPO�WBQPS�EJSFDUP� ���
 4.8. Procedimiento general de análisis McCabe-Thiele 118
� &KFNQMP������%FTUJMBDJÓO�DPO�EPT�BMJNFOUBDJPOFT� ���
 4.9. Otras situaciones en las columnas de destilación 125
4.9.1. Condensadores parciales 125
4.9.2. Vaporizadores totales 126
4.9.3. Corrientes laterales o líneas de salida 126
4.9.4. Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios 128
4.9.5. Columnas de agotamiento y enriquecimiento 129
4.10. Condiciones límite de operación 130
4.11. Eficiencias 133
4.12. Problemas de simulación 135
4.13. Usos nuevos para columnas viejas 136
4.14. Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferior 138
4.15. Comparaciones entre los métodos analíticos y los gráficos 140
4.16. Resumen–Objetivos 142
 Referencias 143
 Tarea 144
 Apéndice al capítulo 4 Simulaciones de destilación binaria en computadora 158
Capítulo 5 Introducción a la destilación de varios componentes 161
 5.1. Dificultades de cálculo 161
� &KFNQMP������#BMBODFT�FYUFSOPT�VTBOEP�SFDVQFSBDJPOFT�GSBDDJPOBSJBT� ���
 5.2. Perfiles para destilación de varios componentes 167
 5.3. Resumen–Objetivos 172
 Referencias 172
 Tarea 172
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Capítulo 6 Procedimientos de cálculo exacto para destilación de varios componentes 176
 6.1. Introducción a la solución matricial para destilación de varios componentes 176
 6.2. Balances de masa de componentes en forma de matrices 178
 6.3. Proposición inicial para tasas de flujo 181
 6.4. Cálculos de punto de burbuja 181
 &KFNQMP������5FNQFSBUVSB�EF�QVOUP�EF�CVSCVKB� ���
 6.5. Método θ de convergencia 184
� &KFNQMP������$ÃMDVMP�EF�NBUSJDFT�Z�DPOWFSHFODJB�DPO�θ� ���
 6.6. Balances de energía en forma matricial 191
 6.7. Resumen–Objetivos 194
 Referencias 195
 Tarea 195
 Apéndice al capítulo 6 Simulaciones en computadora de columnas 
de destilación de varios componentes 200
Capítulo 7 Métodos abreviados aproximados para destilación de varios componentes 205
 7.1. Reflujo total: Ecuación de Fenske 205
� &KFNQMP������&DVBDJÓO�EF�'FOTLF� ���
 7.2. Reflujo mínimo: Ecuaciones de Underwood 210
� &KFNQMP������&DVBDJPOFT�EF�6OEFSXPPE� ���
 7.3. Correlación de Gilliland para la cantidad de etapas a relación de reflujo finita 215
� &KFNQMP������$PSSFMBDJÓO�EF�(JMMJMBOE� ���
 7.4. Resumen–Objetivos 219
 Referencias 219
 Tarea 220
Capítulo 8 Introducción a métodos complejos de destilación 225
 8.1. Ruptura de azeótropos con otros separadores 225
� &KFNQMP������4FDBEP�EF�CFODFOP�QPS�EFTUJMBDJÓO� ���
 8-2. Procesos de destilación azeotrópica binaria heterogénea 227
8.2.1. Azeótropos heterogéneos binarios 227
8.2.2. Secado de compuestos orgánicos parcialmente miscibles con agua 230
� &KFNQMP������%FTUJMBDJÓO�QPS�BSSBTUSF�DPO�WBQPS�EF�BHVB� ���
 8.3. Destilación por arrastre de vapor 234
 8.4. Procesos de destilación a dos presiones 238
 8.5. Sistemas ternarios complejos de destilación 239
8.5.1. Curvas de destilación 240
8.5.2. Curvas de residuo 243
 8.6. Destilación extractiva 245
 8.7. Destilación azeotrópica con solvente agregado 251
 8.8. Destilación con reacción química 255
 8.9. Resumen–Objetivos258
 Referencias 258
 Tarea 260
 Apéndice al capítulo 8 Simulación de sistemas complejos de destilación 270
Capítulo 9 Destilación intermitente 276
 9.1. Destilación intermitente binaria: Ecuación de Rayleigh 278
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 9.2. Destilación intermitente binaria simple 279
� &KFNQMP������%FTUJMBDJÓO�TJNQMF�EF�3BZMFJHI� ���
 9.3. Destilación intermitente a nivel constante 283
 9.4. Destilación intermitente por arrastre con vapor de agua 284
 9.5. Destilación intermitente en varias etapas 285
9.5.1. Relación de reflujo constante 286
� &KFNQMP������%FTUJMBDJÓO�JOUFSNJUFOUF�FO�WBSJBT�FUBQBT� ���
9.5.2. Relación de reflujo variable 290
 9.6. Tiempo de operación 291
 9.7. Resumen–Objetivos 292
 Referencias 292
 Tarea 293
Capítulo 10 Diseño de columnas de platos y empacadas 301
 10.1. Descripción de los equipos en las columnas de platos 301
10.1.1. Platos, bajantes y vertederos 304
10.1.2. Entradas y salidas 306
 10.2. Eficiencias de platos 309
� &KFNQMP�������&TUJNBDJÓO�EF�MB�FàDJFODJB�HFOFSBM� ���
 10.3. Cálculo del diámetro de la columna 314
� &KFNQMP�������$ÃMDVMP�EFM�EJÃNFUSP�QBSB�VOB�DPMVNOB�EF�QMBUPT� ���
 10.4. Distribución y consideraciones hidráulicas para platos perforados 320
 &KFNQMP�������%JTUSJCVDJÓO�EF�QMBUP�Z�DÃMDVMPT�IJESÃVMJDPT� ���
 10.5. Diseño de platos de válvulas 327
 10.6. Introducción al diseño de columnas empacadas 329
 10.7. Partes internas de las columnas empacadas 329
 10.8. Altura del empaque. Método de la Hetp 331
 10.9. Inundación de la columna empacada y cálculo del diámetro 333
� &KFNQMP�������$ÃMDVMP�EFM�EJÃNFUSP�EF�VOB�DPMVNOB�FNQBDBEB� ���
10.10. Consideraciones económicas 341
10.11. Resumen–Objetivos 345
 Referencias 345
 Tarea 348
Capítulo 11 Economía y conservación de energía en la destilación 354
 11.1. Costos de destilación 354
 11.2. Efectos de la operación sobre los costos 359
� &KFNQMP�������&TUJNBDJÓO�EFM�DPTUP�QBSB�VOB�EFTUJMBDJÓO� ���
 11.3. Cambios en capacidades de la planta 366
 11.4. Conservación de la energía en la destilación 366
 11.5. Síntesis de secuencias de columnas para destilación de varios componentes 
casi ideales 370
� &KFNQMP�������4FDVFODJBDJÓO�EF�DPMVNOBT�DPO�IFVSÎTUJDBT� ���
 11.6. Síntesis de sistemas de destilación para mezclas ternarias no ideales 376
� &KFNQMP�������%FTBSSPMMP�EF�QSPDFTPT�QBSB�TFQBSBS�VOB�NF[DMB��
UFSOBSJB�DPNQMFKB� ���
 11.7. Resumen–Objetivos 380
 Referencias 380
 Tarea 382
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Capítulo 12 Absorción y arrastre 385
 12.1. Equilibrios de absorción y arrastre 387
 12.2. Líneas de operación para absorción 389
� &KFNQMP�������"OÃMJTJT�HSÃàDP�EF�MB�BCTPSDJÓO� ���
 12.3. Análisis del arrastre 394
 12.4. Diámetro de la columna 396
 12.5. Solución analítica: La ecuación de Kremser 397
� &KFNQMP�������"OÃMJTJT�EF�TFQBSBEPS�EF�BSSBTUSF�DPO�MB�FDVBDJÓO��
EF�,SFNTFS� ���
 12.6. Absorbedores y separadores de arrastre con varios solutos diluidos 403
 12.7. Solución matricial para absorbedores y separadores de arrastre 
con soluciones concentradas 406
 12.8. Absorción irreversible 410
 12.9. Resumen–Objetivos 411
 Referencias 412
 Tarea 413
 Apéndice al capítulo 12 Simulaciones de absorción y arrastre en computadora 421
Capítulo 13 Extracción inmiscible, lavado, lixiviación y extracción supercrítica 424
 13.1. Procesos y equipos de extracción 424
 13.2. Extracción a contracorriente 428
13.2.1. Método de McCabe-Thiele para sistemas diluidos 428
� &KFNQMP�������&YUSBDDJÓO�EJMVJEB�B�DPOUSBDPSSJFOUF�DPO�GBTFT�JONJTDJCMFT� ���
13.2.2. Método de Kremser para sistemas diluidos 434
 13.3. Extracción fraccionada diluida 435
 13.4. Extracción en una etapa y con flujo cruzado 439
� &KFNQMP�������&YUSBDDJÓO�EF�VOB�QSPUFÎOB�DPO�VOB�FUBQB�Z�áVKP�DSV[BEP� ���
 13.5. Extracción con fases inmiscibles y concentradas 443
 13.6. Extracción intermitente 444
 13.7. Procedimientos generalizados de McCabe-Thiele y de Kremser 445
 13.8. Lavado 448
� &KFNQMP�������-BWBEP� ���
 13.9. Lixiviación 452
13.10. Extracción con fluido supercrítico 454
13.11. Aplicación a otras separaciones 457
13.12. Resumen–Objetivos 457
 Referencias 457
 Tarea 459
Capítulo 14 Extracción de sistemas parcialmente miscibles 468
 14.1. Equilibrios en extracción 468
 14.2. Cálculos en mezclado y la regla de la palanca 471
 14.3. Sistemas de una etapa y flujo cruzado 474
� &KFNQMP�������&YUSBDDJÓO�FO�VOB�FUBQB� ���
 14.4. Cascadas de extracción a contracorriente 477
14.4.1. Balances externos de masa 477
14.4.2. Puntos de diferencia y cálculos de etapa por etapa 479
14.4.3. Problema completo de extracción 483
� &KFNQMP�������&YUSBDDJÓO�B�DPOUSBDPSSJFOUF� ���
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 14.5. Relación entre los diagramas de McCabe-Thiele y triangulares 485
 14.6. Flujo mínimo de solvente 486
 14.7. Simulaciones de la extracción en computadora 488
 14.8. Lixiviación con tasas de flujo variables 489
� &KFNQMP�������$ÃMDVMPT�QBSB�MJYJWJBDJÓO� ���
 14.9. Resumen–Objetivos 492
 Referencias 492
 Tarea 493
 Apéndice al capítulo 14 Simulación de la extracción en computadora 499
Capítulo 15 Análisis de la transferencia de masa 501
 15.1. Fundamentos de la transferencia de masa 501
 15.2. Análisis de las columnas de destilación con altura y número de unidades 
de transferencia (HTU y NTU) 504
� &KFNQMP�������%FTUJMBDJÓO�FO�VOB�DPMVNOB�FNQBDBEB� ���
 15.3. Relación entre HETP y HTU 511
 15.4. Correlaciones de transferencia de masa para torres empacadas 513
15.4.1. Correlaciones detalladas para empaques aleatorios 513
� &KFNQMP�������&TUJNBDJÓO�EF�)
(
�Z�)
-� ���
15.4.2. Correlaciones sencillas 520
 15.5. Análisis HTU-NTU de absorbedores y separadores de arrastre 521 
� &KFNQMP�������"CTPSDJÓO�EF�40�� ���
 15.6. Análisis HTU-NTU de absorbedores concurrentes 526
 15.7. Transferencia de masa en un plato 528
� &KFNQMP�������&TUJNBDJÓO�EF�MB�FàDJFODJB�EF�QMBUP� ���
 15.8. Resumen–Objetivos 531
 Referencias 531
 Tarea 532
Capítulo 16 Introducción a los procesos de separación con membrana 535
 16.1. Equipos de separación con membrana 537
 16.2. Conceptos relacionados con las membranas 541
 16.3. Permeación de gases 544
16.3.1. Permeación de mezclas binarias de gases 544
16.3.2 Permeación binaria en sistemas perfectamente mezclados 547
� &KFNQMP�������1FSNFBEP�EF�HBT�CJFO�NF[DMBEP�TPMVDJÓO��
BOBMÎUJDB�TFDVFODJBM� ���
� &KFNQMP�������1FSNFBDJÓO�EF�HBT�CJFO�NF[DMBEP�TPMVDJPOFT��
TJNVMUÃOFBT�BOBMÎUJDB�Z�HSÃàDB� ���
16.3.3 Permeación de varios componentes en sistemas perfectamente 
mezclados 555
� &KFNQMP�������1FSNFBDJÓO�HBTFPTB�QFSGFDUBNFOUF�NF[DMBEB��
EF�WBSJPT�DPNQPOFOUFT� ���
 16.4. Ósmosis inversa 558
16.4.1. Análisis de la ósmosis y la ósmosis inversa 558
� &KFNQMP�������¶TNPTJT�JOWFSTB�TJO�QPMBSJ[BDJÓO�EF�DPODFOUSBDJÓO� ���
16.4.2. Determinación experimental de las propiedades de las membranas 564
� &KFNQMP�������%FUFSNJOBDJÓO�EF�MBT�QSPQJFEBEFT�EF�NFNCSBOBT��
QBSB�ÓTNPTJT�JOWFSTB� ���
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$POUFOJEP� YJJJ
16.4.3. Determinación de la polarización de concentración 566
� &KFNQMP�������¶TNPTJT�JOWFSTB�DPO�QPMBSJ[BDJÓO�EF�DPODFOUSBDJÓO� ���
� &KFNQMP�������$ÃMDVMP�EF�MB�PQFSBDJÓO�EF�ÓTNPTJT�JOWFSTB�DPO��
QPMBSJ[BDJÓO�EF�DPODFOUSBDJÓO� ���
16.4.4. Ósmosis inversa con soluciones concentradas 573
 16.5. Ultrafiltración 573
� &KFNQMP�������6MUSBàMUSBDJÓO�DPO�GPSNBDJÓO�EF�HFM� ���
 16.6. Pervaporación 579
� &KFNQMP�������1FSWBQPSBDJÓO��DÃMDVMP�EF�GBDUJCJMJEBE� ���
� &KFNQMP��������1FSWBQPSBDJÓO��EFTBSSPMMP�EF�VO�EJTFÒP�GBDUJCMF� ���
 16.7. Efectos de la pauta de flujo general 588
� &KFNQMP��������&GFDUPT�EF�MB�QBVUB�EF�áVKP�TPCSF�MB�QFSNFBDJÓO�EF�HBTFT� ���
16.7.1. Permeación binaria con flujo cruzado 590
16.7.2. Permeación binaria concurrente 592
16.7.3. Flujo binario a contracorriente 594
 16.8 Resumen–Objetivos595
 Referencias 596
 Tarea 597
 Apéndice al capítulo 16 hojas de cálculo para cálculos con pautas de flujo, 
para permeación de gases 603
16.A.1. Flujo cruzado 603
16.A.2. Flujo concurrente 605
16.A.3. Flujo a contracorriente 607
Capítulo 17 Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico 609
 17.1. Sorbentes y equilibrio de sorción 610
17.1.1. Definiciones 610
17.1.2. Tipos de sorbente 612
17.1.3. Comportamiento de equilibrio en adsorción 615
� &KFNQMP�������&RVJMJCSJP�EF�BETPSDJÓO� ���
 17.2. Análisis del movimiento de soluto para sistemas lineales: fundamentos 
y aplicaciones a la cromatografía 621
17.2.1. Movimiento del soluto en una columna 623
17.2.2. Teoría del movimiento del soluto para isotermas lineales 625
17.2.3. Aplicación de la teoría lineal del movimiento del soluto a ciclos 
de purga y a la cromatografía de elución 
� &KFNQMP�������"OÃMJTJT�MJOFBM�EFM�NPWJNJFOUP�EFM�TPMVUP�FO��
DSPNBUPHSBGÎB�EF�FMVDJÓO� ���
 17.3. Análisis de movimiento de soluto para sistemas lineales: Adsorción térmica 
y con variación de presión, y movimiento simulado de lecho 631
17.3.1. Adsorción con oscilación de temperatura 631
� &KFNQMP�������3FHFOFSBDJÓO�UÊSNJDB�DPO�JTPUFSNB�MJOFBM� ���
17.3.2. Adsorción con oscilación de presión 641
� &KFNQMP�������4JTUFNB�EF�BETPSDJÓO�DPO�PTDJMBDJÓO�EF�QSFTJÓO� ���
17.3.3. Lechos móviles simulados 649
� &KFNQMP�������4JTUFNB�EF�MFDIP�NÓWJM�TJNVMBEP� ���
 17.4. Análisis de movimiento no lineal del soluto 654
17.4.1. Ondas difusas 655
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626
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17.4.2. Ondas de choque 658
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 17.5. Intercambio iónico 663
17.5.1. Equilibrio en el intercambio iónico 664
17.5.2. Movimiento de los iones 667
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 17.6. Transferencia de masa y energía 672
17.6.1. Transferencia de masa y difusión 672
17.6.2. Balances de masa en la columna 674
17.6.3. Transferencia de masa con parámetro agrupado 675
17.6.4. Balances de energía y transferencia de calor 676
17.6.5. Deducción de la teoría del movimiento del soluto 677
17.6.6. Simuladores detallados 678
 17-7. Soluciones de transferencia de masa para sistemas lineales 678
17.7.1. Solución de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersión 679
17.7.2. Superposición en sistemas lineales 680
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17.7.3. Cromatografía lineal 683
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 17.8. Método LUB para sistemas no lineales 687
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 17.9. Lista de control para diseño y operación en la práctica 691
17.10. Resumen–Objetivos 693
 Referencias 693
 Tarea 696
 Apéndice al capítulo 17 Introducción al simulador Aspen Chromatography 708
Guía de localización de problemas en Aspen Plus para separaciones 713
Respuestas a problemas seleccionados 717
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