Liofilización sintesis final

1.- Definición.

La liofilización es una técnica de secado que consiste en separar agua de un determinado producto mediante congelación rápida y posterior sublimación del hielo formado a presión reducida. Para ello debe trabajarse por debajo del punto triple del agua (273.16 K y 6.105 kPa). El resultado obtenido será un material esponjoso fácilmente soluble. Este proceso es muy utilizado en la deshidratación de alimentos, medicamentos, materiales biológicos y otros productos sensibles al calor.

La utilización de esta técnica de secado como proceso industrial a gran escala data de los años 40 y 50 del siglo XX. Pero ya anteriormente se había utilizado un proceso conocido como liofilización natural por los Incas. Para ello dejaban que los alimentos se congelaran por efecto de las bajas temperaturas de los andes a alturas considerables. Por la mañana, gracias a los primeros rayos de sol y debido a las reducidas presiones se producía la sublimación del hielo.

2.- Proceso.

De la definición anteriormente dada podemos diferenciar claramente dos etapas dentro del proceso de liofilización. En la primera se produce la congelación del producto a secar y en la segunda se procede a la sublimación del hielo producido anteriormente.

2.1.- Etapa de congelación:

Es una operación previa y obligatoria. El tiempo de duración depende de varios factores como la cantidad, concentración y naturaleza propia del producto . En lineas generales podemos decir que una congelación adecuada es la base de que el producto liofilizado presente óptimas condiciones de aspectos, conservación de sus propiedades originales y rápida rehidratación.

Durante la etapa de congelación hemos de tener en cuenta, principalmente, dos variables. La temperatura de congelación y la velocidad de congelación.

La temperatura de congelación dependerá del tipo de compuesto con el que se este trabajando, a tales efectos diferenciamos entre sólidos amorfos (las partículas que lo forman carecen de una estructura definida) y sólidos cristalinos (aquellos en los que sus partículas ocupan lugares bien definidos dentro de una estructura cristalina).

Para sólidos cristalinos, definiremos la temperatura de eutexia (Te) como la máxima temperatura que puede alcanzar el producto durante la desecación primara.

Cuando trabajemos con sólidos amorfos definiremos la temperatura de transición vítrea, que representa la máxima temperatura, tanto en la desecación primaria como en la secundaria. Aumenta al disminuir el contenido de agua

Velocidad de congelación	Número y tamaño cristales	Estructura del material	Desecación primaria	Desecación secundaria
Lenta	Pocos y grandes	Poros grandes	Más rápida	Deserción más lenta
Rápida	Numerosos y pequeños	Poros pequeños y mayor superficie específica	Más lenta	Deserción más rapida

(*) Tabla extraída de documento pdf elaborado por el departamento de farmacia y tecnología farmaceutica de la faculta de medicida de la universidad de valencia.

2.2- Sublimación o desecación primaria:

Es la etapa en la que la mayor parte del agua libre pasa a vapor. Los parámetros temperatura, presión y tiempo pueden ser modificados independientemente pero están intimamente relacionados, no es posible modificar, sin que se afecten los otros, por lo que en todo momento deben ser considerados conjuntamente y analizados sus efectos. Esta etapa consta de tres fases:

- Fase 1: Fase conductiva.

En esta fase se produce una eliminación de agua del producto de un 75-90 %.

- Fase 2: Fase difusiva.

Muestra un descenso importante de la velocidad de secado.

- Fase 3: Segunda fase difusiva.

En esta fase es posible incrementar la temperatura de la calefaccón y del producto hasta 50º C

3.- Variables de diseño.

(*) Elaborado a partir de información extraída de documento pdf elaborado por la universidad de Guadalajara (Mexico)

En la liofilización se han de tener en cuenta tres variable importantes y son: La transferencia de calor, la transferencia de masa y velocidad de sublimación.

La temperatura y los gradientes de fusion actúan como principio impulsor en la transferencia de calor y masa y debe superar las resistencias puestas por el espesor de la muestra y sus características físicas. Cuanto mas delgado sea el material a liofilizar, habrá una menor resistencia para que el flujo de calor y masa pase a través de la muestra.

 

3.1.- Transferencia de calor:

- Tranasferencia de calor de la placa hacia la superficie inferior del producto:

Q = Abe · hr · (To – Tw)

Donde:

Abe: Superficie inferior del producto, a la temperature Tw.

- Transferencia de calor a tráves de la capa seca inferior:

Qw = Ab · Kb/Xw (Tw – Ti)

Donde:

Ab: Área media de transferencia.

Xw: Espesor de la fracción seca inferior del prodcto.

- Transferencia de calor a través de la capa congelada:

Parte del calor que se suministra al frente de sublimación inferior es transferido por conducción a través de la capa congelada hacia el frente de sublimación superior o viceversa, la dirección de este flujo de calor depende del gradiente de temperaturas Ti y Tj, de tal forma:

Qi = Abi · Фi · (Ti – Tj)

Donde:

Фi = Ki / (Xo – xw – xd)

Ki: Conductividad térmica de la capa congelada.

3.2- Transferencia de masa.

El flujo de masa sublimada G_i, puede expresarse mediante la ley de Flick:

G_i = A_b^Di (P_i – P_w)

Donde:

P_i = Presión de capor del hielo a la temperatura T_i.

P_w = Presión parcial del vapor de agua a nivel de la superficie inferior del product.

4.- Equipos

(Esto va en la wiki con una fotografía)

5.- Ventajas y desventajas de la liofilización.

Ventajas

- La congelación detiene gran parte de los fenómenos bioquímicos. Con lo cual se consigue evitar procesos de descomposición como por ejemplo el pardeamiento enzimático.

- Se consigue conservar las propiedades aromáticas del producto inicial, así como su forma y volumen.

- Evita la descomposición producida por otros procesos de desecación en productos sensibles a las altas temperaturas.

- El producto se puede prehidratar sin perder gran parte de sus propiedades.

Desventajas

- Necesita mucho mas tiempo de procesado que otros procesos utilizados para la desecación.

- Precisa de un alto consumo energético.

- Encarece considerablemente el precio del producto, por lo que este proceso suele ser aplicado a productos con un alto valor de mercado.

 

Bueno pues esto es todo, si veis alguna fallo o algo camentadlo para subirlo a la wiki.

Definición liofilización.

Para realizar una definición de liofilización, y dado que la mayoría de libros que tratan dicho tema, entran muy en profundidad a describirla, olvidandose así de dar una definición clara y concisa he decidido acudir a la Enciclopedia Larousse 2000, a la RAE y la la definición realizada en INGENIERIA QUIMICA: Introduccion a los procesos, las operaciones unitarias y los fenomenos de transporte. EDITORIAL REVELTÉ, S.A y aportada anteriormente en este mismo blog por Ale Durán. Aqui os las dejo y, a continuación propongo una definicón confeccionadas a partir de estas tres para colgarrla en la wiki:
- Larousse 2000: Eliminación del agua de un producto por congelación rápida seguida de una sublimación del hielo formado, hasta su completa desecación.

- RAE: Acción y efecto de liofilizar, entendiendo liofilizar como separar el agua de una sustancia, o de una disolución, mediante congelación y posterior sublimación a presión reducida del hielo formado, para dar lugar a un material esponjoso que se disuelve posteriormente con facilidad. Se utiliza en la deshidratación de los alimentos, materiales biológicos y otros productos sensibles al calor.

- Introduccion a los procesos, las operaciones unitarias y los fenomenos de transporte. EDITORIAL REVELTÉ, S.A: Liofilización o criodeshidratación es una peculiar modalidad de secado, que consiste en la eliminación del agua de un sólido por sublimación de la misma. Debe trabajarse por debajo del punto triple del agua, el cuál presenta las siguientes condiciones: 273,16 K exactamente y 6,105 kPa; es decir, siendo el punto fijo fundamental del Sistema Internacional de Unidades (S.I.), pasando el agua previamente congelada del sólido directamente a vapor.

- Definición propuesta:  La liofilización es una técnica de secado que consiste en separar agua de un determinado producto mediante congelación rápida y posterior sublimación del hielo formado a presión reducida. Para ello debe trabajarse por debajo del punto triple del agua (273.16 K y 6.105 kPa). El resultado obtenido será un material esponjoso fácilmente soluble. Este proceso es muy utilizado en la deshidratación de alimentos, medicamentos, materiales biológicos y otros productos sensibles al calor.

Espero vuestros comentarios.

Sintesis y completacion final de la absorción

Absorción:

Definición: Es una operación unitaria regida por transferencias de materia que consiste en poner en contacto un gas con líquido con el objetivo de que en él se disuelva alguno de los componentes del gas.

Un ejemplo es la absorción de amoniaco (A) del aire (B) por medio de agua líquida (C). En general, la solución amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro.

Elección del disolvente

Si el propósito principal de la operación de absorción es producir una solución específica, el disolvente es especificado por la naturaleza del producto. Si el propósito principal es eliminar algún componente del gas, casi siempre existe la posibilidad de elección. Por supuesto, el agua es el disolvente más barato y más completo, pero debe darse considerable importancia a las siguientes propiedades:

1. Solubilidad del gas. La solubilidad del gas debe ser elevada, a fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza química similar a la del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Para los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas es la misma, en fracciones mol, para todos los disolventes. Sin embargo, es mayor, en fracciones peso, para los disolventes de bajo peso molecular y deben utilizarse pesos menores de estos disolventes. Con frecuencia, la reacción química del disolvente con el soluto produce una solubilidad elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente para volverlo a utilizar, la reacción debe ser reversible.

2. Volatilidad. El disolvente debe tener una presión baja de vapor, puesto que el gas saliente en una operación de absorción generalmente está saturado con el disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. Si es necesario, puede utilizarse un líquido menos volátil para recuperar la parte evaporada del primer disolvente.

3. Corrosión. Los materiales de construcción que se necesitan para el equipo no deben ser raros o costosos.

4. Costo. El disolvente debe ser barato, de forma que las pérdidas no sean costosas, y debe obtenerse fácilmente.

5. Viscosidad. Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la absorción, mejores características en la inundación de las torres de absorción, bajas caídas de presión en el bombeo y buenas características de transferencia de calor.

6. Misceláneos. Si es posible, el disolvente no debe ser tóxico, ni inflamable, debe ser estable químicamente y tener un punto bajo de congelamiento.

Dispositivos de Absorcion:

Para que el contacto entre el líquido y el vapor en la absorción y en la destilación sea eficiente, muchas veces se usan torres de artesas o platos. El tipo más común de dispositivo de contacto es el de platos perforados.

1. Plato perforado. En la absorción de gas y en la destilación se utiliza esencialmente el mismo tipo de plato perforado. En éste, el vapor burbujea hacia arriba por los hoyos sencillos del plato a través del líquido que fluye. Los hoyos tienen tamaños que fluctúan entre los 3 y los 12 mm de diámetro, y es el de 5 mm un tamaño común. El área de vapor de los hoyos varía entre el 5 y el 15% del área del plato. El líquido se conserva sobre la superficie del plato, y no puede fluir de nuevo hacia abajo por los hoyos porque se lo impide la energía cinética del gas o vapor. La profundidad del líquido sobre el plato se mantiene por medio de un vertedero de salida con sobre flujo. El líquido de sobre flujo fluye por la canilla inferior hacia el siguiente plato, inferior.

2.  Plato de válvulas. Una modificación del plato perforado es el plato de válvula que consiste en aberturas en el plato y una cubierta de válvulas con movimiento vertical para cada abertura, que proporciona un área abierta variable; ésta debe su variabilidad al flujo de vapor que inhibe la fuga del líquido por la abertura abajas tasas de vapor. Por lo tanto, este tipo de plato opera a un intervalo mayor de tasas de flujo que el plato perforado, con un costo sólo un 20% mayor que el del plato perforado. En la actualidad, el plato de válvulas se utiliza cada vez más.

3.  Plato de capuchones. Los platos de capuchones, se han usado por más de 100 años, pero desde 1950 generalmente se les remplaza por platos perforados o de válvula, ya que su costo es casi el doble que el de los platos perforados. En el plato de capuchones, el vapor o gas se eleva a través de las aberturas del plato hacia el interior de los capuchones. Después el gas fluye por las ranuras y la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen hacia arriba por el líquido que fluye.

4. Torres empacadas para absorción y destilación. Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y también para el contacto de un vapor y un líquido en la destilación. La torre consiste en una columna cilíndrica que contiene una entrada de gas y un espacio de distribución en el fondo, una entrada de líquido y un dispositivo de distribución en la parte superior, una salida de gas en la parte superior, una salida de líquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra en el espacio de distribución que está debajo de la sección empacada y se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno, así se pone en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas aberturas. El empaque proporciona una extensa área de contacto íntimo entre el gas y el líquido.

Desorción o stripping:

En muchos casos se absorbe un soluto a partir de una mezcla gaseosa, y se absorbe después del liquido para recuperar el soluto en una forma más concentrada y regenerar la disolución absorbente. Con el fin de favorecer las condiciones de la desorción se aumenta o se reduce la presión total, o bien se realizan ambas modificaciones simultáneamente. Si la absorción se realiza a alta presión, a veces se puede recuperar una gran fracción del soluto simplemente efectuando un flash hasta presión atmosférica.

Absorción con reacción química

Muchos procesos industriales de absorción van acompañados de una reacción química. Es especialmente común la reacción en el líquido del componente absorbido y de un reactivo en el líquido absorbente. Algunas veces, tanto el reactivo como el producto de la reacción son solubles.

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/industrial/ap07_operaciones_unitarias.php

Procesos de transporte y operaciones unitarias (Geankoplis)

Operraciones unitarias de la ingeniería química (Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott)

Liofilización

Es un proceso utilizado para la eliminación del agua mediante desecación al vacío y a muy bajas temperaturas, es utilizado principalmente en la industria alimentaria y farmacéutica.

La liofilización es un proceso en el que se congela el alimento y una vez congelado se introduce en una cámara de vacío para que se separe el agua por sublimación. De esta manera se elimina el agua desde el estado sólido del alimento al gaseoso del ambiente sin pasar por el estado líquido. Para acelerar el proceso se utilizan ciclos de congelación-sublimación con los que se consigue eliminar prácticamente la totalidad del agua libre contenida en el producto original. Es empleado principalmente en productos de una mayor calidad, ya que al no emplear calor, evita en gran medida las pérdidas nutricionales y organolépticas.

Como todas las operaciones unitarias vista hasta el momento tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Estos son:

Ventajas:

• Se obtienen productos de redisolución rápida

• La forma y características del producto final son esencialmente las originales

• Proceso idóneo para sustancias termolábiles

• Pérdida mínima de constituyentes volátiles

• Contenido muy bajo de humedad final

• Compatible con la elaboración en medio aséptico

• Los constituyentes oxidables están protegidos

Inconvenientes:

• Alto coste de instalaciones y equipos

• Elevado gasto energético

• Operación de larga duración

Absorción

La adsorción es una operación de transporte de materia que se basa en la concentración de determinadas sustancias en la superficie de un sólido, conocido como adsorbente. La sustancia adsorbida, adsorbato, queda retenida en la superficie del sólido, de esta forma se consigue una separación que por rectificación no se podría alcanzar.

Los adsorbentes son, en la mayoría de los casos, sólidos muy porosos capaces de retener en la superficie de sus poros la mayor cantidad de adsorbato. Debemos tener en cuenta siempre la capacidad del sólido utilizado como adsorbente, cantidad de adsorbato capaz de retener, y la selectividad, es decir, la relación entre los distintos adsorbatos retenidos por el sólido.

La operación de adsorción consiste en hacer pasar una mezcla binaria liquida o gaseosa a través de un lecho fijo de adsorbente. El sólido irá adsorbiendo en su primera capa soluto rápidamente, mientras que el resto de sólido quedará libre de adsorbato, siendo la concentración de soluto en el efluente prácticamente nula.

Poco a poco la zona de adsorción se irá desplazando a lo largo del lecho, de forma que al cabo de un periodo de tiempo la zona inferior del lecho se encuentra saturada de soluto, pero la concentración de adsorbato en el efluente se mantiene prácticamente nula. De esta forma podemos distinguir tres zonas en el lecho de adsorción.

1  )  Zona activa, donde aún no se ha retenido nada de adsorbato.

2 ) Zona de adsorción, donde se está produciendo la transferencia de materia.

3 ) Zona de saturada, zona donde el adsorbente se encuentra saturado de adsorbato.

Conforme transcurre la operación la zona de adsorción alcanza el final del lecho, por tanto comenzará a salir soluto por el efluente, se dice entonces que se ha alcanzado el punto de ruptura, en este momento la concentración de adsorbato en el efluente aumenta rápidamente hasta alcanzar la concentración de entrada, diremos que el lecho se encuentra saturado. La curva de ruptura refleja la variación de la concentración de adsorbato en el efluente entre w₀, concentración de entrada, y w_a, concentración una vez saturado el lecho. El punto de ruptura y la curva de ruptura se deben determinar experimentalmente para cada sistema y son imprescindibles para el diseño de nuevos procesos de adsorción. El punto de ruptura nos marcará el tiempo máximo de operación (t_t) y la cantidad de soluto retenido por el lecho, es decir la eficacia del mismo.

Filtración

La filtración es una técnica, proceso tecnológico u operación unitaria de separación, por la cual se hace pasar una mezcla de sólidos y fluidos, gas o líquido, a través de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene de la mayor parte de él o de los componentes sólidos de la mezcla.

Clasificación:

El patrón de clasificación de los procesos de filtración es diverso, y según obras de referencia, se puede realizar en función de los siguientes criterios:

• el mecanismo de filtración
• la naturaleza de la mezcla
• la meta del proceso
• el ciclo operacional
• la fuerza impulsora

En general, estas categorías no se excluyen mutuamente y los procesos de filtración suelen clasificarse principalmente de acuerdo al mecanismo, a la fuerza, al ciclo y a continuación según los demás factores adicionales.

Medios filtrantes:

El medio filtrante es el elemento fundamental para la práctica de la filtración y su elección es habitualmente la consideración más importante para garantizar el funcionamiento del proceso.

En general, entre los principales criterios de selección del material de medio filtrante se pueden destacar:

• Compatibilidad y resistencia química con la mezcla
• Permeabilidad al fluido y resistencia a las presiones de filtración
• Capacidad en la retención de sólidos
• Adaptación al equipo de filtración y mantenimiento
• Relación vida útil y coste

La variedad de tipos de medios porosos utilizados como medios filtrantes es muy diversa.

Criterios de selección de equipos de filtración:

La selección de un equipo de filtración en general requiere un estudio de las especificaciones y objetivos del proceso junto con una evaluación de la capacidad y características del equipo de filtración en las que las consideraciones sobre el medio filtrante son importantes.

Los factores a considerar relativos del proceso que suelen citarse son:

• características fluidomecánicas y fisicoquímicas de la corriente de fluido a tratar o lechada
• capacidad de producción
• condiciones del proceso
• parámetros de funcionamiento
• materiales de construcción

Por su parte, los criterios del equipo de filtración a estudiar suelen ser:

• tipo de ciclo: continuo o por lotes
• fuerza de impulsión
• caudales admisibles
• calidad de la separación
• fiabilidad y mantenimiento
• materiales de contrucción y dimensiones
• coste

En la estimación de costes, con frecuencia se consideran:

• coste de adquisición del equipo
• costes de instalación y puesta en marcha incluyendo acondicionamiento del fluido o tratamientos previos requeridos
• costes de operación: mano de obra, electricidad, consumo de fluidos auxiliares
• coste de mantenimiento: mano de obra de sustitución de medios filtrantes consumibles, piezas de recambio, tiempos de parada
• vida del equipo
• coste del medio filtrante consumible.

La complejidad de factores a considerar y la contradicción que pueden causar algunos de ellos, han llevado a autores proponer tablas de ayuda a la decisión.

Balance de masas:

Tiene una doble finalidad, la primera seria que permite determinar la distribución de los depósitos en el medio filtrante en función de la posición y del tiempo. Y la segunda sería que el balance de masas conduce a una expresión que hace posible conocer la cantidad de sólidos removidos por unidad de volumen del medio filtrante. Así pues una formula muy usual para la variación de la concentración de la suspensión sería:

ΔC = (C – C )     ;  Donde:

ΔC = Variación de la concentración de partículas (volumen de partículas suspendidas por volumen de suspensión).

C1 = Concentración de partículas suspendidas en el afluente (L3/L3).

C2 = Concentración de partículas suspendidas en el efluente (L3/L3).

Absorción

Cuando las dos fases en contacto son gas y un liquido, la operación unitaria se denomina absorción. un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida. Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia del soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un liquido C, también en reposo. Un ejemplo es la absorción de amoniaco A del aire B por medio de agua líquida C. En general, la solución amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro. Otro ejemplo es la absorción de dióxido de azufre de gases de combustión en soluciones alcalinas. en la hidrogenación de aceites comestibles en la industria alimenticia, se hace burbujear hidrógeno gaseoso en el aceite para absorberlo en el mismo; entonces el hidrogeno en solución reacciona con el aceite en presencia de un catalizador. Al proceso inverso de la absorción se le denomina empobrecimiento o desorción.

Para que el contacto entre el líquido y el vapor en la absorción y en la destilación sea eficiente, muchas veces se usan torres de artesas o platos. El tipo más común de dispositivo de contacto es el de platos perforados,

1. Plato perforado. En la absorción de gas y en la destilación se utiliza esencialmente el mismo tipo de plato perforado. En éste, el vapor burbujea hacia arriba por los hoyos sencillos del plato a través del líquido que fluye. Los hoyos tienen tamaños que fluctúan entre los 3 y los 12 mm de diámetro, y es el de 5 mm un tamaño común. El área de vapor de los hoyos varía entre el 5 y el 15% del área del plato. El líquido se conserva sobre la superficie del plato, y no puede fluir de nuevo hacia abajo por los hoyos porque se lo impide la energía cinética del gas o vapor. La profundidad del líquido sobre el plato se mantiene por medio de un vertedero de salida con sobre flujo. El líquido de sobre flujo fluye por la canilla inferior hacia el siguiente plato, inferior.

2.  Plato de válvulas. Una modificación del plato perforado es el plato de válvula que consiste en aberturas en el plato y una cubierta de válvulas con movimiento vertical para cada abertura, que proporciona un área abierta variable; ésta debe su variabilidad al flujo de vapor que inhibe la fuga del líquido por la abertura abajas tasas de vapor. Por lo tanto, este tipo de plato opera a un intervalo mayor de tasas de flujo que el plato perforado, con un costo sólo un 20% mayor que el del plato perforado. En la actualidad, el plato de válvulas se utiliza cada vez más.

3.  Plato de capuchones. Los platos de capuchones, se han usado por más de 100 años, pero desde 1950 generalmente se les remplaza por platos perforados o de válvula, ya que su costo es casi el doble que el de los platos perforados. En el plato de capuchones, el vapor o gas se eleva a través de las aberturas del plato hacia el interior de los capuchones. Después el gas fluye por las ranuras y la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen hacia arriba por el líquido que fluye.

4. Torres empacadas para absorción y destilación. Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y también para el contacto de un vapor y un líquido en la destilación. La torre consiste en una columna cilíndrica que contiene una entrada de gas y un espacio de distribución en el fondo, una entrada de líquido y un dispositivo de distribución en la parte superior, una salida de gas en la parte superior, una salida de líquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra en el espacio de distribución que está debajo de la sección empacada y se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno, así se pone en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas aberturas. El empaque proporciona una extensa área de contacto íntimo entre el gas y el líquido.

Fuente : Procesos de transporte y operaciones unitarias (Geankoplis)

Filtración

En la filtración, las partículas suspendidas en un fluido, ya sea líquido o gas, se separan mecánica o físicamente usando un medio poroso que retiene las partículas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin sólidos. Las filtraciones comerciales cubren una amplia gama de aplicaciones. El fluido puede ser un gas o un líquido. Las partículas sólidas suspendidas pueden ser muy finas (del orden de micrómetros) o bastante grandes, muy rígidas o plásticas, esféricas o de forma muy irregular, agregados o partículas individuales. El producto valioso puede ser el filtrado sin sólidos o la torta sólida. En algunos casos, se requiere una eliminación completa de las partículas sólidas y en otros, basta con una eliminación parcial. La alimentación o suspensión de entrada puede contener una gran carga de partículas sólidas o una proporción baja. Cuando la concentración es mínima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante. Debido a la gran diversidad de problemas de filtración, se ha desarrollado un enorme número de equipos de filtración. El equipo industrial de filtración difiere del de laboratorio únicamente en lo que respecta a la cantidad de materia que se maneja y en la necesidad de operar a costos bajos. El flujo del líquido a través de la tela o papel filtro se produce debido al vacío en el extremo de salida. La suspensión consta del líquido y las partículas suspendidas. Las pequeñas aberturas de los poros de la tela bloquean el paso de las partículas. Se usa un soporte con orificios bastante grandes, sobre el cual se apoya la tela filtrante .Las partículas sólidas se acumulan en forma de una torta de filtrado a medida que se verifica el proceso. Esta torta también actúan como filtro de las partículas suspendidas. La resistencia al flujo aumenta a medida que la torta crece.

 Tipos de equipos de filtración

 Clasificación de los filtros. Existen diversos métodos para clasificar los equipos de filtración y no es posible establecer un sistema simple que incluya a todos ellos. En una de las agrupaciones, los filtros se clasifican dependiendo de que la torta de filtrado sea el producto deseado o bien el líquido transparente. En cualquier caso, la suspensión puede tener un porcentaje de sólidos relativamente alto, lo que conduce a la formación de una torta, o a tener muy pocas partículas en suspensión.

     1. Lecho de filtración. El tipo más sencillo de filtro es el de lecho de filtración. Este tipo es útil principalmente en casos en los que pequeñas cantidades relativas de sólidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el líquido. Con frecuencia, las. capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que actúa como el medio de filtración real. El agua se introduce en la parte alta del lecho sobre un deflector que dispersa el agua. El líquido clarificado se extrae de la parte inferior.

     2. Filtros prensa de placas y marcos. Estos filtros consisten de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas, Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. La suspensión de alimentación se bombea en la prensa y fluye a través del conducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de manera que va llenando los espacios vacíos. El filtrado fluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a través de los canales y hacia el exterior, mientras los sólidos se acumulan como torta en los marcos.

     3. Filtros de hojas. El filtro prensa es útil para muchos propósitos pero no es económico para el manejo de grandes cantidades de lodos, ni para el lavado eficiente con cantidades pequeñas de agua. El agua de lavado suele formar canales en las tortas y se requieren grandes volúmenes de líquido.

     4. Filtros rotatorios continuos. Los filtros de placas y marcos y los de hojas tienen las desventajas típicas de los procesos intermitentes y no se pueden usar para procesos de gran capacidad. Existen varios filtros de tipo continuo disponibles, los cuales se analizan en seguida.

          a) Filtro rotatorio continuo de tambor al vacío. El tambor cilíndrico se recubre de un medio filtrante adecuado, se hace girar, y una válvula automática en el centro sirve para activar las funciones de filtrado, secado, lavado y descarga de la torta del ciclo de operación. El filtrado sale por el eje del filtro

          b) Filtro de disco rotatorio continuo. Este filtro consta de discos verticales concéntricos montados en un eje horizontal rotatorio. El filtro opera con el mismo principio que el filtro rotatorio de tambor al vacío. Todos los discos están huecos y cubiertos con un filtro de tela que se sumerge parcialmente en la suspensión. La torta se lava, se seca y se descarga raspándola cuando el disco está en la sección superior de su rotación. El lavado es menos eficiente que con el filtro de tambor rotatorio.

          c) Filtro horizontal rotatorio continuo. Éste es un filtro al vacío cuya superficie filtradora anular rotatoria está dividida en sectores. Conforme el filtro horizontal gira recibe suspensión, luego se lava, se seca y se le quita la torta. La eficiencia del lavado es mejor que con el filtro de disco rotatorio. Se usa mucho en procesos de extracción de minerales, lavado de pulpas y otros procesos de gran capacidad.

Fuente : Procesos de transporte y operaciones unitarias (Geankoplis)

Liofilización

liofilización o criodeshidratación es una peculiar modalidad de secado, que consiste en la eliminación del agua de un sólido por sublimación de la misma. Debe trabajarse por debajo del punto triple del agua, el cuál presenta las siguientes condiciones:       273,16 K exactamente y 6,105 kPa; es decir, siendo el punto fijo fundamental del Sistema Internacional de Unidades (S.I.), pasando el agua previamente congelada del sólido directamente a vapor.
Las ventajas que presenta este procedimiento de secado en la industria de la alimentación, preparación de fármacos y medicinas son:
-La congelación provoca la detención de los fenómenos bioquímicos.
-El vacio o la presencia de inertes y las bajas temperaturas evitan la alteración de las propiedades bioquímicas, fisiológicas o terapéuticas.
-Se conservan gran cantidad de aromas y se mantiene el volumen inicial del sólido, originando con ello una gran porosidad y fácil solubilidad de los productos finales.

Un ejemplo de producto liofilizado muy común es el café soluble. La liofilización se lleva acabo normalmente a alto vacio y a temperaturas por debajo del punto de fusión del agua. El calor de sublimación es suministrado por conducción o radiación con placas planas calientes situadas entre las bandejas que contienen el material a liofilizar. El vapor de agua se hace condesar en forma de hielo sobre un serpentín refrigerador. Esta operación es normalmente discontinua.

Fuente: INGENIERIA QUIMICA: Introduccion a los procesos, las operaciones unitarias y los fenomenos de transporte. EDITORIAL REVELTÉ, S.A

Operaciones unitarias

OPERACIONES UNITARIAS
EL CONCEPTO DE PROCESOS UNITARIO Y OPERACIONES UNITARIAS

Una estructura lógica usada para sintetizar y analizar los diagramas de flujo en las industrias químicas y conexas, en las cuales el concepto básico subyacente es que todos los esquemas del proceso pueden estar compuestos y pueden descomponerse en una serie de unidades individuales, o pasos. Si un paso involucra un cambio químico, se llama un proceso unitario; si el cambio es físico, una operación unitaria.

Operaciones unitarias químicas

Una operación unitaria puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que forman parte del proceso. Por ejemplo, la producción de pulpa o el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso de elaboración de productos químicos.

Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se Ilevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente secuencia:

1.- Materias Primas

2.- Operaciones físicas de acondicionamiento

3.- Reacciones químicas

4.- Operaciones físicas de separación

5.- Productos

Cada una de estas operaciones es una operación unitaria. Este concepto fue introducido en 1915 por el profesor Little, del Massachussets Institute of. Technology (M.I.T). La definición dada entonces, fue la siguiente: “… todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran Ilamarse OPERACIONES UNITARIAS, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación… El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado.”

Fuente:http://laboratorio-sandra.blogspot.com/2008/05/operaciones-unitarias.html