En el siglo xxi, las separaciones siguen siendo tan importantes, o más, que durante el siglo pasado. El de nuevas industrias, como la biotecnología y la nanotecnología, y la mayor importancia de eliminar huellas de compuestos han llevado a las separaciones al primer plano. Los químicos deben entender y diseñar nuevos procesos de separación, como separaciones con membranas, adsorción y cromatografía, además de las separaciones normales con etapas de equilibrio, como destilación, absorción y extracción. Dado que ahora se incluyen las separaciones en membrana, adsorción, cromatografía e intercambio iónico, he cambiado el título de esta segunda edición, de Separaciones con etapas de equilibrio (Equilibrium Staged Separations) a Ingeniería de procesos de separación (Separation Process Engineering) para reflejar esta más amplia.
Para satisfacer esta demanda de nuevas
separaciones, he agregado dos capítulos al libro. El nuevo capítulo 16,
en separaciones con membranas incluye permeación (es decir,
o infiltración) de gas, osmosis inversa, ultrafiltración y
pervaporación. Como ejemplos del uso de estos métodos de separación con
membrana están la purificación de hidrógeno y dióxido de carbono,
purificación de agua, procesos farmacéuticos y purificación del etanol,
respectivamente. El nuevo capítulo 17 es una extensa introducción a la
adsorción, cromatografía e intercambio iónico. Esas separaciones se
suelen usar para procesar sustancias químicas y farmacéuticas de alta
calidad. También, la adsorción y el intercambio iónico se usan con
para tratamiento de agua. Aunque ni las separaciones con membrana ni
por adsorción se suelen hacer trabajar en forma de separaciones con
etapas de equilibrio, es sorprendente que tengan muchas conexiones con
los procesos con etapas de equilibrio.
Es inevitable que la segunda edición sea
más larga que la primera. He tratado de evitar esto eliminando algo del
material original y combinando algunos capítulos. El material acerca
del equilibrio (el anterior capítulo 2) se reparte ahora en el texto, por lo que se presenta de manera “justo a tiempo” (a medida que se necesita). Los capítulos 5 y 6 , sobre el método de McCabe-Thiele para analizar la destilación binaria, se han combinado en uno ,
el nuevo capítulo 4. El método de McCabe-Thiele se sigue usando como
medio de visualiza-ción y guía para localizar problemas, aunque ya no se
usa en E.U.A., para diseños detallados. Se conservaron tres capítulos
sobre destilación de varios componentes (los nuevos capítulos 5 a 7),
pero en forma simplificada. El alcance del capítulo sobre destilación
compleja (el nuevo
XV capítulo 8) se ha ampliado para reflejar los avances en la comprensión de la destilación extractiva y azeotrópica. También se ha ampliado la exposición de la destilación intermitente (el nuevo capítulo 9).
XV capítulo 8) se ha ampliado para reflejar los avances en la comprensión de la destilación extractiva y azeotrópica. También se ha ampliado la exposición de la destilación intermitente (el nuevo capítulo 9).
Los dos capítulos originales sobre
diseño de columnas se han combinado en el nuevo capítulo 10. La
información económica (del anterior capítulo 14) se ha condensado,
porque en general se enseña en las clases de diseño. Sin embargo, el
material sobre conservación de energía y secuenciación de las columnas
de destilación de ese capítulo, se ha ampliado, para abarcar algunos de
los avances en destilación compleja, en el nuevo capítulo 11. Los
capítulos 16 y 17 anteriores se han combinado en el nuevo capítulo 13,
usando el método de McCabe-Thiele y la ecuación de Kremser para
extracción inmiscible, lavado, lixiviado y extracción supercrítica. La
sección sobre humidificación se ha eliminado del capítulo 19 (el nuevo
capítulo 15), porque parecía fuera de lugar.
Todos los capítulos incluyen una gran
cantidad de problemas para resolver fuera del aula de clases, que
surgieron a medida que continuaba la enseñanza de la materia en la
Purdue University; también se han agregado varios problemas de
simulación.
En vista de que hoy los simuladores de
proceso se usan mucho en la práctica comercial, he incluido en todo el
texto ejemplos y problemas de tarea sobre simulación de procesos. Hoy
enseño el curso de separaciones, de tres créditos, para principiantes,
en Purdue, en dos clases y dos horas de laboratorio de cómputo por
semana. En el laboratorio de cómputo se incluye una prueba para evaluar
la capacidad de los alumnos para usar el simulador. Aunque yo uso Aspen
Plus como simulador, se puede usar cualquier simulador de procesos. Los
nuevos capítulos 2,6, 8,12 y 14 tienen apéndices que presentan
instrucciones para manejar Aspen Plus. El apéndice del capítulo 16 tiene
hojas de cálculo , con programas de
para permeación de gas en flujo cruzado, concurrente y a
contracorriente. Opté por usar hojas de cálculo en lugar de un programa
matemático de mayor nivel, porque las hojas de cálculo se consiguen en
todas partes. El apéndice del capítulo 17 contiene breves instrucciones
para manejar el simulador comercial Aspen Chromatography; es posible
solicitar hojas de instrucciones más detalladas al autor, en el correo
electrónico wankat@ecn.purdue.edu.
El material de la segunda edición ha
sido probado ampliamente en el curso de separaciones para principiantes
en la Universidad Purdue. Aunque enseño el material a nivel de
principiantes, los capítulos 1 a 14 deben ser para intermedios, y todo
el material es adecuado para los niveles superiores. La segunda edición
es demasiado larga para cubrirse en un semestre, pero es posible
cubrirla por completo, con simulaciones en computadora, en dos
semestres. Muchas escuelas, como Purdue, asignan un solo curso semestral
de tres créditos para este material. Como es demasiado material, en
este caso deben seleccionarse los temas.
Contenido:
Prefacio
Agradecimientos
Acerca del autor
Nomenclatura
Capítulo 1: Introducción a la ingeniería de procesos de separación
Capítulo 2: Destilación instantánea
Capítulo 3: Introducción a la destilación en columna
Capítulo 4: Destilación de columna: Balances internos, etapa por etapa
Capítulo 5: Introducción a la destilación con varios componentes
Capítulo 6: Procedimientos de cálculo exacto para destilación con varios componentes
Capítulo 7: Métodos abreviados aproximados para destilación con varios componentes
Capítulo 8: Introducción a los métodos de destilación compleja
Capítulo 9: Destilación intermitente
Capítulo 10: Diseño de columnas de platos y empacadas
Capítulo 11: Economía y conservación de energía en la destilación
Capítulo 12: Absorción y arrastre
Capítulo 13: Extracción inmiscible, lavada, lixiviación y extracción supercrítica
Capítulo 14: Extracción de sistemas parcialmente miscibles
Capítulo 15: Análisis de transferencia de masa
Capítulo 16: Introducción a los procesos de separación con membrana
Capítulo 17: Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico
Agradecimientos
Acerca del autor
Nomenclatura
Capítulo 1: Introducción a la ingeniería de procesos de separación
Capítulo 2: Destilación instantánea
Capítulo 3: Introducción a la destilación en columna
Capítulo 4: Destilación de columna: Balances internos, etapa por etapa
Capítulo 5: Introducción a la destilación con varios componentes
Capítulo 6: Procedimientos de cálculo exacto para destilación con varios componentes
Capítulo 7: Métodos abreviados aproximados para destilación con varios componentes
Capítulo 8: Introducción a los métodos de destilación compleja
Capítulo 9: Destilación intermitente
Capítulo 10: Diseño de columnas de platos y empacadas
Capítulo 11: Economía y conservación de energía en la destilación
Capítulo 12: Absorción y arrastre
Capítulo 13: Extracción inmiscible, lavada, lixiviación y extracción supercrítica
Capítulo 14: Extracción de sistemas parcialmente miscibles
Capítulo 15: Análisis de transferencia de masa
Capítulo 16: Introducción a los procesos de separación con membrana
Capítulo 17: Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico
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