Operaciones difusionales
Acondicionar Operaciones Separar Biológicas
Materia Prima
Producto
Operaciones Transformar físicas
Variables de control
Variables de respuesta
Reacciones químicas Variables fijas
Materia Almacenamiento
Variables incontrolables
Energía
Transporte
Muestreo
Operaciones con sólidos • • • • • • • • •
Homogenizaciones (mezclado, muestreo) Transporte (cortas y medianas distancias) Almacenamiento Aglutinamiento Moldeado Estiramiento Esculpido Reducción de tamaño (trituraciones y moliendas) Separaciones físicas de compuestos (magnéticas, electrostáticas, estríos electrónicos, gravimétricos, flotación espumante, granulométricas) • Separaciones químicas de compuestos (ataques químicos) • Separaciones sólido – líquido (sedimentación, filtración, centrifugación)
Operaciones con sólidos • • • • • • • • •
Homogenizaciones (mezclado, muestreo) Transporte (cortas y medianas distancias) Almacenamiento Aglutinamiento Moldeado Estiramiento Esculpido Reducción de tamaño (trituraciones y moliendas) Separaciones físicas de compuestos (magnéticas, electrostáticas, estríos electrónicos, gravimétricos, flotación espumante, granulométricas) • Separaciones químicas de compuestos (ataques químicos) • Separaciones sólido – líquido (sedimentación, filtración, centrifugación)
Características de los sólidos
s a c i s í f s e d a d e i p o r P
• • • • • • • • • • •
(Cristalinidad y reactividad) Dureza Fractura Peso Específico Exfoliación Tenacidad (frágil, maleable, elástico, plástico, dúctil, séctil) Ópticas (color, índice de refracción, rayado, brillo, Birrefringencia Luminiscencia (fosforescencia y fluorescencia) Conductividad (eléctrica y térmica) Electricidad (piroelectricidad, piezoelectricidad, frotación, electrostáticos) Magnetismo (ferro, Magnetismo (ferro, para y diamagnéticos)
Dureza Mohs Mineral
Comportamiento
Rosiwal
Vicker
1
Talco
La uña lo desmenuza
0.03
20
2
Yeso
Se raya con la uña
1.25
70
3
Calcita
Se raya con lata de cobre
4.5
110
4
Fluorita
Se raya fácilmente con navaja
5
180
6.5
500
5 Apatito
Se raya con dificultad con navaja
6
Ortosa (Feldespato) Se raya con lima de acero
37
700
7
Cuarzo
Raya vidrios
120
1300
8
Topacio
Raya el cuarzo
175
1600
9
Corindon
Raya el topacio
1000
2000
140000
8000
10 Diamante
Solo otro diamante lo raya
Dureza 10 9 8
Vicker
7
Rosival
6 5 4 3 2 1 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
• • • • • •
Térmicas (fundición y gasificación) Densidad (partícula y granel) Tamaño de partícula (área superficial) Forma macro (irregulares, planas, esféricas y agujas) Forma nanométrica (polimorfismo, amorfo, seudomorfo) Tensión interfacial (con fluidos)
Propiedades químicas • Enlaces (iónicos, covalentes, metálicos y Van Der Waals) • Radioactividad • Reactividad • Pureza (inclusiones, humedad, asociaciones, disoluciones sólidas) • Compuestos (orgánicos e inorgánicos)
Propiedades de las sustancias Enlace
Principio
Iónico
Transferencia electrónica Punto de ebullición y total de un átomo a otro fusión altos. Duros y frágiles. Tendencia incolora Transferencia parcial de Punto de fusión alta. electrones, comparten Dureza media a alta electrones Enlace covalente entre Generalmente puntos de átomos de la misma ebullición y fusión altos. especie Conductores de calor y electricidad Débil atracción Puntos de fusión y electrónica entre ebullición bajos. Fuerzas moléculas (polaridades) de Van der Waals, puentes de hidrógeno
Covalente
Metálico
Fuerzas intermoleculares
Propiedades
Carbonatos
AZURITA
CALCITA
DOLOMITA
MALAQUITA
Elementos Nativos
AZUFRE
COBRE
DIAMANTE
ORO
GRAFITO
PLATA
PLATINO
Fosfatos APATITO
TURQUESA
Haluros
FLUORITA
HALITA
SILVINA
CORINDÓN
Óxidos
HEMATITES
ILMENITA
MAGNETIT
CROMITA
ANHIDRITA
Sulfatos BARITINA
YESO
Sulfuros
BORNITA
ESFALERITA
CALCOPIRITA
GALENA
CINABRIO
PIRITA
Silicatos
AUGITA
BIOTITA
OLIVINO
MOSCOVITA
ORTOSA
12. Estructura de la pared celular en materiales lignocelulósicos • Celulosa: 40-60% • Hemicelulosa:1020%
C3 C2
• Pectina:0.5-4%
C1 Laminilla media
• Lignina:5-20%
• Proteína:2 al 10% • Lípidos • Clorofilas, pigmetos, GRUBIOC
Material vegetal
porosidad Porosidad
VolumenEspaciosVacio s VolumenTot al VolumenTot al VolumenOcu padoParticulas VolumenTot al
m p VolumenOcu padoParticulas 1 Porosidad 1 m VolumenTot al g Porosidad 1
V T mT
V i mT
g p
mi i
mT
xi i
1 M
M
1 xi i
Muestreo (ensayos de investigación y/o caracterización) Fases, naturaleza del compuesto, homogeneidad, zonas diferentes, otras variables. Sólidos→Cuarteos sucesivos Líquidos→Mezcla Gases →Directo Cantidad de muestra obtener y representatibidad n
Np(1 p) N 2 p(1 p)
Indice de mezclado Pastas y masas plásticas
N 1 1
I
N
x x i 1
n
x
s
i 1
j
x i 1 i
x i 1
x
N 1
2
N
2
N
N
N 1 1
I
Material granulado
2 i
j
x
DiámetroMedioHidrául ico 2 r H
Area perímetro
DiámetroMedioMasa Dw
mojado
n
x D i
pi
i 1 n
( N D i
DiámetroMedioAritmét ico
i 1
N T
pi
)
Forma y superficie promedio de las partículas
6v p D p S p
esfera
6 * 4 r 3 / 3 2
2r 4 r
1
v p aD p3 a factorVolu métricoDeF orma N
A
6m
D p p
m
N w
p v p
Aw
n
i 1
6
D p p
xi p a D
3 pi
Retención de líquidos en lechos sólidos Z
ZD
So
S pr
1
Z Z D S 0 Z
Z D Z
Retención de líquidos en lechos sólidos
Z D K L g g g c So
0.275 g c / g
K / g L /
0.02 0.075
K L g
0.0018 0.02 K L g g g c g g c
2
K
0.5
d p 3 g 150(1 )
2
d p
6(1 ) a p
G
K L pg L Zg c
Transporte (distancias, características de la materia prima, zonas viales, topografía del terreno, características del lugar, etc)
• • • • •
Cochadas Cangilones Neumática Bandas transportadoras Otros
Diferencia flujo entre lechos líquidos y de sólidos granulares • La presión transmitida no es la misma en todas las direcciones • Siempre la presión transmitida es menor que la aplicada • Los esfuerzos cortantes aplicados se transmiten en el sólido hasta antes de la ruptura • La ρ a granel cambia con el empaquetamiento • La ρ prácticamente no cambia con la P ni con T • Los sólidos fluyen en fluidos o por gravedad según la cohesión
Presiones aplicadas a sólidos a granel
Círculos de esfuerzos de Mohr (Material no cohesivo)
P A-PN -----------2
αm
α
θ P A
P A+PN -------------2
PN
P
Esfuerzos en silos z
ZT
F A
dz F A+dF A
r
Pf
0
Flujo de sólidos p Don
*
m
(6.288tg m 23.16)( D p 1.889) 44.9 *
m flujoSolid os, lb / min Do abertura, pu lg D p diametroPa rticula , pu lg
Serie Tyler Malla
Abertura mm
3 4 6 8 10 14 20
6,680 4,699 3,327 2,362 1,651 1,168 0,833
Malla
28 35 48 65 100 150 200
Abertura mm
0,589 0,417 0,295 0,208 0,147 0,104 0,074
Análisis granulométricos (Diferencial y acumulativo, total y por compuestos)
• Serie Tyler (malla, √2, hilo=0,053mm, abertura=0.074mm malla 200) i
i
x a c i s á m n ó i c c r F
Log Dp
x a d a l u m u c a a c i s á m n ó i c c r F
Log Dp
Análisis granulométrico total Tamiz
mm
peso
fracción
Fracción acumulada
Análisis granulométrico por componente Malla
Abertm m
Peso total
Concent Peso ración compon ente
fracción Acumul ación
18
concentración
16
0.08
14
0.07
12
0.06
10
0.05
Diferencial total
8
0.04
Diferencial Metal
concentración 6
0.03
4
0.02
2
0.01
0
0 0
1
2
3
0
4
1
2
120 100 80 Acumulativo total Acumulado metal
60 40 20 0 0
1
2
3
4
3
4
Reducción de Tamaño (Compresión, Impacto, Rozamiento y corte) Equipo ideal: Gran capacidad, poco consumo de energía por producto, tamaño uniforme de partícula, 1000
Especiales Bolas
Barras Trituradoras
n o t / h w k100 a d i m u s10 n o C a í g r 1 e n E
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Tamaño de producto, mm
Cálculos básicos en equipos de molienda
Molino de bolas
Trituradora de rodillos
nc
1
g
2 R r n 65 80%nc
D p ,máx 0.04 R d
Trabajo realizado por el equipo de reducción de tamaño Eficacia
e s ( A pro ducto Aa lim entación) Energía Re cibidaSoli do
P 1 0.3162W i m D p
p ro du cto
(entre0.06 y1%)
1 D pa lim entación
P=kw (4/3 para húmeda) m=ton/h Dp=mm
Cribado (Equipos según partículas y movimiento) Eficiencia y capacidad (masa/(área*tiempo*Dmalla)) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
Diámetro de malla mm
0.1 0 0
1
2
3
4
5
Retenido (R) F Pasante (P)
X= fracción másica de granos con tamaños mayores al diámetro de la malla de la criba XF, XR, XP F=R+P
FXF=RXR+PXP
Eficiencia retenido=(RXR)/(FXF)
Simulación de molienda (Análisis granulométrico normalizado) Su=Función de velocidad de molienda ΔBn,u=Función de rotura (fracción retenida en n por la desintegrada en u
D2 S 1 D1
S 2
Fracción que se desintegra de u y que pasa malla n
dxn dt
Bn ,u n 1
D n D u
S n xn xu S u Bn,u u 1
Malla
Secuencia Dp mm
Fracción
Velocidad S*10000/s
4/6 6/8 8/10 10/14 14/20 20/28 28/35
1 2 3 4 5 6 7
0,0251 0,1250 0,3207 0,2570 0,1590 0,0538 0,0210
10 3,578 1,222 0,4326 0,1569 0,0554 0,0196
3,327 2,362 1,651 1,168 0,833 0,589 0,417
Valores de Bn,u Tamiz
1
1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
0,6407 0,4021 0,2564 0,1652 1 0,6277 0,4003 0,2579 1 0,6376 0,4109
6
7
0,1053 0,1643 0,2618
0,0672 0,1049 0,1671
Valores de ΔBn,u Tamiz
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7
0
0,3593 0
0,2386 0,3723 0
0,1457 0,2274 0,3624
0,0912 0,1424 0,2267
0,0599 0,0936 0,1491
0,0381 0,0594 0,0947
Variación de las fracciones con el tiempo Tiempo min
X1
0 0,5 1 2 10 30 90
0,0251 0,0243
X2
X3
X4
X5
X6
X7
0,1250 0,3207 0,1239 0,3202
0,2570 0,2575
0,1590 0,1596
0,0538 0,0542
0,0210 0,0213
0,0137
0,1042 0,3093
0,2659
0,1695
0,0619
0,0267
0
0,0197 0,1967
0,2832
0,2226
0,1097
0,0590
a c i s á m n ó i c c a r F
Tiempo
Separaciones Sólido-Líquido Decantación, Filtración, Centrifugación Concentración de sólidos, floculación, lotes y continuo, equipos, costos
Filtración
Concentración de sólidos (clarificación, formación de torta) Caída de presión (a presión, vacío, gravedad) Medio filtrante Continuo o lotes Pa dl
lt Pb
ΔP=Pa-Pb=ΔPc+ΔPm
t 1 ( k c / 2)V V q0 0,4
A Pg c K c 2
c
1 A Pg c qo Rm
0 ( p)
s
l m / s 0,2 V / t
150 V, L
300
Filtración en continuo
mc AT
[ 2c pg c fn / ( nR m ) 2 ]1 / 2 nR m
f t ft c n q
2
( r 22 r 12 )
2 (( mc / A L Aa ) Rm / A2 )
Aa ( r i r 2 ) b A L
2 b ( r 2 r i ) ln( r 2 / r i )
C i
CoZo
D (
Zi
m q 0 Co
4q 0 t u
CoZoA
Zo
) 0. 5
t u
Curva de sedimentación 50
40
30
20
10
Tiempo min 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Operaciones de separación de compuestos sólidos (Rendimiento, coeficiente de distribución y selectividad) Dureza alta; b) peso específico alto; c) estabilidad química (resistencia a la corrosión); d) sedimentación lenta y viscosidad tolerable; e) distribución granulométrica, tamaño y forma de los granos. Separación gravimétrica: principios, tipos (medios densos, mesa vibratoria o de sacudida, espirales, bateo, jip, canaletas). Granulometría10 mm a 1 mm. Yoduro de metileno (d=3,32); tetrabromoetano (d=2,96); bromoformo (d=2,89); pentacloroetano (d=1,67); tetracloruro de carbono (d=1,50).
f Facilidad , deConcentr acion l f p
(|1.25| a |2.5| interesante)
Separación magnética, electrostática, estrío electrónico y flotación
Flotación Principios: hidrófobocidad, hidrofílicas, potencial químico, microreacciones Variables: (concentraciones de colectores, depresores, modificadores, espumantes, Flujo de aire, relación de fases, granulometría, tipo de proceso, pH, tiempo,
SEPARACIÓN POR MEMBRANAS DIMENSION DE LAS PARTICULAS (m)
10 –6
MICROFILTRACION COLOIDES, CELULAS
10 –7
10
ULTRAFILTRACION MACROMOLECULAS, VIRUS
10 –9
OSMOSIS INVERSA SALES MINERALES
