En el siglo xxi, las separaciones siguen siendo tan importantes, o más, que durante el siglo pasado. El desarrollo 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 ingenieros 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 cobertura 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, penetración 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 frecuencia 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 todo el texto, por lo que se presenta de manera “justo a tiempo” (a medida que se necesita). Los capítulos 5 y 6 originales, sobre el método de McCabe-Thiele para analizar la destilación binaria, se han combinado en uno solo, 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).
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 Excel, con programas de Visual Basic 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
Ingeniería de procesos de separación, 2da Edición – Phillip C. Wankat
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