TALLER “SEPARACION DE MEZCLAS”

1112604-CRISTIAN JOSÉ ORDOÑEZ VERJEL

1112595-DAVID BUITRAGO DUQUE

1112691-HAROLD DUVAN AMADO PEÑARANDA

1112610-LEIDY VANESSA TARAZONA TOBO

1112629-RICARDO STIVEN ROMERO TORRES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

INGENIERIA CIVIL

QUIMICA

SAN JOSE DE CÚCUTA

2015

TALLER “SEPARACIÓN DE MEZCLAS”

1112604-CRISTIAN JOSÉ ORDOÑEZ VERJEL

1112595-DAVID BUITRAGO DUQUE

1112691-HAROLD DUVAN AMADO PEÑARANDA

1112610-LEIDY VANESSA TARAZONA TOBO

1112629-RICARDO STIVEN ROMERO TORRES

TRABAJO DE QUIMICA

PROF. ZAYDEÉ GONZALEZ

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

INGENIERIA CIVIL

QUIMICA

SAN JOSÉ DE CÚCUTA

2015

INTRODUCCIÓN

Este trabajo contiene los diferentes métodos de separación de mezclas que existen y su correcta utilización y aplicación, lo cual es importante ya que para poder separar una mezcla de manera correcta debemos conocer cuál es el método requerido y lo criterios que este maneja.

La separación de una mezcla es importante para los químicos y en muchas industrias, dado que la mayor parte de los materiales Salvo muy pocas excepciones, los elementos químicos o compuestos químicos se encuentran naturalmente en un estado impuro, tales como una mezcla de dos o más sustancias. Muchas veces surge la necesidad de separarlos en sus componentes individuales. Las aplicaciones de separación en el campo de la ingeniería química son muy importantes. Un buen ejemplo es el petróleo. El petróleo crudo es una mezcla de varios hidrocarburos y tiene valor en su forma natural. Sin embargo, la demanda es mayor para varios hidrocarburos purificados, tales como gas natural, gasolina, diésel, combustible de jet, aceite lubricante, asfalto, etc.

OBJETIVOS

Mostrar algunas técnicas de separación de los componentes de una mezcla

Aprender utilizar los distintos tipos de separación de mezclas.

Tener claro las diferencias que hay entre cada una de ellas.

adquirir los criterios necesarios para seleccionar una técnica específica con base en las propiedades físicas que exhiban los componentes de la mezcla.

Conocer las divisiones que tienen cada forma de separación de mezclas.

Entender la importancia que tienen estos procedimientos para la industria.

Contenido Pág.

INTRODUCCIÓN 3

OBJETIVOS 4

MEZCLAS 6

SEPARACION DE MEZCLAS 6

Destilación 6

Filtración 11

Cromatografía 14

Imantación 16

Decantación 17

Tamizado 18

Centrifugación 19

CONCLUSIONES 21

MEZCLAS

 Es un sistema material formado por dos o más componentes unidos, pero no combinados químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas.

SEPARACION DE MEZCLAS

Para poder estudiar los componentes de cada una de las sustancias que conforman una mezcla, es necesario realizar ciertos procedimientos, los cuales se deciden teniendo en cuenta la clase de mezcla que se quiere separar.

se pueden utilizar varios procesos para separar las mezclas. Muchas veces tienen que usarse dos o más procesos en combinación, para obtener la separación deseada. Además de los procesos químicos, también pueden aplicarse procesos mecánicos como los que se muestran a continuación:

Destilación

Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos miscibles y consiste en la evaporación y condensación sucesiva, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los líquidos, también se emplea para purificar un líquido eliminando sus impurezas.

En la industria, la destilación se efectúa por medio de alambiques, que constan de caldera o retorta, el refrigerante en forma de serpentín y el recolector; mediante este procedimiento se obtiene el agua destilada o bidestilada, usada en las ámpulas o ampolletas que se usan para preparar las suspensiones de los antibióticos, así como el agua destilada para las planchas de vapor; también de esta manera se obtiene la purificación del alcohol, la destilación del petróleo, etc.

Existen varios tipos de destilación como lo son:

Destilación fraccionada:

Se utiliza cuando la mezcla de productos líquidos que se pretende destilar contiene sustancias volátiles de diferentes puntos de ebullición con una diferencia entre ellos menor a 80 ºC.

Al calentar una mezcla de líquidos de diferentes presiones de vapor, el vapor se enriquece en el componente más volátil y esta propiedad se aprovecha para separar los diferentes compuestos líquidos mediante este tipo de destilación.

El rasgo más característico de este tipo de destilación es que necesita una columna de fraccionamiento.

Aplicación: La principal aplicación en el laboratorio es la separación de sustancias de puntos de ebullición próximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor importancia que cualquier otro, es la destilación fraccionada del petróleo o del gas natural.

Destilación por vapor:

La destilación por arrastre de vapor posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de punto de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura (siempre inferior a 100 ºC). Es una técnica de destilación muy útil para sustancias de punto de ebullición muy superior a 100 ºC y que descomponen antes o al alcanzar la temperatura de su punto de ebullición.

En una mezcla formada por dos líquidos inmiscibles, A y B, la presión de vapor total a una temperatura determinada es igual a la suma de las presiones de vapor que tendrían, a esta temperatura, ambos componentes sin mezclar, es decir, que cada componente ejerce su propia presión de vapor independientemente del otro (PT = PA + PB). La mezcla hervirá a aquella temperatura en la cual la presión de vapor total sea igual a la presión externa. Además esta temperatura se mantiene constante durante toda la destilación y es inferior a la de A y a la de B.

Aplicación: La destilación por arrastre con vapor se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales de tejidos vegetales. Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en diferentes industrias.

Destilación al vacío:

Otro método para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique. Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular.

Aplicación:

En la unidad de vacío se obtienen solo tres tipos de productos: Gas Oíl Ligero de vacío (GOL), Gas Oíl Pesado de vacío (GOP), Residuo de vacío.

La principal aplicación en el laboratorio es la separación de sustancias de puntos de ebullición próximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor importancia que cualquier otro, es la destilación fraccionada del petróleo o del gas natural.

Destilación molecular centrifuga:

Si una columna larga que contiene una mezcla de gases se cierra herméticamente y se coloca en posición vertical, se produce una separación parcial de los gases como resultado de la gravedad. En una centrifugadora de alta velocidad, o en un instrumento llamado vórtice, las fuerzas que separan los componentes más ligeros de los más pesados son miles de veces mayores que las de la gravedad, haciendo la separación más eficaz. Como por ejemplo la separación del hexafluoruro de uranio gaseoso, UF6, en moléculas que contienen dos isótopos diferentes del uranio, uranio 235 y uranio 238, puede ser llevada a cabo por medio de la destilación molecular centrífuga.

Aplicación:

La destilación molecular centrifuga es una técnica de depuración que tiene una amplia utilización en la industria química, procesamiento de alimentos, productos farmacéuticos y las industrias del petróleo, así como la industria de productos químicos especiales.

Destilación destructiva:

Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, descomponiéndose en varios productos valiosos, y esos productos se separan por fraccionamiento en la misma operación, el proceso se llama destilación destructiva.

La destilación destructiva o seca se utiliza para convertir materiales en bruto, por ejemplo, derivados de la madera, en productos químicos útiles. Los procesos típicos de destilación, como la desalinización, sólo llevan a cabo la separación física de los componentes. En cambio, la destilación destructiva es

una transformación química; los productos finales (metanol, carbón de leña) no pueden ser reconvertidos en madera.

Aplicación:

Las aplicaciones más importantes de este proceso son la destilación destructiva del carbón para el coque, el alquitrán, el gas y el amoníaco, y la destilación destructiva de la madera para el carbón de leña, el ácido etanoico, la propanona y el metanol. Este último proceso ha sido ampliamente desplazado por procedimientos sintéticos para fabricar distintos subproductos. El craqueo del petróleo es similar a la destilación destructiva.

Filtración

Es un tipo de separación mecánica, que sirve para separar sólidos insolubles de grano fino de un líquido en el cual se encuentran mezclados; este método consiste en verter la mezcla a través de un medio poroso que deje pasar el líquido y retenga el sólido. Los aparatos usados se llaman filtros; el más común es el de porcelana porosa, usado en los hogares para purificar el agua. Los medios más porosos más usados son: el papel filtro, la fibra de vidrio o asbesto, telas etc.

En el laboratorio se usa el papel filtro, que se coloca en forma de cono en un embudo de vidrio, a través del cual se hace pasar la mezcla, reteniendo el filtro la parte sólida y dejando pasar el líquido.

Filtración por gravedad:

La filtración por gravedad se realiza utilizando un embudo de tipo cónico en el cual se introduce un papel de filtro preparado con pliegues, de modo que al pasar el líquido de la disolución a través de él, quedará retenido en el papel la parte sólida, pasando limpia la parte líquida.

Fundamento: la única fuerza impulsora para que el líquido atraviese el filtro es la gravedad.  Es el método más sencillo y tradicional.

Aplicación:

Este tipo de filtración es de gran utilidad para casos como:

Para la filtración de impurezas de tipo insoluble, cuando realizamos un proceso de cristalización.

para la filtración de un agente desecante en pleno proceso de secado.

Para todas las filtraciones en las que se desecha el sólido, pues lo que interesa es la disolución.

Filtración a presión reducida:

La filtración a presión reducida es bastante más rápida que la filtración por gravedad. Para llevar a cabo una filtración a presión reducida, es necesario realizar una conexión a una fuente de vacío para lo que se suele conectar la bomba a un embudo tipo Büchner o una placa filtrante.

El embudo Büchner es un embudo fabricado en cerámica cerrado por el fondo y agujereado del miso material con la finalidad de dejar pasar el líquido que queramos filtrar. El fondo del embudo se cubre con un papel de filtro, donde quedará retenido el sólido.

Fundamento: la fuerza impulsora para que el líquido atraviese el filtro es la que ejerce la presión atmosférica cuando aplicamos el vacío al sistema. Es el método más rápido y a veces permite la filtración de aquellas suspensiones en las que la fuerza de gravedad no es suficiente para el proceso

Aplicación:

La filtración al vacío, con embudos de este tipo se utilizan en casos como:

filtración de cristales en procesos de cristalización. Filtraciones de sólidos en procesos de precipitaciones. Filtraciones donde nuestra intención es aislar el componente sólido,

queramos descartar o no la disolución.

Cromatografía

Es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. Diferencias sutiles en el coeficiente de partición de los compuestos dan como resultado una retención diferencial sobre la fase estacionaria y, por tanto, una separación efectiva en función de los tiempos de retención de cada componente de la mezcla.

La cromatografía puede cumplir dos funciones básicas que no se excluyen mutuamente:

Separar los componentes de la mezcla, para obtenerlos más puros y que puedan ser usados posteriormente (etapa final de muchas síntesis).

Medir la proporción de los componentes de la mezcla (finalidad analítica). En este caso, las cantidades de material empleadas suelen ser muy pequeñas.

Métodos de separación de la cromatografía:

Las distintas técnicas cromatografícas se pueden dividir según cómo esté dispuesta la fase estacionaria:

Cromatografía plana. La fase estacionaria se sitúa sobre una placa plana o sobre un papel. Las principales técnicas son:

Cromatografía en papel. Cromatografía en capa fina.

Cromatografía en columna. La fase estacionaria se sitúa dentro de una columna. Según el fluido empleado como fase móvil se distinguen:

Cromatografía de líquidos. Cromatografía de gases. Cromatografía de fluidos supercríticos.

La cromatografía de gases se aplica a numerosos compuestos orgánicos. En el caso de compuestos no volátiles, se recurre a procesos denominados de "rerivatización", a fin de convertirlos en otros compuestos que se volatilicen en las condiciones de análisis.

Dentro de la cromatografía líquida, destaca la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC, del inglés High Performance Liquid Chromatography), que es la técnica cromatográfica más empleada en la actualidad, normalmente en su modalidad de fase reversa, en la que la fase estacionaria tiene carácter no polar, y la fase móvil posee carácter polar (generalmente agua o mezclas con elevada proporción de la misma o de otros disolvente polares, como por ejemplo, metanol). El nombre de "reversa" viene dado porque tradicionalmente

la fase estacionaria estaba compuesta de sílice o alúmina, de carácter polar, y por tanto la fase móvil era un disolvente orgánico poco polar. Una serie eluotrópica es un rango de sustancias de diferentes polaridades que actúan como fase móvil y que permiten observar un mejor desplazamiento sobre una fase estacionaria.

Términos empleados en cromatografía:

Analito: es la substancia que se va a separar durante la cromatografía. Fase móvil: es la fase que se mueve en una dirección definida. Puede

ser un líquido (cromatografía de líquidos o CEC). un gas (cromatografía de gases) o un fluido supercrítico (cromatografía de fluidos supercríticos). La muestra que está siendo separada/analizada (formada de analito/s y el disolvente) se inyecta en la fase móvil que se mueve a través de la columna. En el caso de la cromatografía líquida de alta resolución, HPLC, la fase móvil es un disolvente no-polar como el hexano (fase normal) o bien algún disolvente polar (cromatografía de fase reversa).

Fase estacionaria: es la sustancia que está fija en una posición durante la cromatografía. Un ejemplo es la capa de gel de sílice en la cromatografía en capa fina.

Cromatografía analítica: se emplea para determinar la existencia y posiblemente también la concentración de un analito en una muestra.

Fase enlazada: es una fase estacionaria que se une de forma covalente a las partículas de soporte o a las paredes internas de la columa.

Cromatograma: es el resultado gráfico de la cromatografía. En el caso de separación óptima, los diferentes picos o manchas del cromatograma se corresponden a los componentes de la mezcla separa

Imantación

La separación magnética es un proceso que sirve para separar dos sólidos (en la que uno de los cuales debe ser ferroso o tener propiedades magnéticas). El método consiste en acercar un imán a la mezcla a fin de generar un campo magnético, que atraiga al compuesto ferroso dejando solamente al material no ferroso en el contenedor.

Ejemplos:

Un ejemplo es el azufre mezclado con hierro; al acercar un imán a la mezcla, el hierro se adhiere al imán porque es ferroso y el azufre se queda en el contenedor por no serlo. Y así sucederá con todo tipo de mezcla del mismo tipo.

Cuando una mezcla está formada por un elemento metálico y no metálico, pueden ser separados por un imán. Al acercar un imán a una mezcla de limaduras de hierro y azufre, las limaduras son atraídas hacia el imán, logrando separar el hierro del azufre.

Decantación

En la decantación se separa un sólido o líquido más denso de otro fluido (líquido o gas) menos denso y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla. Es un proceso importante en el tratamiento de las aguas residuales.

No debe ser confundida con la sedimentación, que es la separación por gravedad de los sólidos suspendidos en el agua (arena y materia orgánica).

Procedimiento: Es necesario dejar reposar la mezcla para que el sólido se sedimente, es decir, descienda y sea posible su extracción por acción de la gravedad. A este proceso se le llama desintegración básica de los compuestos o impurezas; las cuales son componentes que se encuentran dentro de una mezcla, en una cantidad mayoritaria.

Tamizado

Es un método físico para separar mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas de tamaño diferente.

Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o cualquier cosa con la que se pueda colar. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz o colador atravesándolo y las grandes quedan atrapadas por el mismo. Un ejemplo podría ser: si se saca tierra del suelo y se espolvorea sobre el tamiz, las partículas finas de tierra caerán y las piedras y partículas grandes de tierra quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una clasificación por tamaños de las partículas.

Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Los orificios del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas de una solución homogénea, que por lo general tiene un color amarillo el cual lo diferencia de lo que contenga la mezcla.

¿Cómo hacerlo?

Para aplicar el método de la tamización es necesario que las fases se presenten al estado sólido. Se utilizan tamices de metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las de menor diámetro. Por ejemplo, trozos de mezclados con arena; harina y corcho; sal fina y pedazos de roca, cantos rodados, etc.

Centrifugación

Es una técnica de separación que se utiliza para aislar o concentrar partículas suspendidas en un líquido, aprovechando la diferente velocidad de desplazamiento según su forma, tamaño o peso al ser sometidas a una fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga es la que se ejerce sobre un cuerpo cuando éste gira alrededor de un eje. Esta fuerza, cuya magnitud es directamente proporcional a la masa del cuerpo, el radio de giro y la velocidad de giro (o angular), es perpendicular al eje y tiende a alejar el cuerpo del mismo. La fuerza centrífuga puede acelerar el proceso de sedimentación de partículas que tienen tendencia a hacerlo espontáneamente (densidad superior a la del líquido), o en aquellas que tienden a flotar (densidad inferior a la del líquido).

Centrifugación diferencial

Es el proceso que tiene como resultado la obtención de un sobrenadante y un material sedimentado.

Centrifugación mediante un gradiente de densidades

Este tipo de centrifugación es un proceso mediante el cual las partículas se distribuyen en fracciones de diferentes densidades de un fluido líquido. El método es un poco más elaborado que la centrifugación diferencial, no obstante presenta ventajas que compensan el trabajo añadido. La técnica permite la separación de varios o todos los componentes de la muestra y la realización de medidas analíticas. El método de gradiente de densidades implica la utilización de un soporte fluido cuya densidad aumenta desde la zona superior a la inferior. El gradiente se consigue con un soluto preferiblemente de baja masa molecular, de tal manera que la muestra a analizar pueda ser suspendida en la solución resultante. Como solutos se utilizan la sacarosa, polisacáridos sintéticos, derivados yodados del ácido benzoico, o sales de metales alcalinos pesados como el rubidio o el cesio, entre otros. La muestra se deposita en la parte superior del gradiente como una fina banda y, tras centrifugar, la separación de los componentes de la muestra se presenta como diferentes bandas o zonas que pueden ser separadas (o fraccionadas). 

Aplicación: La centrifugación se utiliza para separar partículas en suspensión en el seno de un líquido o partículas en disolución, siendo éste el caso donde se encuentran más aplicaciones. Así, se utiliza habitualmente en biología ya que permite separar células, orgánulos subcelulares o macromoléculas.

CONCLUSIONES

En este trabajo se puede concluir que cada uno de los procedimientos que se utilizan para separar mezclas son de vital importancia en las distintas áreas como por ejemplo en la alimenticia, en la petrolera etc.

Los procesos de separación simples usados en el laboratorio son los mismos que los de las industrias y Son igualmente relevantes algunos procedimientos artesanales aplicados en los procesos de separación de los constituyentes de las mezclas, como la purificación de harinas o de arenas.

De la correcta utilización de estos procesos depende la calidad de los productos que se obtienen y para ello es sumamente importante conocer su fundamento, su procedimiento, en que tipos de mezclas se pueden utilizar y su correcta aplicación.