1. operaciones unitarias procesos químicos
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Tecnologa de Procesos
Qumicos
Operaciones Unitarias.
Descripcin y Fundamentos.
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1. Operaciones Unitarias 1.1 Concepto de Operacin Unitaria
1.2 1 Clasificacin Op. U. 1.2.1 Transferencia de materia
1.2.2 T. de energa calorfica
1.2.3 T. de energa mecnica
1.3 2 Clasificacin Op. U. 1.3.1 Continuas
1.3.2 Discontinuas
1.3.3 Semicontinua
1.4 Diseo de Op. U. 1.4.1 Variables de diseo
1.4.2 Flujo en paralelo, contracorriente y cruzado
1.4.3 Fases inmiscibles
Indice
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EL PROCESO QUMICO-INDUSTRIAL
MATERIAS
PRIMAS
PRODUCTOS
Un proceso qumico es una sucesin ordenada de operaciones fsicas y qumicas interconectadas con las que se transforman unos productos en otros a escala industrial.
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PLANTA QUMICA
- Parte de una empresa qumica dedicada a la produccin.
- Constituida por varios procesos qumicos
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Operaciones Unitarias
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Operaciones Unitarias Modelizacin
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Operaciones Unitarias. Diagrama de bloques Ec. Complementarias
Modelizacin
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Materias
primas
CAMBIOS
FSICOS CAMBIOS
QUMICOS
CAMBIOS
FSICOS
Productos
Subproductos
Residuos
Recirculacin
ETAPAS DE UN PROCESO QUIMICO-INDUSTRIAL:
1) Acondicionamiento de las materias primas (preparacin de los reaccionantes)
2) Reaccin qumica
3) Separacin y purificacin de los productos obtenidos
(1) (2) (3)
Operaciones Unitarias
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Clasificacin de Operaciones Unitarias
Operacin unitaria: modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma ms til a nuestros fines.
Modificando masa o composicin (separacin de fases, mezcla, reaccin)
Op. U. de transferencia de materia
Modificando el nivel o calidad de la energa que posee (enfriamiento, vaporizacin)
Op. U. de transferencia de energa calorfica (calor)
Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o disminuyendo su velocidad o direccin)
Op. Unitaria de transferencia de energa mecnica
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Clasificacin de Op. Unitarias
Generalmente se producen varios fenmenos de transporte pero el diseo se realiza atendiendo a la propiedad que se transfiere a menor velocidad, cuyo flujo controla la velocidad global proceso
Clasifican segn la propiedad que se transfiera en la Op. U. y sea ms relevante en la misma
Transferencia materia dos subgrupos:
Sin reaccin qumica fsicas Con reaccin qumica: biorreactores fermentadores
Transferencia energa mecnica cantidad de movimiento
Balance macroscpico Transferencia a nivel macroscpico
Balance microscpico Estudio de variables a nivel microscpico
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OP. UNITARIAS EN LAS QUE INTERVIENE LA TRANFERENCIA DE MATERIA
MECANISMO OPERACIN BSICA
Transferencia de materia
Absorcin/desabsorcin
Destilacin
Adsorcin/desorcin
Extraccin (L-L)
Difusin
Intercambio inico
Lixiviacin
Transferencia de materia +
Transmisin de calor
Humidificacin/deshumidificacin
Secado
Cristalizacin
Liofilizacin
Clasificacin de Op. Unitarias
Transferencia de materia +
Reaccin qumica Reactores/Biorreactores
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OP. UNITARIAS CONTROLADAS POR LA TRANFERENCIA DE CALOR
Intercambiadores de calor
Evaporadores
Condensadores
Casi todos los procesos qumicos industriales transcurren con intercambio de calor.
Ejemplos de aplicaciones industriales de intercambio de calor:
Calentamiento o enfriamiento de un fluido.
Recuperacin mxima del calor: optimizacin energtica del proceso.
Produccin de calor en hornos y calderas
Aislamiento trmico de equipos: condiciones adiabticas.
Cambio de estado de agregacin
Clasificacin de Op. Unitarias
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OP. UNITARIAS CONTROLADAS POR EL TRANSPORTE DE ENERGA MECANICA
Transporte de fluidos en el interior de conducciones tuberas
Operaciones en las que el fluido circula alrededor de cuerpos
sumergidos en el seno de fluidos. Circulacin externa de fluidos.
Operaciones de separacin ej.: filtracin
Clasificacin de Op. Unitarias
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Operaciones slido-fluido basadas en el flujo externo
Operacin Principales Fluido habitual
fuerzas que actan
Filtracin Gravedad Lquido o gas
Sedimentacin Gravedad Lquido
Rozamiento
Centrifugacin Centrfuga Lquido o gas
Fluidizacin Gravedad Lquido o gas
Rozamiento
Inercia
Transporte Gravedad Gas
neumtico Rozamiento
Inercia
Clasificacin Gravedad Lquido
hidrulica Rozamiento
Inercia
Flotacin
Flotacin Gravedad Lquido
Flotacin
Clasificacin Op. Unitarias
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2 Clasificacin Op. Unitarias
Continuas
Proceso estacionario
Entrada y salida continua de
las corrientes
El tiempo no es una variable
En la prctica industrial: alteraciones no deseadas de las variables (fluctuaciones), debido a deterioros,
ensuciamientos, etc. valores promedio de las variables
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2 Clasificacin Op. Unitarias
Discontinuas Proceso no estacionario No hay ni entrada ni salida continua de
corrientes
El tiempo es una variable
Todos los procesos no estacionarios responden a un mecanismo general que comprende alguno de los siguientes conceptos:
un estado inicial (o de partida) algo que entra (flujo de entrada) algo que sale (flujo de salida) una posible diferencia entre la entrada y la salida algo que cambia dentro
Importancia: Arranques y paradas de plantas. Procesos Batch o por cargas. Control de procesos: correccin de la desviacin de alguna variable
de operacin de sus condiciones de diseo en rgimen estacionario
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2 Clasificacin Op. Unitarias
Semicontinuas Proceso no estacionario Entrada y/o salida no continua de alguna corriente
El tiempo es una variable
Importancia:
Arranques y paradas de plantas.
El tratamiento matemtico de operaciones discontinuas y semicontinuas es ms complejo
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2 Clasificacin Op. Unitarias
VENTAJAS DE LAS OPERACIONES CONTINUAS:
- Economa de escala (grandes producciones)
- Fcil recuperacin o aportacin de calor
- Mayor automatizacin (reduccin de costes)
- Eliminacin de tiempos muertos (carga y descarga)
- Mayor uniformidad de los productos
- Mayor produccin por unidad de volumen
DESVENTAJAS DE LAS OPERACIONES CONTINUAS:
- Se requiere uniformidad de composicin de materias primas y reaccionantes
- Arranque y parada complicada (grandes instalaciones)
- Equipo de instrumentacin y control costoso
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Variables de diseo
Valores que son necesarios conocer y controlar
Variables de construccin: dimensionado de Op. U. volumen, dimetro
Variables de proceso: caracterizan a las corrientes que entran y salen de las Op. U.
presin, temperatura, concentraciones, caudales
Ligadas por ecuaciones termodinmicas, cinticas y de transferencia (materia y energa)
Diseo de Op. Unitarias
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OPERACIONES
BSICAS FISICAS
PROCESOS QUMICOS
UNITARIOS
Transferencia de las tres propiedades extensivas fundamentales: - Materia
- Energa calorfica
- Energa mecnica (cantidad de movimiento)
Cintica (bio)qumica
Termodinmica
Ecuaciones complementarias
Termodinmica:
estudio de las leyes de conservacin,
relaciones de equilibrio, y
estimacin de propiedades fsico-qumicas
Cintica bioqumica:
estudio de velocidad de reacciones bioqumicas Diag. Bloques
Diseo Op. Unitarias
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Tipos de flujo
a) Flujo paralelo. Contacto ininterrumpido o diferencial.
b) Flujo contracorriente. Contacto ininterrumpido o diferencial.
c) Flujo cruzado. Contacto ininterrumpido o diferencial.
d) Flujo contracorriente. Contacto intermitente.
Diseo Op. Unitarias
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Reactor de flujo pistn
Intercambiador de calor
carcasa tubos
Diseo Op. Unitarias
Tipos de flujo
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Fases inmiscibles
Transferencia de materia entre 2 ms fases inmiscibles
Difusin (S-L)
Destilacin (L-V)
Contacto ntimo entre las fases (equilibrio) y posteriormente dejar que las dos fases resultantes se separen y conducirlas a otra etapa similar
Diseo Op. Unitarias
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