fundamentos de procesos industriales
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FUNDAMENTOS DE PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES
Procesos Químicos Industriales
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Procesos químicos: Materia prima Productos
Deben ser útiles, y generar un beneficio.El mejor cliente es la industria misma. Los
productos de una pueden ser la materia prima de otros.
La I.Q. nace como disciplina en 1910 en el MIT, como necesidad de crear un enfoque adecuado para el diseño de plantas químicas (operaciones unitarias y “procesos unitarios” sugeridos inicialmente por Groggins en 1930).
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DESARROLLO SOSTENIBLE Y SOSTENIBILIDAD
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DESARROLLO SOSTENIBLE
COMPONENTE SOCIO-CULTURAL
COMPONENTE ECONÓMICO
COMPONENTE AMBIENTAL
Fuente: Mariana Loayza. 2007Bienestar socio – cultural - económico (y
equidad)
Materias primas para
la producción industrial y
sumidero de residuos y desechos
industriales
Calidad devida y
derechoshumanos
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¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL?
Chuquicamata, Chile
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¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL?
1. Conjunto de etapas requeridas para que las materias primas e insumos se transformen en productos, subproductos y residuos.
2. Las etapas de un proceso industrial son actividades unitarias, donde se dan cambios físicos, trasformaciones químicas o ambos, de acuerdo a determinadas condiciones de operación: presión, temperatura y otras.
3. Existe un rendimiento, una conversión y una selectividad, dependiendo de la actividad unitaria.
4. Cada actividad unitaria requiere un equipo principal y equipos complementarios.
5. El proceso industrial es conceptual y se operativiza en una instalación industrial (planta).
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FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO DE UN PROCESO SOSTENIBLE (PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE)
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PROCESOS INDUSTRIALESSOSTENIBLES
PRINCIPIOS DE LA
INGENIERÍAQUÍMICA
INGENIERÍAVERDE
QUÍMICAVERDE
DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA
CUNA
BIOMIMETISMO
ECOLOGÍAINDUSTRIAL
FUNDAMENTOS
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BIOMIMETISMO(Janine Benyus, 1997)
El biomimetismo se inspira en la naturaleza para poder tomar ideas y resolver problemas.
En la hoja de una planta, minúsculos reactores realizan la función fotosintética y la falla de uno o varios de estos reactores, no induce en ningún caso a la falla global del proceso. Por ello, se está buscando la intensificación de los procesos utilizando microrreactores.
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DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA CUNA
(Mc Donough y Braungard, 2002)
• Reconcepción de los sistemas y de sus problemas.• La reconcepción es más beneficiosa que la reingeniería y
esta a su vez de la simple optimizaciónB
EN
EFI
CIO
S
INVERSIÓN
Reconcepción del problema
Reingeniería del sistema
Optimización del sistema actual
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ECOLOGÍA INDUSTRIAL
En la naturaleza los “residuos” no existen como tales, ya que los desechos de unos individuos son los alimentos (y fuente de energía) de otros (cadenas tróficas).
Los procesos industriales deben encadenarse productivamente.
Se deben utilizar energías renovables, siempre que sea posible.
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PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PROCESOS Y PLANTAS
INDUSTRIALES
• Selección de etapas para transformar las materias primas e insumos en productos y subproductos, mediante el consumo racional de energía.
• Selección de equipos para favorecer la transferencia de masa y energía.
• Diseño de equipos para efectuar reacciones químicas con elevados rendimientos.
• Minimización de costos asociados a la producción, sin descuidar los costos ambientales (control de contaminantes, tratamiento de residuos y manejo de desechos).
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LA QUÍMICA VERDE Y LA SÍNTESIS IDEAL
Utiliza materiales fácilmente disponibles
Reacción simple
Operaciónsegura
Rendimiento del 100%
Minimiza lacantidad desolventes
Un sólo paso
Ceroresiduos
Ambiental-mente
saludable
SÍNTESIS IDEAL
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Etapas del proceso industrial
Preparación de materias primas
Alimentación al proceso
Transformación
SE
PA
RA
CIÓ
N
Productos finales
Subproductos
Recepción de materias primas
Almacenamiento
Almacenamiento
DesechosOtro proceso
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Transformaciones FísicasCambio de estado: Evaporación, condensación,
licuefacción, sublimación, congelación, fusión.
Reducción de tamaño: Trituración o molienda. Cambio de propiedades: Expansión,
Compresión, calentamiento o enfriamiento.
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Transformaciones QuímicasAlcohólisis, aminaciónCalcinación, combustiónDeshidratación, deshidrogenaciónEsterificación, fermentación, halogenación,
hidrogenaciónHidrólisis, intercambio iónico, neutralización,
nitraciónOxidación, pirólisis, polimerizaciónSulfonación y sulfatación, etc…
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Parámetros químicos básicos
Conversión: Que tanta materia prima reacciona y se transforma.
Rendimiento: Que fracción de la materia prima transformada lo hace al producto final de interés
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CINETICA
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Medición más fácil.Instrumentación más
barata.Pequeñas cantidades.Control de variables es
más díficil.Menos uniforme en la
calidad.
Cantidades más grandes
Equipos más pequeñosInstrumentación más
costosa.Más estables.Calidad mucho más
uniforme
Procesos por lotes vs. Procesos continuos
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Diagramas de flujo
Tanque
Válvula
Válvula de control
Reactor
Bomba
Columna de platos
Columna empacada
Intercambiador de tubos y coraza
Filtro
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AlmacenamientoFluidos: Tanques (Cilíndricos de fondo plano,
hemiesférico y cónico, esféricos)
Sólidos: Apilamiento, Silos, Bodegas
Objetivo: Preservar las propiedades de los productos por un largo tiempo.
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AlmacenamientoTanques Cilíndricos de fondo plano: Líquidos sin
sólidos en suspensión.Tanque Cilíndricos de fondo cónico: Suspensiones
con sólidos (decantadores)Tanques cilíndricos de fondo hemiesférico o
tanques esféricos: Gases a media y alta presión.
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Manejo de residuosProducción más limpia: Reciclaje de los
subproductos al procesoAlmacenamiento en zonas seguras y aisladasTratamiento antes del vertimiento a fuentes
superficiales de agua o suelo.Evitar lixiviación o volatilización de los desechos.Buscar una utilidad práctica que pueda ser
redituable.
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ResumenDefinir el beneficio del producto final del proceso.Establecer las etapas de proceso de fabricación
del producto.Esquematizar el proceso con un diagrama de flujo
sencillo que describa todas las etapas.Elegir adecuadamente la forma de
almacenamiento del producto final y de la disposición de los subproductos o residuos del mismo.
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CONCLUSIONES
1. Los nuevos procesos industriales deben diseñarse tomando en cuenta los principios de la ingeniería química, la química verde, la ingeniería verde, el diseño integrado de la cuna a la cuna, el biomimetismo y la ecología industrial, entre otros.
2. Los procesos existentes deben hacerse sostenibles mediante el uso racional de los recursos naturales, potenciando el uso de catalizadores, sustituyendo o minimizando los componentes peligrosos, generando una menor cantidad de residuos y en caso de producirlos aprovecharlos, es decir transformarlos en subproductos.
3. Los procesos sostenibles debe ser seguros, tanto para los que trabajan en las plantas industriales como para la comunidad.
4. Los procesos industriales deben contribuir al logro del desarrollo sostenible, que es un nuevo modelo de desarrollo que busca la sostenibilidad (equilibrio de los componentes económicos, sociales y ambientales).
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BibliografíaAustin, G. Manual de los Procesos Químicos
de la Industria. McGraw Hill. 1ra ed. en español. México, 1992.