Operaciones y Procesos Unitarios

Definición de operaciones y procesos básicos (o unitarios)
Partiendo de la base de que la Ingeniería Química se dedican al estudio y desarrollo tecnológico de procedimientos destinados a llevar a cabo, tanto a escala experimental como a escala industrial y comercial, los procesos industriales, podemos aproximarnos a una definición de Procesos Industriales como: “Una secuencia ordenada de etapasde transformación de la/s materia/s prima, con el fin de obtener uno o varios productos útiles al hombre, considerando que cada una de dichas etapas responden a cambios o fenómenos de índole físico o químico”. En general el término OPERACIÓN BÁSICA (U OPERACIÓN UNITARIA) se restringe a aquellas etapas en las cuales los cambios o fenómenos son esencialmente físicos. Esto no es verdad universal,dado que frecuentemente, asociados a cambios físicos suelen ocurrir cambios o reacciones químicas. Un ejemplo de operación básica es la destilación. Un PROCESO BÁSICO DE REACCIÓN QUÍMICA O PROCESO UNITARIO, se puede definir como un eslabón o una etapa donde ocurren cambios o fenómenos químicos fundamentales. El lugar donde se llevan a cabo las transformaciones químicas y/o biológicas, se denominareactor. Son ejemplos de Procesos Básicos o Unitarios reacciones tales como Hidrogenación, Oxidación, Polimerización, Desarrollo de cepas bacterianas en reactores biológicos, etc. Para poder calcular u optar en ingenierías químicas por una o varias operaciones básicas y/o procesos de reacciones químicas, es necesario dominar y tener en cuenta conceptos fundamentales como: 1) Principio de conservaciónde la masa (Principio de Lavoisier): la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma. Mediante su aplicación, es posible calcular el rendimiento de las operaciones y procesos, prever la producción y detectar pérdidas o ingresos inesperados. 2) Principio de conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, se convierte. De modo similar al anterior, mediante su aplicación, esposible establecer las cantidades de energía necesaria para todo un proceso industrial o para una etapa, así como detectar pérdidas. Es necesario también recordar el principio (de Einstein) de ínter conversión entre masa y energía, E=m.c2. Ambos principios, son herramientas fundamentales para el diseño de equipos. 3) El contacto de equilibrio o contacto ideal. Siempre que las materias en procesode fabricación se encuentren en contacto durante un tiempo dado, bajo condiciones especificadas de presión, temperatura, y composición, tienden a evolucionar, acercándose a una condición de equilibrio definida, que queda determinada por las condiciones propias del sistema. Dicho contacto se denomina contacto de equilibrio o contacto ideal. Por ejemplo la absorción de dióxido de carbono en agua. Auna determinada presión y temperatura, se va a absorber hasta una determinada proporción y aunque se intente lograr una mayor absorción, no va a ser posible, dado que se ha llegado a una condición de equilibrio propia del sistema.

4) Consideración cinética general: en muchas operaciones, no suele alcanzarse el equilibrio a causa de tiempo insuficiente, o porque no desea lograrlo. Por estemotivo adquieren importancia las velocidades de transmisión de energía, de transporte y la velocidad con que ocurre una reacción química. La intensidad y la dirección con que ocurren la transmisión de energía, el transporte de materia o una reacción química, son directamente proporcionales a una fuerza impulsora e inversamente proporcionales a una resistencia. Por ejemplo la transmisión de calor porunidad de tiempo, desde un fluido A a un fluido B, será:

dQ/dt=Ta-Tb/R
donde la diferencia de temperatura es la fuerza impulsora y R es la resistencia a la transferencia de calor. A mayor fuerza impulsora, mayor velocidad de transmisión de calor. 5) La estequiometría de las reacciones involucradas en el proceso. 6) La información termodinámica relacionada con el cálculo de calores de reacción...