Operaciones unitarias

Operaciones en la industria química
Preparado por: Prof. Richard Márquez Curso: Introducción a los procesos químicos Fecha: 27 de mayo de 2009 (última revisión: 31.05.09 10:02) Versión: 0.3 Hemos visto algunas cantidades físicas y sus unidades (y sistemas de unidades), así como sus conversiones. También hemos visto algunas formas de medir la presencia de una sustancia en una mezcla (porcentajeen peso, mol porcentaje, densidad, molaridad, etc.) y el desplazamiento de materia (flujos volumétricos, molar y másico). Antes de conocer algunas de las operaciones unitarias comunes (reactores, intercambiadores de calor, destilación, etc.) en la industria química necesitamos primeramente saber que es una operación continua y una operación por lotes, para luego estudiar los balances de materia yde energía. Este texto será complementado con la información sobre los elementos que intervienen en los diagramas de flujos (flowsheet en inglés): diagrama de flujo en bloques (BFD o block flow diagram), diagrama de flujo de proceso (DFP o process flow diagram). (El siguiente texto es traducido de: Henry Fauduet, Principes fundamentaux du génie des procédés et la technologie chimique, LavoisierTECDOC, 1997. Secciones 2 y 3.)

Diversos tipos de operación de la industria química
Según la cantidad de materia empleada, la naturaleza de las especies químicas presentes y su finalidad, la operación se puede realizar de forma discontinua (intermitente), continua o semicontinua (semiintermitente).

Operación discontinua o por etapas (por lotes)
Intermitente, tipo batch (en inglés se llamabatch process) Se opera sobre un conjunto de reactivos que se tratan de forma discontinua haciendo suceder cronológicamente las diversas etapas previstas, a una velocidad determinada por la naturaleza (el tipo) de proceso y el por los equipos empleados. Generalmente, el conjunto de procesos se trata de producir en una jornada laboral si la empresa no maneja diversos turnos (p.e. Nocturno). Este tipode operación se realiza directamente a partir de las obtenidas en laboratorio y sirve sobretodo para fabricación de pequeñas cantidades y en la elaboración o separación de productos a valor agregado alto. Estas operaciones se ejecutan sobretodo en química fina (especializada). Los equipos usados generalmente son tanques que permiten realizar un buen mezclado para temperatura y presión uniforme. Elreactor de tipo Grignard y los autoclaves son los equipos más comunes que se pueden encontrar en producción. Aparatos similares a los anteriores pueden estar equipados para realizar operaciones unitarias específicas: destilación, cristalización, extracción sólido-líquido, etc. La operación discontinua presenta la ventaja de: • • Utilizar una instalación polivalente y trabajar sobre cargaspequeñas Evitar los problemas de corculación de cierto tipo de materias (pastas que obstruyen las tuberías)

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Proporcionar rendimientos más elevados (sobretodo en el caso de reacciones biológicas) Costo energético elevado (calentamiento y enfriamiento para cada carga) Tiempos muertos ( llenado, precalentamiento, enfriamiento, etc) Gran cantidad de personal (manutención, vigilancia,seguridad, etc) Una calidad y cantidad de producto que puede cambiar en el tiempo Precio de producción más elevado

Inconvenientes:

Ejemplo: la cerveza se hace mediante un proceso batch.

Operación continua
Sistema con corrientes de entrada y de salida (en inglés flow process) En esta operación, los reactivos (corrientes entrantes, entrada o alimentación) son introducidos de forma continua en elaparato a una tasa (flujo o velocidad) determinada. De la misma forma, los productos (salientes, salidas o efluentes) son recuperados en continuo, de una forma tal que el aparato contiene siempre la misma masa que reacciona. Se caracteriza por un flujo constante en el tiempo, tanto para las corrientes de entrada como de salida. Los valores de los diferentes parámetros en un mismo punto del...