OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA

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OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA

Qu es ingeniera qumica?Es la aplicacin de los principios de las ciencias fsicas, qumicas y matemticas, conjuntamente con los principios derivados de la economa, como de las relaciones humanas en campos que pertenecen directamente a los procesos qumicos y equipos de procesos con los cuales se trata la materia prima para efectuar cambios en su composicin, estado y energa para producir para el hombre.Qu son procesos qumicos?Es el conjunto de pasos y tcnicas que realizan cambios en la composicin qumica o bien cambios fsicos en las materias que se prepara se procesa luego se separa o purifica.El proceso qumico realizado en cualquier escala puede dividirse en una serie de accin unitaria a la que se llama tambin operacin unitaria.OPERACIONES UNITARIASUn mtodo muy conveniente para organizar la materia de estudio que abarca la ingeniera qumica se basa en dos hechos:

Aunque el nmero de procesos individuales es muy grande, cada uno de ellos puede dividirse en una serie de etapas, denominadas operaciones, que se repiten a lo largo de los distintos procesos.

Las operaciones individuales poseen tcnicas comunes y se basan en los mismos principios cientficos. Por ejemplo, en la mayor parte de los procesos es preciso mover slidos y fluidos, transmitir calor u otras formas de energa desde una sustancia a otra, y realizar operaciones tales como secado, molienda, destilacin y evaporacin.

El concepto de operacin unitaria es el siguiente: mediante el estudio sistemtico de estas operaciones en s -operaciones que evidentemente constituyen la trama de la industria y los procesos- se unifica y resulta ms sencillo el tratamiento de todos los procesos.

Los aspectos estrictamente qumicos de los procesos se estudian dentro de un campo paralelo de la ingeniera qumica denominado cintica de reaccin, o ingeniera de las reacciones qumicas.

Las operaciones bsicas se utilizan ampliamente en la realizacin de las etapas fsicas de preparacin de los reactantes, separacin y purificacin de los productos, recirculacin de los reactantes no convertidos y control de la transferencia de energa hacia o desde los reactoresqumicos.

SOLIDOS:Un cuerposlido es uno de los cuatroestados de agregacin de la materiams conocidos y observables (siendo los otrosgas,lquidoy elplasma). Se caracteriza porque opone resistencia a cambios deformay de volumen. Sus partculas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las molculas de un slido tienen una gran cohesin y adoptan formas bien definidas.CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS: Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rgidos y no fluyen como lo hacen los gases y los lquidos, excepto a bajas presiones extremas. Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen tambin es constante. Compresibilidad: Los slidos no pueden comprimirse. Fuerzas Intermoleculares: En un solido las fuerzas intermoleculares que predominan son la de ATRACCIN.

PROPIEDADES de los slidos:

ELASTICIDAD: Un slido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.

Fragilidad: Un slido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).

Dureza: Un slido es duro cuando no puede ser rayado por otro ms blando. Eldiamantees un slido con dureza elevada.

Alta densidad: Los slidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercana de sus molculas por eso se dice que son ms pesados

Flotacin: Algunos slidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del liquido en el cual se coloca.

Inercia: Es la dificultad o resistencia que opone un sistema fsico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los slidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.

Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.

Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformacin. La maleabilidad permite la obtencin de delgadas lminas de material sin que ste se rompa, teniendo en comn que no existe ningn mtodo para cuantificarlas.

DuctilidadLa ductilidad se refiere a la propiedad de los slidos de poder obtener hilos de ellos.

PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:Los slidos tienen una forma y volumen definidos y que pueden clasificarse en cristalinos y amorfos.Adems de clasificarse en cristalinos y amorfos, los solidos tambin pueden agruparse en metlicos y no metlicos.

CARACTERIZACION DE LAS PARTICULAS: La caracterizacin de partculas y conjuntos de partculas es una operacin metalrgica muy importante en el procesamiento de minerales (concentracin de minerales, hidrometalurgia, piro metalurgia), ya que el tamao se usa como una medida de control para la conminacin que tiene como finalidad la liberacin de las especies valiosas de las no valiosas contenidas en una mena.DENSIDAD:las partculas de slidos homogneos tienen la misma densidad que el material de origen, mientras que cuando son slidos heterogneos, al romperse, presentan diferentes densidades entre s y con el slido de origen.

FORMA DE LAS PARTCULAS:la forma de las partculas irregulares se define enfuncinde un factor de forma (, esfericidad) el cual es independiente del tamao de la partcula. Si se define Dp como "dimetro de la partcula" que es la longitud de la dimensin de definicin, el factor de forma est relacionado con stevalor. El dimetro de la partcula se usa para formular la ecuacin genrica del volumen de la Partcula y de la superficie de la partcula. Se trabaja con una partcula en forma de cubo y luego se generaliza llegando a:

El volumen de la partcula (Vp) es: Vp = a Dp3(I)Y la superficie de la partcula (Sp) es:Sp = 6bDp2(II)Con a y b como constantes que definen la forma de la partcula.Con la relacinvolumen-superficiede la partcula, queda:

Este factor de forma indica cuan cerca est la forma de la partcula en estudio de las partculas de formas regulares como la esfera, el cubo y el cilindro cuya altura es igual al dimetro con=1.A continuacin semuestrauna tabla contentiva de algunos factores de forma de las partculas.

Partculas: Partculas regulares: Esferas Cubos Cilindros

Partculas Irregulares: EXFOLIACION:El proceso de exfoliacin produce la separacin, en una roca grande, de placas curvas a manera de costras. Este proceso origina unas colinas grandes abovedadas, llamadas domos de exfoliacin.TIPOS DE EXFOLIACIN: Exfoliacin basal o hendidura pinacoidal se produce en paralelo a la base de un cristal. Exfoliacin cbica, se produce en paralelo a las caras de un cubo de cristal con una simetra cbica. Exfoliacin octadrica, se produce formando formas octadricas de un cristal con simetra cbica Exfoliacin dodecadrica, se produce formando dodecaedros de un cristal con simetra cbica. Exfoliacin rombodrica, ocurre paralela a las caras de un romboedro. La calcita y otros Minerales carbonatos exhiben exfoliacin rombodrica perfecta. La exfoliacin prismtica es paralela a un prisma vertical. La cerusita, tremolita y espodumena exhiben exfoliacin prismtica.

Esfericidad

La esferecidad siempre va ser menor que 1. < 1Determinacin de la esferecidad:ESFERACUBO

Reemplazamos:

Relacionando:

< 1

Nota:A y b llamados constantes geomtricas que dependen de la forma de la partcula.

3) TAMAO DE LAS PARTICULAS:Se determina: Por la posicin del observador. Por la segunda dimensin ms grande. Por anlisis gravimtrico Por sedimentacin. Otros

ANALISIS GRAVIMETRICO:Tamizador = tamiz / mallaSERIO DE TAMICES: Tiler mas utilizada

ASTM

TAMIZ. DEFINICINUn tamiz es una malla metlica constituida por barras tejidas y que dejan un espacio entre s por donde se hace pasar el alimento previamente triturado.

Las aberturas que deja el tejido y, que en conjunto constituyen la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta, segn laclasede tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan paraproductosde grano plano, escamas, o alargado.

SERIE DE TAMICES TYLEREsta es una serie de tamices estandarizados usados para lamedicindel tamao ydistribucinde las partculas en un rango muy amplio de tamao. Las aberturas son cuadradas y se identifican por un nmero que indica la cantidad de aberturas por pulgada cuadrada.Una serie de tamices patrn muy conocidas es la serie deTamices Tyler.Esta serie se basa en la abertura del tamiz 200, establecida en 0,0074cm y enuncia que "el rea de la abertura del tamiz superior es exactamente el doble del rea de la abertura del tamiz inmediato inferior. Matemticamente nos queda:

Una forma de expresar los tamices es, por ejemplo, 20/28 que indica que los slidos pasan por el tamiz nmero 20 y se retienen en el tamiz 28. En el mismo orden de ideas, si solo se nombra el tamiz con un nmero es decir, 28 solo significa que los slidos se retienen en ese tamiz.

DETERMINACION DEL DIAMETRO:1. Dimetro de la fraccin.

10 1428

=

2. Dimetro Medio de la Mezcla:+ + ++

PROCESAMIENTO DE DATOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO:

# MallasD (um)Peso retenido%ARAP

+8150403030100 30 = 70

+10140502050100 50 =50

+1457.5

+28

+35

+100

+150

+20074

-200

Dimetro del tamiz (um) ( Diametro medio (um) () Peso retenido sobre la malla ( Porcentaje en peso (g) (%) Acumulado Retenido (AR) Acumulado Pasante (AP)

AR + AP = 100

Graficar: AP = f ()

TABLA DE DATOS GRAVIMETRICOS:En la siguiente tabla de datos gravimtrico. Calculese lo siguiente:a) Diametro de la particulab) Fraccion Acumulada retenida sobre los micrones.c) Fraccion del dimetro del 80 % acumulado bsico.

Malla% ResistenciaARAP

20074742.92.97.1

2705363.516.319.280.8

3704448.57.82773

4003841.06.736.766.3

-400Dimetro tamiz (lo que no ha pasado)Dimetro de la mezcla.AP + AR = 100

PERFIL DE GRAFICA:

Linea recta en Ley Ley con APVsDm m= ;) m= alfa

alfa =

EJERCICIO PARA GRAFICAR Y CALCULAR:MALLA TYLERPESO RETENIDODIAMETRO DEL TAMIZ (Dt)Dm%RARAP

1496.01

2867,38

ME55,13

H

Lnea recta : M = Y2 Y1 X2 X1 M = = LogA P2 LogA P1 Log Dm2 Log Dm1Log A P2 Log A P1 = (Log Dm LogD1)Log A P2 Log A P1 = (LogDm2 Log Dm1)- Log A P1 = - Log A P2 + LogDm2 LogDm1Log A P1 = Log A P2 + Log Dm1 Log Dm2Log A P1 = Log Am1 + (Log A P2/Log Dm ) (Log A P2/Log Dm ) = Log A P1 = Log D1 + Log A P1 = + / m2 D2

Para hallar el dimetro m :Log A P1 = Log Dm1 + LogA P2 - Log D2Log A P1 = Log AP2 + Log (D1/D2) A P1 = AP2 + (D2/D1) Regresion Potencial:Dm1 / Dm2 = (AP1 / AP2) Dm1 = Dm2 (AP1 / AP2)De la siguiente tabla de datos del anlisis granulomtrica calcular:a) El dimetro de la particula de mayor tamaob) Calcular la fraccin acumulado retenido sobre 10 micronesc) El dimetro del 80% acumulado pase

x(D.media)y(A.Retenido)

742.9

63.519.2

48.527

4133.7

x(D.media)y(Acum.pasing)

7497.1

63.580.8

48.573

4166.3

x(D.media)y(A.Retenido)

742.9

63.519.2

48.527

4133.7

x(D.media)y(Acum.pasing)

7497.1

63.580.8

48.573

4166.3

x(D.media)y(A.Retenido)

742.9

63.519.2

48.527

4133.7

x(D.media)y(Acum.pasing)

7497.1

63.580.8

48.573

4166.3

TABLAS Y GRAFICAS DE ANLISIS GRANULOMETRICA

malla Tylerpeso reteniddiam. De TamD (medio)AR%D.RetenidoAP

143116811683.993.9996.01

2821.5589878.532.6232.6267.38

359.241750344.8712.2555.13

481129535659.5214.6540.48

6510208251.572.8413.3227.16

10011.4147177.588.0215.1811.98

1505.8104125.595.747.724.26

2003.274891004.260

75.1100

Qu es una regresin?En estadstica, el anlisis de la regresin es un proceso estadstico para la estimacin de relaciones entre variables. Incluye muchas tcnicas para el modelado y anlisis de diversas variables, cuando la atencin se centra en la relacin entre una variable dependiente y una o ms variables independientes.

Teora de Bond:La energa consumida para reducir el tamao del 80% de su material es inversamente proporcional a la raz cuadrada del tamao del 80% , este ltimo igual a la abertura del tamiz (microneo) que deja pasar el 80% en peso de las partculas. Para realizar el desarrollo de su modelo matemtico lo fundamenta a partir de 2 asuncin emprica. 1.- El consumo de energa para reducir el tamao es proporcional al volumen de las partculas.E ~ Dp32.- El consumo de energa para reducir de tamao es proporcional al rea de las partculas.E = E ~ D2p Dp3 . Dp2E = Dp5/2 = 1/Dp

Por otra parte : E = S/V m2/m3 = 6Y/Dp E = 6Y / Dp E = K / Dp

Aqui se reemplaza las D80 de la clase anterior:

W = Wi (10/Dp 10/Df) : Ecuacion de la energa de Bond

Wi : W/ (Kw - hora ) / Tonelada corta

Wi = W/ (10/Dp 10/ Df) : Consumo energtico

W = Cos V.I3 (monofasico) = 2 Cos V.I o-3 (trifasico)

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