operacione$ unitarias

3. Anlisis de Procesos:

Operaciones Unitarias

Qu es una Operacin Unitaria?

Una operacin unitaria es cada una de las accionesnecesarias de transporte, adecuacin y/o transformacin

implicadas en un proceso qumico.

Las operaciones unitarias poseen tcnicas comunes y se basan en los mismos principios cientficos.

Procesos / OperacionesEn cada proceso / operacin unitaria se cambian las condiciones de una

determinada cantidad de materia de una o ms de las siguientes formas:

modificando su masa o composicin modificando el nivel o calidad de la energa que posee

modificando sus condiciones de movimiento

Cada operacin unitaria tiene una fuerza impulsora, un gradiente en alguna propiedad, que da cuenta del mecanismo principal de transferencia:

difusin, en el caso de la transferencia de masa, gradiente de concentracin

9 controladas por el equilibrio9controladas por la cintica del proceso

conduccin, conveccin y/o radiacin, en el caso de transferencia de calor, gradiente de temperatura

rozamiento, en el caso de la transferencia de cantidad de movimiento, gradiente de velocidad



Transferencia de masa Transferencia de calor

Transferencia simultnea de calor y masa Transporte de cantidad de movimiento Operaciones fsicas complementarias

Reactores

Transferencia de masa

Definicin Operacin Aparatos Ejemplos

Destilacin Separar mezcla liq. por dif.envolatilidad.

simple, sbita,rectificacin,extractiva.

-col. de platos:- col. de relleno(packing towers).

Petrleo,solventes,licores.

Absorcin Purificar gas de un comp. por contacto conlq.

desorcin(stripping), locontrario

- similar destilacin- torres- centrfugos

Eliminacinde gasescidos decorrientes.

Extraccin(lixiviacino lavado)

Mezcla (liq-liq o sol-liq) endisolvente selectivo.

-contacto por etapas - contacto continuo

-columnas -- Soxhlet

Petrleo, extraccin de aceites, lixiviado de minerales.

Adsorcin Eliminar comp. de fase fluida mediante slido que lo retiene.

- lecho fijoAlumina, silica gel, carbn

- columnas de lecho fijo en paralelo

Secar gases, olor, solventes..

Intercambio inico

Sustitucin de iones de disolucin por otros en slido.

- resina catinica- resina aninica

- dos columnas para operacin y regeneracin

Ablandar agua, desminera-lizacin.

Destilacin

Absorcin

Extraccin

Adsorcin

Intercambio inico



Reactores

Transferencia de calor

Hornos Slido o fludo Radiacion. Comb.: carbn, fuel, gas.

Craqueo de nafta.

Definicin Operacin Ejemplos

Intercambiador de calor

Intercambio entre fluidos

Tubos concntricosCarcasa y tubosPlacasGrafito

Uso extendido en la industria

Aerorrefrigerantes

Fludo con aire ambiente

Ventiladores, tiro inducido o forzado.

Con corrosin o el agua es cara.

Evaporadores Concentrar una disolucin

Simple y mltiple efecto.

Conc. de leche, agua desanilizada

Condensadores Condensacin de vapor por lquido fro.

Idem Anteriores Uso extendido en la industria.

Acumuladores de calor

Recuperar calor de corrientes de gas.

Apilamientos de materiales como ladrillos, piedras o virutas metlicas.

Hornos de fabricacin de vidrio.

Placas solares Calor del sol calienta agua

Radiacin atraviesa cristal que incide sobre serpentn.

Intercambiadores de calor (1)

Doble tubo:


Carcasa y tubos:


Grafito:


Placas:

Hornos

Aerorefrigerantes

Evaporadores

Acumulador de calor

Placas solares




Reactores

Transferencia simultnea de calor y masa

Definicin Operacin Aparatos Ejemplo

Acondicionamiento de gases o enfriamiento de lquidos.

Modifica humedad / temperatura de aire o agua.

Pone en contacto aire con agua, o con gas no sat.

Torres de enfriamiento.

Central trmica

Cristalizacin Formacin cristal slido en sol. lq. sobresaturada.

Acta por sobresaturado o diferencias de temp.

cristalizadores - de tanque- evaporadores- de vaco

Purificar productos obtener cristales.

Secado Reduccin de contenido de lq. en slido.

Contacto - directo- continuo

- de bandejas- rotativos- evap. sbita

Uso extendido industrial.

Liofilizacin criodeshidratacin

Eliminacin de agua de slido, sublimacin.

Alto vaco, temp. Menor al PF del agua.

-Placas planas calientes,bandejas

Cafsoluble, frmacos.

Acondicionamiento de gases

Cristalizacin

Secado

Liofilizacin



Reactores

Circulacin de fluidos: bombas

Definicin Aparatos

Conducciones Transporte desde y hasta las operaciones del proceso.

- Canales abiertos- Seccin circular: tuberas- Seccin cuadrada

Compresores Incrementar la presin, por medio del suministro de energa mecnica.

-alternativos- rotativos- axiales

Bombas Impulsar lquidos, por medio del suministro de energa mecnica

-Centrifugas - Desplazamiento positivo:

- alternativas o de pistn- rotatorias (engranajes, aletas, excntricas)- peristlticas- tornillo

Vlvulas Regular el caudal de fluido por una conduccin

Rozamiento adicional al sistema

Conducciones

Bombas

Compresores

Vlvulas

mariposa esfrica (de bola)

de asiento de compuerta de retencin

Transporte de cantidad de movimiento


Fluidizacin y transporte neumtico

Circulacin de fludo por lecho slidos

Temperatura en todos los puntos es cte.

Lecho de catalizador, ciclones.

CatalizadorTostacin minerales

Filtracin Separacin slido lquido y slido gas.

Retencin de partculas en placa filtrante.

- prensa/ placas- rotatorios- centrfugos etc

Aprovechar slido, turbidez.

Sedimentacin Separacin slido lquido ylquido lquido

Diferencia de densidad, gravedad

- sedimentador- separador de grasas y aceites

Tratamiento de efluentes.

Clasificacin hidrulica

Separacin de una mezcla de slidos

Diferencia de formas, tamao y densidad .

- Tanques.- Separacin neumtica

Uso extendido industrial

Flotacin Separacin slido lquido y slido slido

Diferencia de densidades y mojabilidad.

- Celda de flotacin, tensoactivos.

Mineral

Centrifugacin Separacin de fases densidad parecida

Sistema mecnico de rotacin.

- centrfugas- ciclones- hidrociclones

Uso extendido, petrleo

Fluidizacin y transporte neumtico

Filtracin

Sedimentacin

Clasificacin hidrulica

Suspensin

Agua

GruesosFinos

Agua

Flotacin

Espuma

concentrada

Mezcla

slidos

Ganga y

agua

Aire

Centrifugacin



Reactores

Operaciones fsicas complementarias


Trituracin Reduccin del tamao de partcula

Grandes trozos se rompen por compresin.

Mandbulas, rotatorias, de rodillos


Molienda Reduccin del tamao de partcula.

Friccin e impacto con mviles.

Molinos de: bola, martillo, barra, chorro.


Tamizado Separacin por tamaos de partculas.

Pasan las partculas de menor tamao por malla.

Malla con movimiento de vaivn o vibracin.


Mezclado de slidos y pastas

Recipiente agitado vaivnPastas: paletas.


Almacenaje de materiales

Para materias primas, prod. Intermedios o finales

Costo del recipiente, del material, volatilidad, etc

- A granel, silos, tolvas.-Tanques fijos techo flotante.- Gasmetros, licuados.

Trituracin

Molienda

Tamizado

Mezclado de slidos y pastas

Almacenaje de materiales



Reactores

ReactoresPropsito:

Equipos donde se llevan a cabo las reacciones qumicas

Operacin: Segn el modelo de flujo, reactores de mezcla perfecta reactores de flujo de pistn.

A

B

P

Aparatos:

Reactor Batch

Tanque continuo agitado

Reactor tubular

A

P P

A

B

B

Reactores de tanque agitado

Camisa de vapor

Serpentn

Intercambiador

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