OperacionesUnitarias

3. Anlisis de Procesos: Operaciones Unitarias

Operaciones UnitariasLos procesos qumicos siempre pueden subdivirse en unidades bsicas llamadas operaciones unitarias Las operaciones unitarias son cada una de las acciones necesarias de transporte, adecuacin y/o transformacin. El nmero de estas operaciones bsicas no es muy grande y generalmente slo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado.

Introduccin a la Ingeniera Qumica 2do sem 2010

1

Tipos de Operaciones Unitarias

Transferencia de Masa

Transferencia de Calor

Transferencia de Calor y Masa simultneamente

Transporte de flujidos

Separacin

Operaciones fsicas complementarias

Reactores

Absorcin

Intercambiador de Calor

Cristalizacin

Compresores

Filtracin

Trituracin

Destilacin

Hornos

Secado

Bombas

Sedimentacin

Molienda

Extraccin

Aerorrefrigerante

Liofilizacin

Fluidizacin y transporte neumtico

Clasificacin hidrulica

Tamizado

Adsorcin

Evaporadores

Torres de enfriamiento

Flotacin

Mezclado

Intercambio Inico

Condensadores

Centrifugacin

Almacenaje materiales

Acumuladores de calor

smosis inversa

Placas solares

Procesos / OperacionesLas operaciones unitarias mas comunes se producen en:

reactores

intercambiadores

bombas

mezcladores

separadores

las cuales existen en una variedad de formas distintas.


2

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

Operaciones UnitariasCada operacin unitaria tiene una fuerza impulsora, un gradiente en alguna propiedad, que da cuenta del mecanismo principal de transferencia: GRADIENTE IMPULSOR concentracin temperatura velocidad

CASO transferencia de masa transferencia de calor transferencia de cantidad de movimiento

MECANISMO difusin conduccin, conveccin y/o radiacin rozamiento


3

Operaciones Unitarias

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

Transferencia de masaDefinicin Destilacin Separar mezcla liq. por dif.en volatilidad. Operacin simple, sbita, rectificacin, extractiva. Aparatos -col. de platos: - col. de relleno (packing towers). Ejemplos Petrleo, solventes, licores.

Absorcin

Purificar gas de un comp. por contacto con lq.Mezcla (liq-liq o sol-liq) en disolvente selectivo. Eliminar comp. de fase fluida mediante slido que lo retiene. Sustitucin de iones de disolucin por otros en slido. -contacto por etapas - contacto continuo - lecho fijo Alumina, silica gel, carbn - resina catinica - resina aninica

- similar destilacin - torres - centrfugos-columnas -- Soxhlet

Eliminacin de gases cidos de corrientes.Petrleo, extraccin de aceites, lixiviado de minerales. Secar gases, olor, solventes.. Ablandar agua, desmineralizacin.

Extraccin (lixiviacin o lavado)

Adsorcin

- columnas de lecho fijo en paralelo - dos columnas para operacin y regeneracin

Intercambi o inico


4

DestilacinSeparacin de componentes de una mezcla lquida en base a su diferente volatilidad (presiones de vapor)

AbsorcinPurificar gas de un componente poniendo en contacto con solvente lquido


5

ExtraccinDisolucin de un componente de una mezcla (liq.-liq. o sol.-liq.) en disolvente selectivo.

AdsorcinEliminar un componente de fase fluida mediante un slido que lo retiene.


6

Intercambio inicoSustitucin de iones de disolucin por otros con la misma carga que estn en slido.




7

Transferencia de calorDefinicinIntercambiador de calor Hornos Aerorrefrigerant es Evaporadores Condensadores Acumuladores de calor Intercambio entre fluidos

OperacinTubos concntricos Carcasa y tubos Placas Radiacion. Comb.: carbn, fuel, gas. Ventiladores, tiro inducido o forzado. Simple y mltiple efecto. Idem Anteriores Apilamientos de materiales como ladrillos, piedras o virutas metlicas. Radiacin atraviesa cristal que incide sobre serpentn.

EjemplosUso extendido en la industria Craqueo de nafta. Con corrosin o el agua es cara. Conc. de leche, agua desanilizada Uso extendido en la industria. Hornos de fabricacin de vidrio.

Slido o fludo Fludo con aire ambiente Concentrar una disolucin Condensacin de vapor por lquido fro. Recuperar calor de corrientes de gas.

Placas solares

Calor del sol calienta agua

Intercambiadores de calor (1)Doble tubo:


8

Intercambiadores de calor (2)Carcasa y tubos:

Intercambiadores de calor (3)Placas:


9

Hornos

Aerorefrigerantes


10

Evaporadores

Acumulador de calor


11

Placas solares




12

Transferencia simultnea de calor y masaDefinicinAcondicionamien to de gases o enfriamiento de lquidos. Cristalizacin Modifica humedad / temperatura de aire o agua. Formacin cristal slido en sol. lq. sobresaturada. Reduccin de contenido de lq. en slido. Eliminacin de agua de slido, sublimacin.

OperacinPone en contacto aire con agua, o con gas no sat. Acta por sobresaturado o diferencias de temp. Contacto - directo - continuo Alto vaco, temp. Menor al PF del agua.

AparatosTorres de enfriamiento.

EjemploCentral trmica

cristalizadores - de tanque - evaporadores - de vaco - de bandejas - rotativos - evap. sbita -Placas planas calientes, bandejas

Purificar productos obtener cristales. Uso extendido industrial. Caf soluble, frmacos.

Secado

Liofilizacin criodeshidrataci n

Acondicionamiento de gasesModificar humedad y temperatura de corriente de aire o de agua.


13

Enfriamiento de LquidosModificar humedad y temperatura de corriente de aire o de agua.

CristalizacinSeparacin de un componente mediante la formacin de slidos cristalinos en disoluciones lquidas sobresaturadas.


14

SecadoReduccin de contenido de lquido (en general agua) en un slido.

LiofilizacinEliminacin de agua de un slido por sublimacin.


15



Circulacin de fluidos: bombasDefinicinConducciones Transporte desde y hasta las operaciones del proceso. Incrementar la presin, por medio del suministro de energa mecnica. Impulsar lquidos, por medio del suministro de energa mecnica

Aparatos- Canales abiertos - Seccin circular: tuberas - Seccin cuadrada -alternativos - rotativos - axiales-Centrifugas - Desplazamiento positivo: - alternativas o de pistn - rotatorias (engranajes, aletas, excntricas) - peristlticas - tornillo

Compresores

Bombas

Vlvulas

Regular el caudal de fluido Rozamiento adicional al sistema por una conduccin


16

ConduccionesTransporte desde y hasta las distintas operaciones del proceso.

BombasImpulsar lquidos, por medio del suministro de energa mecnica


17

CompresoresIncrementar la presin, por medio del suministro de energa mecnica.

VlvulasRegular el caudal de fluido por una conduccin

mariposa

esfrica (de bola)

de asiento

de compuerta

de retencin


18

Transporte de cantidad de movimientoDefinicinFluidizacin y transporte neumtico Circulacin de fludo por lecho slidos

OperacinTemperatura en todos los puntos es cte.

AparatosLecho de catalizador, ciclones.

EjemploCatalizador Tostacin minerales

Filtracin

Separacin slido lquido y slido gas.Separacin slido lquido y lquido lquido Separacin de una mezcla de slidos Separacin slido lquido y slido slido Separacin de fases densidad parecida

Retencin de partculas en placa filtrante.Diferencia de densidad, gravedad Diferencia de formas, tamao y densidad . Diferencia de densidades y mojabilidad. Sistema mecnico de rotacin.

- prensa/ placas - rotatorios - centrfugos etc- sedimentador - separador de grasas y aceites - Tanques. - Separacin neumtica - Celda de flotacin, tensoactivos. - centrfugas - ciclones - hidrociclones

Aprovechar slido, turbidez.Tratamiento de efluentes. Uso extendido industrial Mineral

Sedimentacin

Clasificacin hidrulica

Flotacin

Centrifugacin

Uso extendido, petrleo

Fluidizacin y transporte neumticoCirculacin de fluido a travs de un lecho de slidos.


19

FiltracinCirculacin de fluido a travs de un lecho de slidos: separacin slido lquido y slido gas.

SedimentacinMovimiento de slidos en seno de fluidos: separacin slido - lquido y lquido - lquido.


20

Clasificacin hidrulicaSeparacin de una mezcla de slidos.Suspensin

Agua

Agua

Gruesos

Finos

FlotacinSeparacin slido - lquido y slido - slidoEspuma concentrada

Mezcla slidos Ganga y agua

Aire


21

CentrifugacinSeparacin de dos fases de densidad parecida.




22

Operaciones fsicas complementariasDefinicinTrituracin Reduccin del tamao de partcula Reduccin del tamao de partcula. Separacin por tamaos de partculas.

OperacinGrandes trozos se rompen por compresin. Friccin e impacto con mviles. Pasan las partculas de menor tamao por malla.

AparatosMandbulas, rotatorias, de rodillos Molinos de: bola, martillo, barra, chorro. Malla con movimiento de vaivn o vibracin. Recipiente agitado vaivn Pastas: paletas. - A granel, silos, tolvas. -Tanques fijos techo flotante. - Gasmetros, licuados.

EjemploUso extendido industrial. Uso extendido industrial. Uso extendido industrial. Uso extendido industrial.

Molienda

Tamizado

Mezclado de slidos y pastas Almacenaje de materiales Para materias primas, prod. Intermedios o finales Costo del recipiente, del material, volatilidad, etc

TrituracinReduccin del tamao de partcula del slido.


23

MoliendaReduccin del tamao de partcula del slido.

TamizadoSeparacin por tamaos de partculas de una mezcla slida.


24

Mezclado de slidos y pastasHomogenizacin de una mezcla slida.

Almacenaje de materiales


25



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. Aparatos: Reactor Batch Reactor Continuo Agitado (RCA) Reactor Tubular Flujo Pistn (RTFP)


26

Reactores

A P B

Reactor Batch

A P B

RTFP

RCA


27

OperacionesUnitarias

Documents

Transcript of OperacionesUnitarias