Operaciones Unitarias

OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERÍA QUÍMICA.

1 Encabezado

La ingeniería química trata de procesos industriales en los que las materias primas se transforman o separan en productos útiles. Estos procesos en la actualidad son muy complejos y diversos , y no resulta práctico abarcar toda a matería que comprende la ingeniería quimica bajo una sola denominación, sino que se divide arbitrariamente en una serie de sectores adecuados. Un método muy conveniente para organizar la materia de estudio que abarca la ingeniería quimica se basa en dos hechos :

1. Aunque el número 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.

2. Las operaciones individuales poseen técnicas comunes y se basan en los mismos principios científicos.

Por ejemplo, en la mayor parte de los procesos es preciso mover sólidos y fluidos , transmitir calor un otras formas de energía desde una substancia a otra, y realizar operaciones tales como secado,molienda,destilación y evaporación.

Una operación unitaria es cada una de las operaciones o etapas individuales con una función específica diferenciada que , coordinadas, permiten llevar a cabo un proceso químico-industrial. Estas operaciones ,que se repiten en los diferentes procesos químicos, se basan en principios científicos comunes y tienen técnicas de cálculo semejantes independientemente de la industria en la que se apliquen y del producto que esté siendo obtenido.

Las operaciones unitarias más comunes se producen en Reactores, intercambiadores de Calor, bombas, mezcladores y separadores, y en cada operación unitaria se cambian las condiciones de una determinada cantidad de materia de una o más de las siguientes formas:

Modificando su masa o composición

Modificando el nivel o calidad de la energía que posee

Modificando sus condiciones de movimiento

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

Caso

Mecanismo

Gradiente impulsor

Transferencia de masa

Difusión

Concentración

Transferencia de calor

Conducción , convección y/o radiación

Temperatura

Transferencia de cantidad de movimiento

Rozamiento

Velocidad

El número de las operaciones básicas no es muy grande, generalmente solo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado.

Existen varias formas de clasificar estas operaciones unitarias,una de ellas consiste en separarlas en operaciones continuas,discontinuas y semicontinuas, que es la forma que hemos estudiado en esta asignatura.

Operaciones continuas :Operación que transcurre continuamente, sin etapas de carga y descarga

Operaciones discontinuas: Operaciones que constan de una fase inicial (carga) , una fase de transformación y una fase final (descarga), que transcurre por tanto en régimen no estacionario.

Operaciones semicontinuas: Operaciones en las que unos componentes siguen el proceso de una operación discontinua ( carga,transformación y descarga) mientras que otros entran y salen en una corriente permanente durante la transformación,como en una operación continua.

Podemos clasificar las operaciones uniarias de la siguiente forma :

Transferencia de masa : Absorción ,destilación , extracción , adsorción , intercambio iónico

Transferencia de calor : intercambiador de calor, hornos ,Aerorrefrigerante , evaporadores, condensadores, acumuladores de calor, placas solares

Transferencia de calor y masas simultáneas : Cristalización, secado, liofilización, torres de enfriamiento.

TIPOS DE OPERACIONES UNITARIAS

Transporte de flujos: compresores, bombas, fluidización y transporte neumático.

Separación:Filtración, sedimentación, Clasificación hidráulica, flotación, centrifugación, Ósmosis inversa.

Operaciones físicas complementarias: trituración, molienda, tamizado, mezclado, almacenaje de materiales

Reactores

Transferencia de masa:

Destilación: operación de separación controlada por la transferencia de materia que consiste en separar dos o más componentes que forman parte de una mezcla líquida mediante la aplicación de calor (agente separador). Es indispensable que los componentes hiervan a diferentes temperaturas, el más volátil es el que tiene mayor tendencia a vaporizarse. Cuando se lleva a cabo la destilación a reflujo se denomina rectificación. Se lleva a cabo en columnas que tienen fundamentalmente dos corrientes:

1. - Producto de cabezas o destilado: Vapor que sale por la parte superior.

2. - Producto de colas o residuo: Líquido que sale por la parte inferior.

Absorción : Operación unitaria controlada por la transferencia de materia basada en la separación de varios componentes de una mezcla gaseosa. El agente separador es un líquido ajeno a la mezcla gaseosa. Se llevan a cabo en columnas de absorción y puede ser física o química.

Extracción: operación de separación. Consiste en separar un componente que forma parte de una mezcla líquida por acción de un agente ajeno a la mezcla afín a alguno de los componentes.

La separación nunca es al 100%, ambas fases tienen 3 componentes.

En la industria, se llevan a cabo en columnas que operan en régimen continuo o discontinuo. Para el caso de continuo:

Adsorción: es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen. Es decir es un proceso en el cual un contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua por contacto con una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción.

Intercambiadores de iones: El intercambio iónico es un intercambio de iones entre dos electrolitos o entre una disolución de electrolitos y un complejo. En la mayoría de los casos se utiliza el término para referirse a procesos de purificación, separación, y descontaminación de disoluciones que contienen dichos iones, empleando para ello sólidos poliméricos o minerales dentro de dispositivos llamados intercambiadores de iones.

Los intercambiadores de iones suelen contener resinas de intercambio iónico (porosas o en forma de gel), zeolitas, montmorillonita, arcilla y humus del

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