TEMA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES BÁSICAS
Objeto de la Ingeniería Química
Definiciones:
Little, 1932 A.I.Ch.E., 1961
Cathala y Letort, 1965
Rase y Barrow, 1968
I.Ch.E., 1982
Peters, 1984
Scriven, 1987
Títulación Ingeniería Química , 1992
1.1 GENERALIDADES SOBRE INGENIERIA QUIMICA
TEMA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES BÁSICAS
OBJETIVO FINAL
MATERIAS PRIMAS
PRODUCTOS ÚTILES
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OBJETIVO FINAL
MATERIAS PRIMAS
PROCESOS FÍSICOS-QUÍMICOS
PRODUCTOS ÚTILES
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Estructura de la Ingeniería Química
RESIDUOS
MEDIO AMBIENTE
PLANTA TRATAMIENTO
RESIDUOS
ESQUEMA GENERAL - PROCESO QUIMICO-INDUSTRIAL
MATERIAS PRIMAS
PRODUCTOS
OPERACION BASICA FISICA
REACCION QUIMICA
OPERACION BASICA FISICA
R e c i r c u l a c i o n
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FENOMENOS DE
TRANSPORTE
CONTROL Y DINAMICADE SISTEMAS
BASICAS
TERMODINAMICA
BASICAS
INGENIERIA DE
LA REACCION
QUIMICA
ECONOMIA
SECTORES DE LA INGENIERIA QUIMICA
OPERACIONES
BASICAS
INGENIERIA DE
LA REACCION
QUIMICA
INGENIERIA DE PROCESOS
QUIMICA INDUSTRIAL
SECTORES COMPLEMENTARIOS
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•Ciencia de los Materiales
•Termotecnia
• Electrotecnia
• Ingeniería Bioquímica
• Tecnología Medioambiental
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1.2 DEFINICIÓN DE OPERACIÓN BÁSICA
•Separación de sólidos por filtración
•Separación de líquidos por destilación
•Evaporación
•Secado
Destilación:
Fermentación
Petróleo
Química orgánica
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1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES BÁSICAS
Modificando su masa o composición (separación de fases, mezcla, reacción química, etc.)
Modificando el nivel de energía que posee (enfriamiento, evaporación, aumento de presión, etc.)
Modificando sus condiciones de movimiento (aumentando o disminuyendo su velocidad o su dirección)
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1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES BÁSICAS
Ley de conservación
MATERIA
Ley de conservación
ENERGÍA
Ley de conservación
CANTIDAD DE MOVIMIENTO
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1.4 OPERACIONES CONTINUAS, DISCONTINUAS Y SEMICONTINUAS
Operación continua
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1.4 OPERACIONES CONTINUAS, DISCONTINUAS Y SEMICONTINUAS
Operación discontinua
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1.4 OPERACIONES CONTINUAS, DISCONTINUAS Y SEMICONTINUAS
Operación semicontinua
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1.4 OPERACIONES CONTINUAS, DISCONTINUAS Y SEMICONTINUAS
VENTAJAS OPERACIONES CONTINUAS
• Eliminación de los periodos de carga y descarga
• Fácil recuperación de calor y del frío
• Reducción de la mano de obra debido a la normal automatización de este tipo de operaciones
• Condiciones de trabajo más higiénicas
• Mayor uniformidad de los productos.
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1.4 OPERACIONES CONTINUAS, DISCONTINUAS Y SEMICONTINUAS
INCONVENIENTES OPERACIONES CONTINUAS
• Necesidad de uniformidad de composición de las materias primas
• Puesta en marcha a veces complicada
• Equipo más delicado y caro
• Difícil adaptación de la producción al consumo
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1.5 CONTACTO ENTRE FASES NO MISCIBLES. ETAPA IDEAL O DE EQUILIBRIO
Métodos de contacto entre fases no miscibles. a) Operación continua. Flujo paralelo. Contacto ininterrumpido. b) Operación continua. Flujo contracorriente. Contacto ininterrumpido. c) Operación continua. Flujo cruzado. Contacto ininterrumpido. d) Operación continua. Flujo contracorriente. Contacto intermitente.
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1.5 CONTACTO ENTRE FASES NO MISCIBLES. ETAPA IDEAL O DE EQUILIBRIO
ETAPA
IDEAL
Lo, xo
L, xe
Vo, yo V, ye
Relación de equilibrio:
ye = f (xe)
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1.5 EJEMPLOS
SEDIMENTACIÓN
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1.5 EJEMPLOS
ABSORCIÓN-DESORCIÓN
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1.5 EJEMPLOS
INTERCAMBIO IÓNICO
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PROBLEMAS
PROBLEMA 1:
Una columna de absorción de SO2 se diseña
para producir una disolución acuosa de SO2.
Si el agua de entrada contiene 5 % de SO2 el
agua de salida 20 % de SO2, ¿qué cantidad
de disolución al 5 % se necesita para obtener 100 kg/h de disolución de SO2 al 20
%? ¿Qué cantidad de gases se deben tratar si los gases entrantes contienen 60 % en peso de SO2 y los salientes 2 %?.
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PROBLEMA 1
GASES, SO2
y1: 0.60
GASES, SO2
y2: 0.02
Agua , x2: 0.05
Agua, x1: 0.20
100 kg/h
1
2
PROBLEMA 2:
Un filtro prensa contiene 20 marcos que se usarán para filtrar unos lodos que tienen 10 kg de sólido seco por 100 kg de mezcla sólido-líquida. Las dimensiones interiores de cada marco son 50 cm por 50 cm por 2,5 cm de grueso. La torta formada en la filtración es incompresible y contiene 0,7 kg de sólido seco por kg de torta. ¿Cuántos kg de filtrado libre de sólidos pueden obtenerse antes de que el filtro se llene con una torta húmeda que tiene una densidad de 1440 kg/m3?.
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PROBLEMAS
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PROBLEMA 2
50 cm
50 cm
2,5 cm
PROBLEMA 3:
Supóngase que en una planta de descontaminación por ósmosis inversa se tratan 4.000 kg/h de una disolución contaminada con un 4 % en peso de compuesto nocivo, y que las condiciones de operación son tales que se obtienen 1.200 kg/h de agua purificada con un 0,3 % en peso de contaminante. Se desea calcular el caudal volumétrico y la concentración de contaminante del agua de rechazo.
PROBLEMAS
TEMA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES BÁSICAS
TEMA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES BÁSICAS
PROBLEMA 3
Ósmosis Inversa
Agua contaminada
4.000 kg/h
4 %
Agua de rechazo
Agua purificada
1.200 kg/h, 0,3 %
S
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PROBLEMAS
PROBLEMA 4:
En la sección donde se prepara la carga de alimentación para una planta manufacturera de gasolina se elimina el isopentano de la gasolina. Considerando el diagrama propuesto, determinar qué cantidad de corriente de alimentación se mezcla con la corriente de producto sin pasar a través de la columna.
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PROBLEMA 4
Columna deisopentano
W ( i-pent)
F = 100 kg/h
n-pent: 80 %
i-pent: 20 %
P n-pent: 90 %
i-pent: 10 %
Y
x1
x28,88 kg/h
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PROBLEMAS
PROBLEMA 5:
Se desea diseñar una instalación para producir 30 t/día de anhídrido ftálico por oxidación de o-xileno con aire. Operando a 603 K y con una relación de 30 moles de oxígeno por mol de o-xileno, se transforma un 46,5 % de éste en anhídrido ftálico, un 0,26 % en o-tolualdehido y un 5,8 % en anhídrido maleico, quemándose un 25 % a dióxido de carbono. El o-xileno no reaccionado se separa y se devuelve al reactor. Calcular:
a) Caudal de o-xileno fresco que debe alimentarse
b) Caudal de aire a 298 K y 101,33 kN/m2.
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PROBLEMA 5
REACTOR SEPARADORA F
R
Aire
P