Fundamentos de Procesos Industriales

FUNDAMENTOS DE PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES

Procesos Químicos Industriales

Procesos químicos: Materia prima Productos

Deben ser útiles, y generar un beneficio.El mejor cliente es la industria misma. Los

productos de una pueden ser la materia prima de otros.

La I.Q. nace como disciplina en 1910 en el MIT, como necesidad de crear un enfoque adecuado para el diseño de plantas químicas (operaciones unitarias y “procesos unitarios” sugeridos inicialmente por Groggins en 1930).

DESARROLLO SOSTENIBLE Y SOSTENIBILIDAD

DESARROLLO SOSTENIBLE

COMPONENTE SOCIO-CULTURAL

COMPONENTE ECONÓMICO

COMPONENTE AMBIENTAL

Fuente: Mariana Loayza. 2007Bienestar socio – cultural - económico (y

equidad)

Materias primas para

la producción industrial y

sumidero de residuos y desechos

industriales

Calidad devida y

derechoshumanos

¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL?

Chuquicamata, Chile

¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL?

1. Conjunto de etapas requeridas para que las materias primas e insumos se transformen en productos, subproductos y residuos.

2. Las etapas de un proceso industrial son actividades unitarias, donde se dan cambios físicos, trasformaciones químicas o ambos, de acuerdo a determinadas condiciones de operación: presión, temperatura y otras.

3. Existe un rendimiento, una conversión y una selectividad, dependiendo de la actividad unitaria.

4. Cada actividad unitaria requiere un equipo principal y equipos complementarios.

5. El proceso industrial es conceptual y se operativiza en una instalación industrial (planta).

FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO DE UN PROCESO SOSTENIBLE (PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE)

PROCESOS INDUSTRIALESSOSTENIBLES

PRINCIPIOS DE LA

INGENIERÍAQUÍMICA

INGENIERÍAVERDE

QUÍMICAVERDE

DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA

CUNA

BIOMIMETISMO

ECOLOGÍAINDUSTRIAL

FUNDAMENTOS

BIOMIMETISMO(Janine Benyus, 1997)

El biomimetismo se inspira en la naturaleza para poder tomar ideas y resolver problemas.

En la hoja de una planta, minúsculos reactores realizan la función fotosintética y la falla de uno o varios de estos reactores, no induce en ningún caso a la falla global del proceso. Por ello, se está buscando la intensificación de los procesos utilizando microrreactores.

DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA CUNA

(Mc Donough y Braungard, 2002)

• Reconcepción de los sistemas y de sus problemas.• La reconcepción es más beneficiosa que la reingeniería y

esta a su vez de la simple optimizaciónB

EN

EFI

CIO

S

INVERSIÓN

Reconcepción del problema

Reingeniería del sistema

Optimización del sistema actual

ECOLOGÍA INDUSTRIAL

En la naturaleza los “residuos” no existen como tales, ya que los desechos de unos individuos son los alimentos (y fuente de energía) de otros (cadenas tróficas).

Los procesos industriales deben encadenarse productivamente.

Se deben utilizar energías renovables, siempre que sea posible.

PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PROCESOS Y PLANTAS

INDUSTRIALES

• Selección de etapas para transformar las materias primas e insumos en productos y subproductos, mediante el consumo racional de energía.

• Selección de equipos para favorecer la transferencia de masa y energía.

• Diseño de equipos para efectuar reacciones químicas con elevados rendimientos.

• Minimización de costos asociados a la producción, sin descuidar los costos ambientales (control de contaminantes, tratamiento de residuos y manejo de desechos).

LA QUÍMICA VERDE Y LA SÍNTESIS IDEAL

Utiliza materiales fácilmente disponibles

Reacción simple

Operaciónsegura

Rendimiento del 100%

Minimiza lacantidad desolventes

Un sólo paso

Ceroresiduos

Ambiental-mente

saludable

SÍNTESIS IDEAL

Etapas del proceso industrial

Preparación de materias primas

Alimentación al proceso

Transformación

SE

PA

RA

CIÓ

N

Productos finales

Subproductos

Recepción de materias primas

Almacenamiento

Almacenamiento

DesechosOtro proceso

Transformaciones FísicasCambio de estado: Evaporación, condensación,

licuefacción, sublimación, congelación, fusión.

Reducción de tamaño: Trituración o molienda. Cambio de propiedades: Expansión,

Compresión, calentamiento o enfriamiento.

Transformaciones QuímicasAlcohólisis, aminaciónCalcinación, combustiónDeshidratación, deshidrogenaciónEsterificación, fermentación, halogenación,

hidrogenaciónHidrólisis, intercambio iónico, neutralización,

nitraciónOxidación, pirólisis, polimerizaciónSulfonación y sulfatación, etc…

Parámetros químicos básicos

Conversión: Que tanta materia prima reacciona y se transforma.

Rendimiento: Que fracción de la materia prima transformada lo hace al producto final de interés

CINETICA

Medición más fácil.Instrumentación más

barata.Pequeñas cantidades.Control de variables es

más díficil.Menos uniforme en la

calidad.

Cantidades más grandes

Equipos más pequeñosInstrumentación más

costosa.Más estables.Calidad mucho más

uniforme

Procesos por lotes vs. Procesos continuos

Diagramas de flujo

Tanque

Válvula

Válvula de control

Reactor

Bomba

Columna de platos

Columna empacada

Intercambiador de tubos y coraza

Filtro

AlmacenamientoFluidos: Tanques (Cilíndricos de fondo plano,

hemiesférico y cónico, esféricos)

Sólidos: Apilamiento, Silos, Bodegas

Objetivo: Preservar las propiedades de los productos por un largo tiempo.

AlmacenamientoTanques Cilíndricos de fondo plano: Líquidos sin

sólidos en suspensión.Tanque Cilíndricos de fondo cónico: Suspensiones

con sólidos (decantadores)Tanques cilíndricos de fondo hemiesférico o

tanques esféricos: Gases a media y alta presión.

Manejo de residuosProducción más limpia: Reciclaje de los

subproductos al procesoAlmacenamiento en zonas seguras y aisladasTratamiento antes del vertimiento a fuentes

superficiales de agua o suelo.Evitar lixiviación o volatilización de los desechos.Buscar una utilidad práctica que pueda ser

redituable.

ResumenDefinir el beneficio del producto final del proceso.Establecer las etapas de proceso de fabricación

del producto.Esquematizar el proceso con un diagrama de flujo

sencillo que describa todas las etapas.Elegir adecuadamente la forma de

almacenamiento del producto final y de la disposición de los subproductos o residuos del mismo.

CONCLUSIONES

1. Los nuevos procesos industriales deben diseñarse tomando en cuenta los principios de la ingeniería química, la química verde, la ingeniería verde, el diseño integrado de la cuna a la cuna, el biomimetismo y la ecología industrial, entre otros.

2. Los procesos existentes deben hacerse sostenibles mediante el uso racional de los recursos naturales, potenciando el uso de catalizadores, sustituyendo o minimizando los componentes peligrosos, generando una menor cantidad de residuos y en caso de producirlos aprovecharlos, es decir transformarlos en subproductos.

3. Los procesos sostenibles debe ser seguros, tanto para los que trabajan en las plantas industriales como para la comunidad.

4. Los procesos industriales deben contribuir al logro del desarrollo sostenible, que es un nuevo modelo de desarrollo que busca la sostenibilidad (equilibrio de los componentes económicos, sociales y ambientales).

BibliografíaAustin, G. Manual de los Procesos Químicos

de la Industria. McGraw Hill. 1ra ed. en español. México, 1992.