2.1 Unidades de proceso: Funciones bsicasEn esta seccin, una
breve descripcin se da de las operaciones unitarias ms utilizadas
en los procesos de ingeniera qumica. La explicacin se centra en las
operaciones tpicas que implican la transferencia de masa a travs de
rutas fsicas o qumicas [1].2.1.1 Divisor (Splitter).Un divisor se
utiliza para dividir la velocidad de flujo en una determinada
corriente en dos o ms corrientes con diferentes velocidades de
flujo. El diagrama esquemtico de un divisor se muestra en la Figura
2.1. En este caso, la composicin de los flujos F1, F2, y F3 es el
mismo desde ninguna operacin se lleva a cabo entre las corrientes
de entrada y de salida. Slo hay un balance de materiales
independiente, incluso en el caso de un sistema de varios
componentes, ya que todas las composiciones son iguales. Caudales
msicos F1, F2, y F3 pueden ser diferentes.2.1.2 Mixer (Mezclador)El
proceso de mezcla tiene las siguientes caractersticas: Hay dos o ms
corrientes de entrar, y slo una corriente de salida resultante de
la mezcla de las corrientes entrantes. Las corrientes pueden estar
en cualquier fase, es decir, gas, lquido o slido. La hoja de flujo
del proceso de mezcla se muestra en la Figura 2.2.2.1.3 Secadora
(directa Calefaccin)El secado es un proceso de transferencia de
masa que resulta en la eliminacin de la humedad por evaporacin a
partir de un slido, semislido, o lquido para producir un estado
slido. Para conseguir esta operacin, el secador se suministra con
una fuente de calor. Vapor se produce en el proceso. El diagrama de
flujo del proceso de secado se muestra en la Figura 2.3. Corriente
de disolvente deja como un vapor puro y est libre de slidos.
Resultantes productos secos estn en fase slida. Slidos secos
pueden no estar libres de disolventes. RSS puede ser slido,
suspensin o solucin.2.1.4 FiltroLa filtracin es una tcnica
utilizada ya sea para eliminar las impurezas de un lquido o para
aislar un slido de un lquido. La filtracin es comnmente un una
operacin fsica que se utiliza para la separacin de slidos a partir
de fluidos (lquidos o gases) mediante la interposicin de un medio a
travs del cual puede pasar nicamente un lquido o mecnica. Una
seccin transversal de la prensa de filtro se muestra en la Figura
2.4. La filtracin tambin se puede utilizar para separar las
partculas que estn suspendidas en un fluido, donde el ltimo puede
ser un lquido, un gas, o un fluido supercrtico. Dependiendo de la
aplicacin, ya sea uno o ambos de los componentes puede ser
aislado.En el proceso de filtracin, el filtrado, el lquido de
salida, es libre de slidos. El filtrado se satur con componentes
solubles. La torta de filtracin se mantiene con
un poco de lquido dejado fuera (ver Figura 2.5). Concentracin de
la corriente 2 y el lquido restante con la torta de filtro es el
mismo.
2.1.5 columna de destilacinLa Figura 2.6 es un diagrama
esquemtico de una columna de destilacin. La destilacin es un mtodo
de separacin de sustancias qumicas basadas en diferencias en sus
volatilidades. Destilacin por lo general forma parte de un proceso
qumico ms grande. En la columna de destilacin, los componentes ms
voltiles son en el destilado, mientras que los componentes menos
voltiles son en los fondos. La separacin se lleva a cabo por
ebullicin. Sin embargo, la separacin perfecta no es posible
[2].Cada bandeja logra una fraccin de la tarea de separacin
mediante la transferencia de las especies ms voltiles a la fase de
gas y las especies menos voltiles a la fase lquida. Material y
balances energticos se pueden realizar en una bandeja individual,
la columna, rehervidor inferior, o la parte superior del
condensador, o de todo el sistema.2.1.6 efecto Multi evaporadorLa
Figura 2.7 es un diagrama esquemtico de un evaporador de tres
efectos. El proceso de evaporacin se utiliza en las diferentes
ramas de la industria para
procesos de alimentos o productos qumicos, en el que se requiere
la concentracin de las soluciones. Tericamente, evaporadores de
mltiple efecto permiten la disminucin del consumo de energa para
una concentracin casi proporcionalmente igual al nmero de efectos
(evaporadores). Sin embargo, de ser caro, evaporadores requieren la
reduccin en el nmero de efectos, con el fin de ser rentable. El
nmero ptimo de efectos se determina generalmente a travs de
clculos.Las especificaciones de un evaporador son similares a los
de un secador, a excepcin de que ambas corrientes de proceso
(pienso y agua de condensacin) son lquidos en el caso de un
evaporador [2,3].
2.1.7 deshumidificacinUn deshumidificador con serpentines de
refrigeracin o de calefaccin internos se muestra en la Figura 2.8.
Es un dispositivo que reduce el nivel de humedad en el aire o una
corriente de gas. Un proceso de deshumidificacin tiene las
siguientes caractersticas: La corriente de alimentacin contiene un
componente condensable y un componente no condensable, y el
condensado es un lquido con slo el componente condensable, tal como
agua en el aire [4].2.1.8 humidificadorHumidificador (Figura 2.9)
es un dispositivo que aumenta la cantidad de humedad en el aire
interior o una corriente de aire. Se opera por permitiendo que el
agua se evapore de una sartn o una superficie humedecida, o
mediante la circulacin de aire a travs de un compartimiento de aire
lavadora que contiene humedad. Humidificador procesos tienen las
siguientes caractersticas: gas de alimentacin se no saturado, el
lquido se evapora en la unidad de proceso, y el producto de salida
pueden o no pueden ser saturados [4].
|2.1.9 Lixiviacin y ExtraccinLa lixiviacin es la extraccin de
materiales a partir de los slidos mediante la disolucin de ellos.
Las industrias de procesos qumicos utilizan la lixiviacin, pero el
proceso generalmente se llama extraccin. La lixiviacin de
materiales txicos en las aguas subterrneas es un importante
problema de salud. Los procesos de extraccin tener las siguientes
caractersticas: Dos disolventes lquidos deben ser inmiscibles y
tienen diferentes gravedades especficas, y al menos un componente
se transfiere de un disolvente a la otra por una diferencia en la
solubilidad. El proceso se llama a menudo la extraccin
lquido-lquido. Si una de las corrientes de alimentacin es un slido,
el proceso se denomina lixiviacin o extraccin lquido-slido (Figura
2.10). En la lixiviacin, el lquido a la que los materiales se
extraen de un vehculo no es siempre un disolvente.2.1.10 Absorbedor
(Stripper)En la absorcin de gas, un componente soluble se absorbe
por el contacto con una fase lquida en la que el componente es
soluble. Un absorbedor es a menudo llamado un depurador (Figura
2.11). Este sistema se utiliza para la absorcin de las impurezas de
una corriente de gas de ciertos componentes, tales como sulfuro de
hidrgeno, dixido de carbono y amonaco, utilizando un disolvente
adecuado. Procesos de absorcin tienen las siguientes
caractersticas: El propsito de la unidad es tener el lquido a
absorber un componente del gas de alimentacin. La corriente de
lquido fluye hacia abajo a travs de la torre debido a la gravedad,
mientras que la corriente de gas se bombea hacia arriba a travs de
la torre. No gas portador se transfiere al lquido. Generalmente, no
disolvente lquido se transfiere a la corriente de gas. La desorcin
es el mismo proceso que la absorcin de gas, excepto que el
componente transferido sale de la fase lquida y entra en la fase
gas.En general, en una torre de absorcin (absorbedor), un gas se
pone en contacto con un lquido de tal manera que uno o ms
componentes en el gas se transfieren en el lquido. Una torre de
separacin (separador) tambin implica un gas en contacto con un
lquido, pero los componentes se transfieren desde el lquido en el
gas.
2.1.11 condensador parcial y Flash separadorUn condensador
parcial se condensa en parte una corriente de vapor. Condensadores
parciales tienen las siguientes caractersticas: La corriente de
alimentacin contiene exclusivamente materiales de vapor
condensables, y corrientes de salida contienen lquido, L, y el
vapor, V, que estn en equilibrio. La condensacin es causada por el
enfriamiento o el aumento de la presin (Figura 2.12). El lquido y
el vapor que emerge desde el condensador parcial se separan
mediante un separador flash.2.1.12 flash SeparadorSeparador flash
divide un alimento lquido en al vapor y los productos en fase
lquida (Figura 2.13). Unidades Flash tienen las siguientes
caractersticas: El proceso es el mismo que el de un condensador
parcial, excepto que la alimentacin es un lquido, y la vaporizacin
es causada por la reduccin de la presin o por calentamiento.
Corrientes de vapor y de lquido estn en equilibrio [6].
2.1.13 cristalizadoresCristalizadores se utilizan en la
industria para lograr la separacin lquido-slido. El proceso para un
cristalizador implica una combinacin cristalizador-filtro para
separar cristales slidos a partir de una solucin (Figura 2.14).
Cristales slidos se forman en la unidad por un cambio en la
temperatura. La cristalizacin es capaz de generar productos de alta
pureza con una entrada de energa relativamente baja [5].2.1.14
ReactoresUn reactor qumico lleva a cabo una reaccin qumica que
convierte las especies moleculares en la entrada (por el cual una
especie pierde su identidad) a diferentes especies moleculares en
la salida. La figura 2.15 muestra un reactor tpico que tiene dos
corrientes de alimentacin reactivo y una corriente de reciclaje. Un
reactor es a menudo nombrado por la reaccin qumica que tiene lugar
dentro de ella. Un reactor es a veces precedida por una mezcladora
ficticio, si se especifica la alimentacin del reactor combinado o
debe ser determinado. Varias corrientes de salida se muestran para
recordarle que debe ver para los flujos que separan a causa de sus
diferentes fases [5].Hay varios tipos de reactores utilizados en la
industria. Los ms comunes son el reactor discontinuo, un reactor de
flujo de pistn (PFR), reactor de lecho empacado (PBR), un reactor
continuo de tanque agitado (CSTR), y el reactor de lecho
fluidizado.
2.1.15 Reactor por lotesUn diagrama esquemtico simplificado de
un reactor discontinuo se muestra en la Figura 2.16. El contenido
del reactor se carga a la vez y de forma continua mixta. Las
caractersticas clave de un reactor discontinuo son la operacin en
estado estacionario (por definicin) y uniformidad espacial de la
concentracin y la temperatura (perfectamente mezclado); es decir,
el reactor es un sistema de parmetros concentrados. Operacin por
lotes es principalmente utilizado para la produccin a pequea escala
y es adecuado para reacciones lentas. Un reactor discontinuo es
principalmente (no exclusivamente) para las reacciones en fase
lquida con grandes tiempos / de limpieza de carga-en [5].
2.1.16. PFR y derechos de obtentorLas caractersticas clave de un
PFR son de estado estacionario operacin [6], la variacin de la
concentracin y la temperatura en el espacio, no hay mezcla a lo
largo del reactor, pero la mezcla completa en la direccin radial
del reactor; PBR es adecuado para reacciones rpidas y se utiliza
principalmente para las reacciones en fase gaseosa con control de
temperatura, difcil y no hay partes mviles (Figura 2.17).2.1.17
CSTR y reactor de lecho fluidizadoLa figura 2.18a muestra el
diagrama de un CSTR donde las corrientes de entrada y salida se
alimentan y retiran de forma continua, respectivamente. Los
reactores de lecho fluidizado a veces son tratados como reactores
de tanque agitado (Figura 2.18b). Las caractersticas clave de un
CSTR son operacin, una buena mezcla de estado estable que conduce a
la concentracin espacialmente uniforme y la temperatura, y la
condicin de la corriente de salida es el mismo que la condicin en
el reactor. CSTR se utiliza para las reacciones en fase lquida y es
adecuado para lquidos viscosos.
