TEMA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES BÁSICAS Objeto de la Ingeniería Química Definiciones: Little, 1932A.I.Ch.E., 1961 Cathala y Letort,

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


OBJETIVO FINAL

MATERIAS PRIMAS

PRODUCTOS ÚTILES


OBJETIVO FINAL

MATERIAS PRIMAS

PROCESOS FÍSICOS-QUÍMICOS

PRODUCTOS ÚTILES


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


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


•Ciencia de los Materiales

•Termotecnia

• Electrotecnia

• Ingeniería Bioquímica

• Tecnología Medioambiental


1.2 DEFINICIÓN DE OPERACIÓN BÁSICA

•Separación de sólidos por filtración

•Separación de líquidos por destilación

•Evaporación

•Secado

Destilación:

Fermentación

Petróleo

Química orgánica


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)


1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES BÁSICAS

Ley de conservación

MATERIA


ENERGÍA


CANTIDAD DE MOVIMIENTO


1.4 OPERACIONES CONTINUAS, DISCONTINUAS Y SEMICONTINUAS

Operación continua



Operación discontinua



Operación semicontinua



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.



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


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.


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)


1.5 EJEMPLOS

SEDIMENTACIÓN


1.5 EJEMPLOS

ABSORCIÓN-DESORCIÓN


1.5 EJEMPLOS

INTERCAMBIO IÓNICO


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 %?.


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?.


PROBLEMAS


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



PROBLEMA 3

Ósmosis Inversa

Agua contaminada

4.000 kg/h

4 %

Agua de rechazo

Agua purificada

1.200 kg/h, 0,3 %

S


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.


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


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.


PROBLEMA 5

REACTOR SEPARADORA F

R

Aire

P

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