Operaciones unitarias introducción ingeniería química

1. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 1
3. Análisis de Procesos:
Operaciones Unitarias
Las operaciones unitarias son cada una de las
acciones necesarias de transporte, adecuación y/o
transformación.
Operaciones Unitarias
El número de estas operaciones básicas no es muy
grande y generalmente sólo unas cuantas de ellas
intervienen en un proceso determinado.
Los procesos químicos siempre pueden subdivirse en
unidades básicas llamadas operaciones unitarias…

2. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 2
Tipos de
Operaciones
Unitarias
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 Masa
simultáneamente
Cristalización
Secado
Liofilización
Torres de
enfriamiento
Transporte de
flujidos
Compresores
Bombas
Fluidización y
transporte
neumático
Separación
Filtración
Sedimentación
Clasificación
hidráulica
Flotación
Centrifugación
Ósmosis inversa
Operaciones
físicas
complementarias
Trituración
Molienda
Tamizado
Mezclado
Almacenaje
materiales
Reactores
Procesos / Operaciones
reactores intercambiadores bombas separadoresmezcladores
Las operaciones unitarias mas comunes se producen en:
las cuales existen en una variedad de formas distintas.

3. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 3
En cada proceso / 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
Procesos / Operaciones
Cada operación unitaria tiene una fuerza impulsora, un
gradiente en alguna propiedad, que da cuenta del mecanismo
principal de transferencia:
Operaciones Unitarias
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

4. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 4
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Operaciones Unitarias
Definición Operación Aparatos Ejemplos
Destilación Separar mezcla
liq. por dif.en
volatilidad.
simple, súbita,
rectificación,
extractiva.
-col. de platos:
- col. de relleno
(packing towers).
Petróleo,
solventes,
licores.
Absorción Purificar gas de
un comp. por
contacto con
líq.
- similar destilación
- torres
- centrífugos
Eliminación
de gases
ácidos de
corrientes.
Extracción
(lixiviación
o lavado)
Mezcla (liq-liq o
sol-liq) en
disolvente
selectivo.
-contacto por
etapas
- contacto
continuo
-columnas
-- Soxhlet
Petróleo,
extracción
de aceites,
lixiviado de
minerales.
Adsorción Eliminar comp.
de fase fluida
mediante sólido
que lo retiene.
- lecho fijo
Alumina, silica
gel, carbón
- columnas de
lecho fijo en
paralelo
Secar
gases, olor,
solventes..
Intercambi
o iónico
Sustitución de
iones de
disolución por
otros en sólido.
- resina
catiónica
- resina aniónica
- dos columnas
para operación y
regeneración
Ablandar
agua,
desminera-
lización.
Transferencia de masa

5. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 5
Destilación
Separación de componentes de una mezcla líquida en base a su
diferente volatilidad (presiones de vapor)
Absorción
Purificar gas de un componente poniendo en contacto con solvente líquido

6. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 6
Extracción
Disolución de un componente de una mezcla (liq.-liq. o sol.-liq.) en
disolvente selectivo.
Adsorción
Eliminar un componente de fase fluida mediante un sólido que lo retiene.

7. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 7
Intercambio iónico
Sustitución de iones de disolución por otros con la misma carga que están
en sólido.
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Operaciones Unitarias

8. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 8
Hornos Sólido o fluído Radiacion. Comb.:
carbón, fuel, gas.
Craqueo de nafta.
Definición Operación Ejemplos
Intercambiador
de calor
Intercambio entre
fluidos
Tubos concéntricos
Carcasa y tubos
Placas
Uso extendido en
la industria
Aerorrefrigerant
es
Fluído con aire
ambiente
Ventiladores, tiro
inducido o forzado.
Con corrosión o el
agua es cara.
Evaporadores Concentrar una
disolución
Simple y múltiple
efecto.
Conc. de leche,
agua desanilizada
Condensadores Condensación de
vapor por líquido frío.
Idem Anteriores Uso extendido en
la industria.
Acumuladores
de calor
Recuperar calor de
corrientes de gas.
Apilamientos de
materiales como
ladrillos, piedras o
virutas metálicas.
Hornos de
fabricación de
vidrio.
Placas solares Calor del sol calienta
agua
Radiación atraviesa
cristal que incide
sobre serpentín.
Transferencia de calor
Intercambiadores de calor (1)
Doble tubo:

9. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 9
Intercambiadores de calor (2)
Carcasa y tubos:
Intercambiadores de calor (3)
Placas:

10. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 10
Hornos
Aerorefrigerantes

11. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 11
Evaporadores
Acumulador de calor

12. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 12
Placas solares
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Operaciones Unitarias

13. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 13
Definición Operación Aparatos Ejemplo
Acondicionamien
to de gases o
enfriamiento de
líquidos.
Modifica
humedad /
temperatura
de aire o agua.
Pone en
contacto aire
con agua, o
con gas no sat.
Torres de
enfriamiento.
Central
térmica
Cristalización Formación
cristal sólido
en sol. líq.
sobresaturada.
Actúa por
sobresaturado
o diferencias de
temp.
cristalizadores
- de tanque
- evaporadores
- de vacío
Purificar
productos
obtener
cristales.
Secado Reducción de
contenido de
líq. en sólido.
Contacto
- directo
- continuo
- de bandejas
- rotativos
- evap. súbita
Uso
extendido
industrial.
Liofilización
criodeshidrataci
ón
Eliminación de
agua de
sólido,
sublimación.
Alto vacío,
temp. Menor al
PF del agua.
-Placas planas
calientes,
bandejas
Café
soluble,
fármacos.
Transferencia simultánea de calor y masa
Acondicionamiento de gases
Modificar humedad y temperatura de corriente de aire o de agua.

14. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 14
Enfriamiento de Líquidos
Modificar humedad y temperatura de corriente de aire o de agua.
Cristalización
Separación de un componente mediante la formación de sólidos cristalinos
en disoluciones líquidas sobresaturadas.

15. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 15
Secado
Reducción de contenido de líquido (en general agua) en un sólido.
Liofilización
Eliminación de agua de un sólido por sublimación.

16. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 16
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Operaciones Unitarias
Circulación de fluidos: bombas
Definición Aparatos
Conducciones Transporte desde y hasta las
operaciones del proceso.
- Canales abiertos
- Sección circular: tuberías
- Sección cuadrada
Compresores Incrementar la presión, por
medio del suministro de
energía mecánica.
-alternativos
- rotativos
- axiales
Bombas Impulsar líquidos, por medio
del suministro de energía
mecánica
-Centrifugas
- Desplazamiento positivo:
- alternativas o de pistón
- rotatorias (engranajes, aletas,
excéntricas)
- peristálticas
- tornillo
Válvulas Regular el caudal de fluido
por una conducción
Rozamiento adicional al sistema

17. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 17
Conducciones
Transporte desde y hasta las distintas operaciones del proceso.
Bombas
Impulsar líquidos, por medio del suministro de energía mecánica

18. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 18
Compresores
Incrementar la presión, por medio del suministro de energía mecánica.
Válvulas
mariposa esférica (de bola)
de asiento de compuerta de retención
Regular el caudal de fluido por una conducción

19. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 19
Definición Operación Aparatos Ejemplo
Fluidización y
transporte
neumático
Circulación de
fluído por
lecho sólidos
Temperatura
en todos los
puntos es cte.
Lecho de
catalizador,
ciclones.
Catalizador
Tostación
minerales
Filtración Separación
sólido líquido y
sólido gas.
Retención de
partículas en
placa filtrante.
- prensa/ placas
- rotatorios
- centrífugos etc
Aprovechar
sólido,
turbidez.
Sedimentación Separación
sólido líquido y
líquido líquido
Diferencia de
densidad,
gravedad
- sedimentador
- separador de
grasas y aceites
Tratamiento
de efluentes.
Clasificación
hidráulica
Separación de
una mezcla de
sólidos
Diferencia de
formas,
tamaño y
densidad .
- Tanques.
- Separación
neumática
Uso
extendido
industrial
Flotación Separación
sólido líquido y
sólido sólido
Diferencia de
densidades y
mojabilidad.
- Celda de
flotación,
tensoactivos.
Mineral
Centrifugación Separación de
fases densidad
parecida
Sistema
mecánico de
rotación.
- centrífugas
- ciclones
- hidrociclones
Uso
extendido,
petróleo
Transporte de cantidad de movimiento
Fluidización y transporte neumático
Circulación de fluido a través de un lecho de sólidos.

20. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 20
Filtración
Circulación de fluido a través de un lecho de sólidos:
separación sólido líquido y sólido gas.
Sedimentación
Movimiento de sólidos en seno de fluidos:
separación sólido - líquido y líquido - líquido.

21. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 21
Clasificación hidráulica
Suspensión
Agua
Gruesos
Finos
Agua
Separación de una mezcla de sólidos.
Flotación
Espuma
concentrada
Mezcla
sólidos
Ganga y
agua
Aire
Separación sólido - líquido y sólido - sólido

22. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 22
Centrifugación
Separación de dos fases de densidad parecida.
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Operaciones Unitarias

23. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 23
Operaciones físicas complementarias
Definición Operación Aparatos Ejemplo
Trituración Reducción del
tamaño de
partícula
Grandes trozos
se rompen por
compresión.
Mandíbulas,
rotatorias, de
rodillos
Uso
extendido
industrial.
Molienda Reducción del
tamaño de
partícula.
Fricción e
impacto con
móviles.
Molinos de:
bola, martillo,
barra, chorro.
Uso
extendido
industrial.
Tamizado Separación
por tamaños
de partículas.
Pasan las
partículas de
menor tamaño
por malla.
Malla con
movimiento de
vaivén o
vibración.
Uso
extendido
industrial.
Mezclado de
sólidos y pastas
Recipiente
agitado vaivén
Pastas: paletas.
Uso
extendido
industrial.
Almacenaje de
materiales
Para materias
primas, prod.
Intermedios o
finales
Costo del
recipiente, del
material,
volatilidad, etc
- A granel,
silos, tolvas.
-Tanques fijos
techo flotante.
- Gasómetros,
licuados.
Trituración
Reducción del tamaño de partícula del sólido.

24. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 24
Molienda
Reducción del tamaño de partícula del sólido.
Tamizado
Separación por tamaños de partículas de una mezcla sólida.

25. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 25
Mezclado de sólidos y pastas
Homogenización de una mezcla sólida.
Almacenaje de materiales

26. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 26
 Transferencia de masa
 Transferencia de calor
 Transferencia simultánea de calor y masa
 Transporte de cantidad de movimiento
 Operaciones físicas complementarias
 Reactores
Operaciones Unitarias
Reactores
Propósito:
Equipos donde se llevan a cabo las reacciones químicas
Aparatos:
Reactor Batch
Reactor Continuo Agitado (RCA)
Reactor Tubular Flujo Pistón (RTFP)
Operación:
Según el modelo de flujo, reactores de mezcla perfecta – reactores de
flujo de pistón.

27. Introducción a la Ingeniería Química – 2do sem 2010 27
Reactores
A
B
P
A
P
B
Reactor Batch
RCARTFP