Este documento describe los procesos y operaciones químicas, incluyendo procesos químicos que transforman materias primas en productos finales a través de operaciones unitarias y procesos unitarios. También explica los tipos de procesos químicos continuos y discontinuos, así como las representaciones comunes como diagramas de bloques y flujo para modelar procesos.

1. PROCESOS Y OPERACIONES QUIMICAS ¿Qué son, y para que sirven ?

2. PROCESO QUIMICO Conjunto de Operaciones físicas y/o químicas ordenadas para la transformación de unas materias primas iniciales en productos finales diferentes MATERIAS PRIMAS PROCESO QUIMICO PRODUCTO TERMINADO Operaciones Físicas Operaciones Químicas OPERACIONES UNITARIAS

4. Leyes conservativas que gobiernan un proceso químico: Ley de Conservación de la Materia :   masa inicial =  masa final Ley de Conservación de la Energía :   energía inicial =  energía final Ley de Conservación de la Cantidad de Movimiento :   m1 . V1 + m2 . V2 ) inicial =  (m1 . V1 + m2 . V2) final

5. Operaciones Unitarias y Procesos Unitarios Pasos para obtener un producto en un Proceso Químico: # Antes : generalmente se producen cambios físicos. Las materias primas deben acondicionarse antes de entrar al proceso # Durante: generalmente hay uno o varios reactores donde suceden las reacciones químicas # Después: los productos obtenidos deben acondicionarse para poder salir al mercado En general las operaciones que producen cambios físicos se denominan: OPERACIONES UNITARIAS . Las que producen cambios químicos se conocen como: PROCESOS UNITARIOS

11. Venta del Producto … de la reacción al diagrama…. Vamos a preparar un diagrama de bloques para la obtención del producto ABC sólido a partir de las materias primas con impurezas según la siguiente reacción: A ( d , e ) + B ( f )  AB AB + C ( w )  ABC + G … ejemplo de un típico proceso químico… Almacenamiento De Materias Primas ETAPA 1 Preparación de la alimentación ETAPA 2 Reacción ETAPA 3 Separación Del Producto ETAPA 4 ETAPA 5 Purificación Del producto Almacenamiento Del Producto ETAPA 6

12. A con D y E purificador Impurezas D y E A REACTOR B con F purificador Impureza F B separador AB REACTOR C con W purificador C Impureza W separador purificador G residuos ABC purificador molienda tamizado Reciclo de gruesos Reciclo de finos residuos purificador Reciclo de reactivos A y B sin reaccionar ABC + G G + residuos ABC

14. EJEMPLO DE DIAGRAMA DE FLUJO

15. EJEMPLO DE DIAGRAMA DE P & ID

17. Desarrollo de un problema ejemplo: la fabricación del azúcar La caña de azúcar alimenta a un molino donde se extrae el jarabe por trituración; el bagazo resultante contiene 80 % de pulpa. El jarabe que contiene fragmentos de pulpa se alimenta a una malla que separa toda la pulpa y produce un jarabe transparente que contiene 15 % de azúcar y 85 % de agua en peso. Este jarabe se envia a un evaporador que produce un jarabe pesado que es posteriormente enviado a un cristalizador que produce 800 kg/hr de cristales de azúcar. Datos: 1) Composición de la alimentación: azúcar 16 %, agua 25 %, pulpa 59 % 2) Composición del jarabe sucio: azúcar 13 %, pulpa 14 % 3) Pulpa separada de la malla 95 % 4) Liquido salido del evaporador contiene 40 % de azúcar Se pide: a) Confección de un diagrama de bloques b) Cantidad de agua eliminada en el evaporador c) Las fracciones de masa de los componentes del flujo de desecho d) El caudal de alimentación de caña de azúcar e) El % de azúcar que entra con la caña que se pierde en el bagazo. f) Si la operación resulta eficiente justificando el resultado.

18. MOLINO MALLA EVAPORADOR CRISTALIZADOR CAÑA Azúcar: 16 % Agua: 25 % Pulpa: 59 % Bagazo con 80 % de pulpa B C Azúcar 13 % , pulpa 14 % D Pulpa 95 % E Azúcar 15 % Agua F G Azúcar 40 % Agua H I Azúcar cristalizada: 800 kg / hr A DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROBLEMA A B MOLINO

19. Solución: Planteo de ecuaciones con los balances parciales y el global (lo que entra = lo que sale) Global: A = B + D + F + H + I Azúcar: 0,16 x A = azúcar en B x B + azúcar en D x D + 800 kg Agua: 0,231 x A = agua en B x B + agua en D x D + F + H Pulpa: 0,601 x A = pulpa en B x B + 0,95 x D = 0,80 x B + 0,95 x D Balance en el cristalizador : G = H + I = H + 800 Composición de G = 40 % azúcar + 60 % agua Si el 40 % de azucar es = a 800 kg, el agua H es = 1200 kg  G = 2.000 kg En la corriente E el 15 % de azúcar es = 800 kg  E = 5.333,33 kg Balance en el evaporador E = G + F  F = E – G = 5.333,33 – 2.000 = 3.333,33 a) Balance en la malla: C = D + E b) Azucar 0,13 x C = azucar en D x D + azucar en E x E = azucar en D x D + 800 c) Pulpa 0,14 x C = 0,95 X D  C = 0,95/0,14 X D = 6,786 X D Reemplazando en a) : 6,786 D = D + 5.333,33  D = 5.333,33/5,786 = 921,7

20. C = 6.786 X 921,7 = 6.255  agua en C = (100 – 27) x 6.255 = 4566,15 Azucar en D = (0,13 x 6.255 – 800)/921,7 = 1.42 % Agua en D = 100 – 95 – 1.42 = 3,58 % Balance en el molino : a) A = B + C = B + 6.255 b) Azucar 0.16 x A = azucar en B x B + 0.13 x 6255 c) Pulpa 0.59 x A = 0.80 . B + 0.14 x 6.255 = 0.80 . B + 875,7 Despejando A en c) y reemplazando en a) : B = 13630,8  A = 19885.8 Resumen en respuestas: b) F = 3.333,33 c) B : pulpa 0.80 (10.904.6); azúcar 0.17 (2.317,2) , agua 0.03 (408,9) d) A = 19.885,8 kg/h e) 74,8 % f) La operación es totalmente ineficiente dado que se recupera el 25 % de azúcar

21. MATRIZ DE CORRIENTES, CAUDALES Y COMPOSICIONES Con esta matriz se verifica la consistencia de los resultados. 800 1200 2000 3.333,3 5.333,3 921, 7 6255 13630,8 19.885,8 Caudal X X X X X 875,6 875,7 10.904,6 11.732,6 Pulpa 800 X 800 X 800 13 813,15 2.368,5 3.181,7 Azucar X 1200 1200 3.333,3 4533.3 33.1 4.566,15 357,7 4.971,45 Agua I H G F E D C B A CORRIENTE