ingeniería de los procesos químicos
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Nombres: Jesús Quero Lorena Lugo Lyn Araujo Eladio Avendaño
Ingeniería de los Procesos Químicos
Ingeniería de los Procesos Químicos
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Introducción1
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3
5 Parámetros de un Proceso Químico
Aplicaciones
Objetivos
¿Qué es la IPQ?
Contenido
Contenido de la exposición
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7
8
10 Conclusiones
Análisis de un Proceso químico
Transferencia de calor
Operaciones Unitarias
Fenómenos de transporte
Introducción
Ingeniería de los Procesos Químicos
Es una rama de la ingeniería, que se encarga del diseño, manutención, evaluación, optimización, simulación, planificación, construcción y operación de todo tipo de elementos en la industria de procesos, que es aquella relacionada con la producción de compuestos y productos cuya elaboración requiere de sofisticadas transformaciones físicas y químicas de la materia.
¿Qué es la IPQ?
Ingeniería de los Procesos Químicos
Proyecto de
IPQ
Físico – QuímicaMaterias primas-Producto
EconomíaRentabilidad
MedioambienteNormativa y
Concienciación
SociedadConsideraciones
estratégicas
¿Qué es la IPQ?
Objetivo
Ingeniería de los Procesos Químicos
Materias Primas Acondicionamiento Transformaciones
Químicas
RecuperaciónMateria/Energía Subproducto
Separación/Purificación/Adecuación
Producto
TratamientoResiduos
Reciclado a otros procesos
AcondicionamientoMinimización
Aplicaciones de la IPQ
• Estudios de factibilidad técnico-económica• Especificación, diseño , control de equipos y procesos• Construcción, montaje de equipos y plantas• Control de producción , Operación de plantas industriales• Control de calidad de productos• Control ambiental• Investigación y desarrollo de productos y procesos
Ingeniería de los Procesos Químicos
Parámetros de un Proceso Químico
Proceso Químico
Termodinámicos
Cinéticos
Económicos
Seguridad y ambiente
Cinética Química
La cinética química es el estudio de las velocidades de las reacciones químicas y de los mecanismos mediante los que tienen lugar.
Cinética Química
Factores que determinan o controlan la rapidez de cambioquímico:
Estado físico de los reactivos Concentración de reactivos Temperatura Catalizadores
Equilibrio Químico
Se establece el equilibrio químico cuando las velocidades directa (Reactivos a Productos) e inversa (Productos a Reactivos) son guales:
Parámetros Termodinámicos
Entalpia: Es una medida termodinámica cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico
Parámetros Termodinámicos
Entropía: Es una medida termodinámica que permite medir el grado de desorden dentro de un proceso, identificando así la energía útil, que es la que se convierte en su totalidad en trabajo, de la inútil, que se pierde en el medio ambiente
Parámetros Termodinámicos
Energía Libre: Es la fracción de la energía que se puede utilizar para realizar trabajo en condiciones de presión, volumen y temperatura constante
TSHG
Fenómenos de Transporte
Transporte de masa
Transporte de energía
Transporte de cantidad de movimiento
Operaciones Unitarias
Destilación Absorción
Operaciones Unitarias
Filtración Decantación Adsorción
Secado
Operaciones Unitarias
Transferencia de Calor
Siempre que existe un gradiente de temperaturas en un sistema o siempre que dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere energía. Este proceso se conoce como transferencia de calor.
Modos distintos de transferencia de calor
Conducción: Consiste en la transferencia de calor de un cuerpo a otro sin aparente movimiento de las partículas del cuerpo.
Ley de Fourier
Convección: Consiste en la difusión de energía debida a un movimiento molecular mas una transferencia de energía debida a un movimiento de todo el volumen del fluido.
Radiación: Se define como la transferencia de calor en el espacio a través de ondas electromagnéticas.
Intercambiadores de calor
Dispositivo diseñado para recuperar, de manera eficiente, calor entre dos corrientes o fluidos de un proceso.
Se lleva a cabo mediante los mecanismos de conducción y deconvección.
Clasificación de los intercambiadores de calor
Según su funcionamiento:
Regeneradores.Intercambiadores de tipo cerrado o recuperadores.Flujos en paralelo (o en co-corriente)Flujos en contracorrienteFlujos cruzados
Según su estructura:
Intercambiador de doble tuboIntercambiador de placasIntercambiador de tubos y carcasa
Clasificación de los intercambiadores de calor
Regeneradores:Intercambiadores en donde el flujo caliente fluye a través del mismo espacio seguido de un flujo frío en forma alternada.
Clasificación de los intercambiadores de calor
Intercambiadores de tipo cerrado o recuperadores:
Las corrientes entre las que ocurre la transferencia de calor no se mezclan o no tienen contacto entre sí.
Clasificación de los intercambiadores de calor
Flujos en paralelo (o en co-corriente):
Los fluidos caliente y frío entran por el mismo extremo del intercambiador, fluyen a través de él en la misma dirección y salen por el otro extremo.
Clasificación de los intercambiadores de calor
Flujos en contracorriente:
los fluidos caliente y frío entran por los extremos opuestos del intercambiador y fluyen en direcciones opuestas. Se mueven en paralelo pero en sentido opuesto
Clasificación de los intercambiadores de calor
Flujos cruzados:
Un fluido se desplaza dentro del intercambiador perpendicularmente a la trayectoria del otro, es decir, las direcciones de flujo son mutuamente perpendiculares.
Clasificación de los intercambiadores de calorIntercambiador de doble tubo:
Conocido como intercambiador de tubos concéntricos, está formado por uno o más tubos pequeños contenidos en un tubo de diámetro grande. Por el tubo interno circula uno de los fluidos (frio) mientras que el otro (el fluido caliente) circula por el anillo exterior.
Clasificación de los intercambiadores de calor
Intercambiador de placas:
Está provisto de placas metálicas, generalmente con superficies acanaladas, que se disponen sobre un armazón. Los fluidos caliente y frío fluyen entre parejas de placas que se alternan, permitiendo un excelente intercambio de calor.
Clasificación de los intercambiadores de calor
Intercambiador de tubos y carcasa:
El fluido caliente que circula por la carcasa, alrededor de los tubos, transfiere el calor al fluido más frío a través de las paredes de los tubos. El fluido frío circula por los tubos y se retira del intercambiador a una temperatura superior a la que entró.
Aplicaciones Industriales
Industria alimentaria: enfriamiento, termización y pasteurización de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azúcar, aceite, etc.
Industria química y petroquímica: producción de combustibles, etanol, biodiésel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, plantas de cogeneración, etc.
Industria del Aire acondicionado: cualquier proceso que implique enfriamiento o calentamiento de los gases.
Calefacción y Energía Solar: producción de agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, producción de agua caliente mediante paneles solares, etc.
Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante el empleo del agua del mar.
Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor.
Los generadores de vapor o calderas. Calderas humotubulares Calderas acuotubulares
Los condensadores térmicos.
Las torres de enfriamiento. Torres de enfriamiento por convección natural Torres de enfriamiento por convección forzada o de tiro mecánico
Hornos industriales. Los hornos eléctricos Los hornos de combustión
Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor.
Los generadores de vapor o calderas.
Calderas humotubulares Calderas acuotubularesSon calderas de pequeño tamaño, que suelen utilizarse para producir agua caliente o vapor de relativamente baja presión (hasta 12 bar)
El agua a calentar está dentro de los tubos, los tubos de agua se unen y conforman para formar el recinto del hogar, llamado paredes de agua
Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor.
Los condensadores térmicos.
Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor(en estado gaseoso) en vapor en estado líquido, también conocido como fase de transición.
Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor.
Las torres de enfriamiento.Torres de enfriamiento por convección natural
Torres de enfriamiento por convección forzada o de tiro mecánico
El agua se pulveriza directamente en la corriente de aire que se mueve a través de la torre de enfriamiento por convección térmica. Al caer, las gotas de agua se enfrían tanto por convección ordinaria como por evaporación
En una torre de enfriamiento por convección forzada se pulveriza el agua en una corriente deaire producida por un ventilador, el cual lo hace circular a través de la torre.
Torres de enfriamiento por convección natural
Torres de enfriamiento por convección Forzada
Aplicaciones de los Intercambiadores de Calor.
Hornos industriales:
Los hornos eléctricos Los hornos de combustiónEs aquel aparato para la cocción que funciona con energía eléctrica.
Los hornos de llama se basan en la reacción de combustión que se lleva a cabo en los quemadores.
Análisis de un Proceso Químico
Para fines de análisis y diseño de procesos es necesario entender la dependencia que guardan entre si las diferentes variables involucradas.
Para lo cual vamos a definir algunos conceptos.
Modelación de procesos.El concepto de grados de Libertad.Técnicas de optimización.Etapas en ingeniería de procesos.Desarrollo de diagramas de flujo.
Análisis de un Proceso Químico
Modelación de procesos:
Consiste en una serie de relaciones que se establecen para cada equipo que forma parte del sistema.
Proceso Químico
Balance de cantidad de movimiento
Balance de materia
Balance de energía
Ecuación de diseño
Relaciones termodinámica
s
Restricciones particulares
Análisis de un Proceso Químico
El concepto de grados de Libertad:Para el análisis y diseño de procesos se requiere de modelos que describan el comportamiento de esos sistemas.M ecuaciones independientes que involucran N variables.Casos: M > N. El sistema está sobreespecificado y no tiene solución. M = N. El sistema esta completamente definido y tiene solución. Sistema Lineal = Solución única. Sistema no Lineal = Soluciones múltiples. M < N. Para poder definir el sistema se necesitan N-M relaciones. F = N – M; F : Grados de libertad.
Análisis de un Proceso Químico
Técnicas de Optimización.
Optimización de una variable
El método de la sección Dorada
Método de Fibonacci
Usa los principios de calculo diferencial.
Colocación de puntos de búsqueda simétricos
Función Objetivo
Análisis de un Proceso Químico
Etapas en ingeniería de procesos:
Ingeniería de
proceso
Síntesis
AnálisisOptimización
Define las entradas y las salidas del sistema
Definir las entradas o materias primas y el diagrama de flujo del proceso
Maximizar o minimizar la Función Objetivo
Análisis de un Proceso Químico
Desarrollo de diagramas de flujo
1. Definir las relaciones involucradas.
Objetivo: Llenar de reacciones químicas el camino entre la
entrada y la salida.
2. Establecer la distribución de especies.
Objetivo: Establece las conexiones primarias entre los reactores.
3. Diseñar los sistemas de separación.
Objetivo: Eliminar los subproductos en las corrientes de salida de
un reactor para así garantizar la pureza a la entrada del siguiente.
Análisis de un Proceso Químico
Desarrollo de diagramas de flujo4. Diseñar sistemas con integración de energía.
Objetivo: Aprovechamiento de las corrientes disponibles en el proceso,
para reducir el consumo de energéticos en forma de servicios.
5. Incorporar criterios de seguridad de proceso.
Objetivo: Evitar colocar en riesgo la vidas humanas.
6. Analizar los aspectos lógicos pertinentes.
Objetivo: Corregir y prevenir el aumento en la contaminación ambiental.