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Operaciones Unitarias

EIQ 303Primer Semestre 2012Profesor: Luis Vega A

Introducción

¿Qué son las Operaciones Unitarias?

EII

Planta Petroquímica

Refinería de Petróleo

Planta Metalúrgica

Planta de Formaldehído

Hoy en día, encontramos una cantidad enorme de procesos industriales:

Productos Químicos Inorgánicos

Productos Químicos Orgánicos

PetróleoPetroquímica Papel

Alimenticia

Pigmentos y Pinturas

Hule, goma y caucho

Textil

Cemento, cerámica y el vidrio

Jabón y Detergentes

Bioquímica

Metalúrgica

Otras

Plásticos

Generación de energía

Tratamiento de aguas residuales y limpieza ambiental

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Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se llevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos.

El concepto de Operación Unitaria fue introducido en 1915 por el profesor del Massachussets Institute of. Technology (M.I.T) Arthur D. Little, pero que recién fue aprobado en 1922, esencialmente decía:

"... todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que puede llamarse Operaciones Unitarias , como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación...”

El fundamento de las operaciones unitarias fue trazado en el año 1923 por William H. Walker, Warren K. Lewis y William H. Mc Adams quienes en el libro “The Principles of Chemical Engineering” postularon que las distintas industrias tenían procesos que seguían los mismos principios físicos, que luego resumieron en las distintas operaciones unitarias existentes en la época. Lo más destacable de esto es que dichas operaciones pueden ser utilizadas en todas las industrias químicas.

Mc Cabe:

"Aún cuando el número de procesos existentes es muy grande, cada uno de ellos puede dividirse en una serie de pasos, denominados operaciones, cada una de los cuales se repite en distintos procesos. Las operaciones individuales tienen técnicas comunes y se basan en los mismos principios científicos. El concepto de operación unitaria es muy sencillo: al estudiar cada una de las operaciones por si mismas, el análisis de los diversos procesos se unifica y simplifica".

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“Cualquier proceso consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. En general, el número de estas operaciones básicas no es muy grande, y sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado”.

Las operaciones unitarias son una forma de análisis muy poderosa, que sistematiza el diseño del proceso, y reduce enormemente, tanto el número de conceptos que deben enseñarse, como el número de posibilidades que deben ser consideradas al sintetizar un proceso particular.

Existen muchas formas de clasificar las operaciones unitarias. A continuación se entrega la que se conoce como clasificación fundamental de los procesos de transp orte o de transferencia .

Clasificación de las Operaciones Unitarias

Transferencia de momentum. Se refiere a la que se presenta en los materiales en movimiento, como en operaciones unitarias de flujo de fluidos, sedimentación y mezclado.

1)

Transferencia de calor. En este proceso fundamental se considera como tal a la transferencia de calor que pasa de un lugar a otro; se presenta en las operaciones unitarias de transferencia de calor, secado, evaporación, destilación y otras.

Transferencia de masa. En este caso se transfiere masa de una fase a otra fase diferente; el mecanismo básico es el mismo, ya sea que las fases sean gaseosas, sólidas o líquidas. Este proceso incluye destilación, absorción, extracción líquido-líquido, separación por membranas, adsorción y lixiviación.

2)

3)

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El estudio de las transferencias de momentum, de calor y masa proporciona

una poderosa base para un entendimiento de las diferentes operaciones unitarias.

La mayoría de las operaciones unitarias están basadas en procesos fundamentales de transporte o transferencia de masa, transferencia de calor, y el flujo de fluidos (transferencia de “momentum”).

� Transporte de Fluidos (bombeo)

� Mezclado

� Agitación

� Filtración

� Clarificación

� Centrifugación

Operaciones Unitarias basadas en la Mecánica de

Fluidos

� Espesamiento y sedimentación

Operaciones Unitarias basadas

en la Transferencia de

Calor

� Intercambio de Calor

� Condensación

� Evaporación

� Hornos

� Secado

� Torres de Enfriamiento

� Refrigeración y congelado

Operaciones Unitarias basadas

en la Transferencia de

Masa

� Destilación

� Extracción con solvente

� Lixiviación

� Absorción

� Adsorción

� Intercambio Iónico

� Humidificación

� Difusión Gaseosa

� Refrigeración y congelado

� Cristalización

� Difusión Térmica

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Operaciones Unitarias basadas

en Principios Mecánicos

� Cernido

� Manipulación de Sólidos

� Reducción de Tamaño

� Flotación

� Separación Magnética

� Refrigeración y congelado

� Precipitación Electrostática

Estas operaciones básicas se basan tanto en la ciencia como en la experiencia . Hay que combinar la teoría y la práctica para diseñar el equipo, construirlo, montarlo, hacerlo funcionar y conservarlo.

Anexo

Operaciones Unitarias

Flujo de fluidos. Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de cualquier fluido de un punto a otro.

1)

Transferencia de calor. Esta operación unitaria concierne a los principios que gobiernan la acumulación y transferen-cia de calor y de energía de un lugar a otro.

2)

Evaporación. Éste es un caso especial de transferencia de calor, que estudia la evaporación de un disolvente volátil (como el agua), de un soluto no volátil como la sal o cualquier otro tipo de material en solución.

3)

Secado. Separación de líquidos volátiles casi siempre agua de los materiales sólidos.

4)

Humidificación. Incrementar el contenido de agua de un gas.

5)

6

Absorción. En este proceso se separa un componente gaseoso de una mezcla gaseosa por tratamiento con un líquido.

7)

Separación de membrana. Este proceso implica separar un soluto de un fluido mediante la difusión de este soluto de un líquido o gas, a través de la barrera de una membrana semipermeable, a otro fluido.

8)

Extracción líquido-líquido. En este caso, el soluto de una solución líquida se separa poniéndolo en contacto con otro disolvente líquido que es relativamente inmiscible en la solución.

9)

Destilación . Separación de los componentes de una mezcla líquida por medio de la ebullición basada en las diferencias de presión de vapor.

6)

Lixiviación líquido-sólido . Consiste en el tratamiento de un sólido finamente molido con un líquido que disuelve y extrae un soluto contenido en el sólido.

11)

Cristalización. Se refiere a la extracción de un soluto, como la sal, de una solución por precipitación de dicho soluto.

12)

Separaciones físico-mecánicas. Implica la separación de sólidos, líquidos o gases por medios mecánicos, tales como filtración, sedimentación o reducción de tamaño, que por lo general se clasifican como operaciones unitarias individuales.

14)

Adsorción. En este proceso, un componente de una corriente líquida o gaseosa es retirado y adsorbido por un adsorbente sólido.

10)

Sedimentación. Separación de un sólido desde un líquido.13)