CAPITULO 9°

BALANCE DE MATERIA EN LOS PROCESOS UNITARIOS

1 Procesos unitarios

Un proceso químico es un conjunto de operaciones químicas y/o físicas encaminado a la transformación de ciertas materias iniciales en los productos finales diferentes.

En un proceso químico están involucradas diferentes operaciones:

REACTIVO PRODUCTO DIRECCION DE LA REACCION PUREZA DEL REACTIVO IMPUREZAS EFCIENCIA DE UNA REACCION ACUMULADO BALANCE DE MASA EN LOS PROCESOS UNITARIOS REACTIVO LIMITANTE REACTIVO EN EXCESO CATALIZADORES POSITIVOS

2 CALIFICACION DE PROCESOS UNITARIOS

Los procesos unitarios se pueden clasificar de forma genérica en los siguientes tipos:

COMBUSTION CALCINACION OXIDACION ITERCAMBIO IONICO NEUTRALIZACION HIDROLISIS ELECTROLISIS ESTERIFICACION SAPONIFICACION FERMENTACION HIDROGENACION

2.1 COMBUSTION

Proceso unitario entre una sustancia reductora llamada combustible y una sustancia oxidante llamada comburente (La cual se caracteriza por la presencia de oxígeno en su fórmula) .Al reaccionar ambas sustancias en forma genética se obtiene:

COMBUSTIBLE PRODUCTOCarbohidrato CO2 dióxido de carbonoDerivado de nitrógeno NO2 dióxido de nitrógenoDerivado de azufre SO2 dióxido de azufre

2.2 CALCINACION

Proceso que involucra una reacción química en la que por calentamiento en un alto horno en ausencia de oxigeno los carbohidratos se descomponen en óxidos metálicos y monóxido o dióxido de carbono .Este proceso puede ser utilizado para eliminar como humedad el agua presente en el reactivo :

Fe(OH )2altohorno⇒

FeO+H 2O

CaCO2altohorno⇒

CaO+CO2

carbonato alto horno⇒

oxido demetal+CO2

2.3 OXIDACION

Se refiere a la reacción química en la que los metales ganan oxigeno y forman óxidos .Es importante prevenir este proceso en la industria ya que es la principal causa de contaminación de los contenedores y de la perdida de materiales y equipos.

Metal + O2 → Oxido de metal

2Cu+O2chispa⇒

2CuO

2 Fe+O2→2FeO

2.4 INTERCAMBIO IONICO

Es una reacción química , la cual tiene lugar cuando un ion de una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se encuentra unido a una partícula solida inmóvil .

Base fuerte+Acido fuerte❑⇔

sal+H 2O

Base fuerte+Acidodevil❑⇔

sal+H2O

Basedevil+Acido fuerte❑⇔

sal+H2O

Base fuerte+sal❑⇔

sal+H 2O

2.5 NEUTRALIZACION

Es una reacción entre un acido y una base .En las reacciones acuosas acido – base se forma agua y una sal .Así se puede decir que la neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que producen calor.

Acido + base →sal + agua

2.6 HIDROLISIS

Reacción química en la que una sal formada a partir de un ácido débil o una base débil, en presencia de un medio acuoso ,forma un ácido y una base .Las reacciones representativas de este proceso son las siguientes

Sal(deacido débil)+H 2O❑⇔

Base fuerte+Acido devil

Sal(debase débil)+H 2O❑⇔

Basedebil+Acido fuerte

2.7 ELECTROLISIS

Proceso unitario que involucra una reacción química donde se descompone un compuesto en sus iones , por el paso de una corriente eléctrica.

A B( AC)corriente electrica⇒

A−¿+B+¿ ¿¿

2.8 ESTERIFICACION

Es el proceso en donde ocurre la reacción entre un acido débil con un alcohol , en presencia de calor y un catalizador a través del cual forman un Ester y agua .

acido debil+alcohol catalizador⇒

ester+H 2O

2.9 SAPONIFICACION

La saponificación es un proceso químico por el cual un cuerpo graso, unido a un álcali y agua, da como

resultado jabón, un producto usado para limpiar.

La reacción que tiene lugar es la saponificación y los productos son el jabón y la glicerina:

Ácido graso + álcali →sal de ácido graso + alcohol

Este proceso químico igualmente es utilizado como un parámetro de medición de la composición y calidad de

los ácidos grasos presentes en los aceites y grasas de origen animal o vegetal, denominándose este análisis

como Índice de saponificación; el cual es un método de medida para calcular el peso molecular promedio de todos los

ácidos grasos presentes. Igualmente este parámetro es utilizado para determinar el porcentaje de materias

insaponificables en los cuerpos grasos.

2.10 FERMENTACION

La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y el producto final es un compuesto orgánico. Según los productos finales, existen diversos tipos de fermentaciones.

fermentación acética

fermentación alcohólica

fermentación butírica

fermentación láctica

2.11 HIDROGENACION

La hidrogenación es un tipo de reacción química (redox) cuyo resultado final visible es la adición de hidrógeno (H2) a otro compuesto. Los objetivos habituales de esta reacción son compuestos orgánicos insaturados, como alquenos, alquinos, cetonas, nitrilos, y aminas. La mayoría de las hidrogenaciones se producen mediante la adición directa de hidrógeno diatómico bajo presión y en presencia de un catalizador.

HCno saturado+H 2 catalizador⇒

HC saturado

CAPITULO 10°

SOLUCIONES1 DEFINICION DE SOLUCION

Una solución es una mezcla homogénea formada por dos o más componentes; a las sustancias que se encuentran en menor proporción en las soluciones se les llama SOLUTOS y a las que se encuentran en mayor proporción SOLVENTES o DISOLVENTE.

2 CLASIFICACION DE LAS SOLUCIONES

Hay diferentes tipos de soluciones y se les puede clasificar de distintas maneras:

2.1 En función de la cantidad de soluto presente:

o INSATURADAS: Cuando el soluto no ha llegado a su nivel máximo de solubilidad; o sea que se puede seguir agregando soluto y se seguirá disolviendo.

o SATURADAS: Este tipo de soluciones se forma cuando la cantidad de soluto llega a su máximo nivel de solubilidad, por lo que ya no se podrá disolver más soluto en el disolvente.

MEZCLAS

ColoidesSoluciones

HOMOGENEAS HETEROGENEAS

o SOBRESATURADA: Esta soluciones se forman cuando el calentar la mezcla se logra disolver más soluto; es decir cuando aparentemente se rebasa el límite de solubilidad del soluto.

2.2 En función de su concentración:

o CONCENTRADA: Cuando el disolvente se halla en menor cantidad con respecto a otra solución o DILUIDA: Cuando el disolvente se encuentra en mayor cantidad con respecto a otra solución

Para identificar cual solución es concentrada o diluida solo es necesario saber cuánto disolvente tiene una y cuanto tener la otra . También se puede decir que una solución a la que se le agrega más disolvente que la original es una solución diluida y a la que se le elimina disolvente por evaporación se le llama concentrada.

2.3 En función del tipo de soluto: En estas soluciones es necesario identificar si el soluto es un ácido, una base o una sal.

o SOLUCION ACIDA: Un ácido es una sustancia donadora de iones hidrogeno (H*), por lo que una solución acida es aquella formada por un ácido y agua.

o SOLUCION BASICA: Una base es una sustancia donadora de iones oxhidrilo (OH-)de esta manera una solución básica es aquella formada por una base y agua.

o SOLUCION NEUTRA: Esla solución formada por una sal y agua. Por lo regular las soluciones neutras se obtienen de la reacción de neutralización entre un ácido y una base , donde el acido dona el ion (H+) y la base el ion (OH-)para formar una molécula de agua , los iones restantes del acido y de la base forman la molécula de sal de la siguiente manera:

NaOH+HCl❑⇒NaCl+H 2O

3 CONCENTRACION EN LAS SOLUCIONES

L a concentración es la relación que existe entre el soluto y el disolvente .En general , las formas de expresar la concentración de las soluciones son las siguientes:

a) FRACCION PESO (X i ¿ : es la relación en masa del soluto o el disolvente con la masa de la solución:

X soluto=msoluto

msolucion

X disolvente=mdisolvente

msolucion

b) FRACCION MOL (X): es la relación en moles del soluto o el disolvente con los moles de la solución:

X soluto=nsolutonsolucion

X disolvente=ndisolventensolucion

c) Por ciento en peso (% peso): es la relación de la masa del soluto o el disolvente en el 100% que corresponde a la solución.

%pesosoluto=msoluto

msolucion

×100=X soluto×100

%pesosolvente=mdisolvente

msolucion

×100=Xdisolvente×100

d) Por ciento mol(% mol): al igual que el por ciento en peso

%molsoluto=nsolutonsolucion

×100=X soluto×100

%molsolvente=ndisolventensolucion

×100=Xdisolvente×100