03/05/2012

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Delta

Departamento de Ingeniería Química Asignatura:

INTEGRACION II “Introducción a las Operaciones Unitarias” Cátedra:

Prof. Interino: Ing. Fernando Pablo Visintin Auxiliar:: Ing. Damian Ayr Vergani Auxiliar

La Industria de Procesos “Industria en la cual intervienen procesos que transforman las materias primas en productos intermedios o finales que poseen distinta composición” Se presentan dos casos: 1) Con transformación química 2) Sin transformación química En ambos casos se necesita de operaciones características de la industria química llamadas “OPERACIONES UNITARIAS”:
Cumplen un objetivo específico
Son similares en industrias diferentes
Basadas en procesos de transporte

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¿Cómo se representan? FLOWSHEETS

Características de los FlowFlow-sheets
Documento de referencia para la descripción del proceso
Contiene todos los equipos principales
No suele incluir circuitos de servicios auxiliares
No suele incluir instrumentación ni lazos de control
Los símbolos recuerdan la forma del equipo
No existe simbología normalizada fuera de cada empresa
Suelen incluir tabla de corrientes
Pueden aparecer tablas para los servicios auxiliares y con las características de cada equipo
Utilizan nomenclatura precisa (no estandarizada) para los equipos principales
Suelen incluir banderas para la identificación de las corrientes
Suelen incluir banderas con valores de algunas de las variables de proceso más importantes

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Construcción con Microsoft VISIO®

Representación simplificada: Diagrama de Bloques

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PROCESOS CONTINUOS VENTAJAS:


Economía de escala (grandes producciones)
Fácil recuperación o aportación de calor
Reducción de la mano de obra (automatización)
Eliminación de tiempos muertos (carga y descarga)
Mayor uniformidad de los productos
Mayor producción por unidad de volumen DESVENTAJAS:


Se requiere uniformidad de composición de materias primas
Difícil adaptación de la producción al consumo
Arranque y parada complicados (grandes instalaciones)
Equipo de instrumentación y control costoso

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PROCESOS DISCONTINUOS Son adecuados cuando se opera a pequeña escala, se fabrican compuestos de alto valor agregado o existen algunas características específicas del producto (corrosividad corrosividad,, etc) etc) que justifiquen que las paradas deban ser frecuentes frecuentes.. Algunos ejemplos ejemplos… …


Colorantes y productos farmacéuticos.
Procesos de fermentación.
Alimentos (vinos, lácteos, lácteos, conservas).
Producción de Biomasa.
Químicos finos y especiales.
Polímeros Polímeros,, co co--polímeros, resinas, fibras, etc.
Cosméticos y perfumes.

Clasificación según el contacto entre las fases… CONTACTO DISCONTINUO

CONTACTO CONTINUO

(intermitente, por etapas o interrumpido)

Columna de RECTIFICACIÓN

Columna de relleno (ABSORCIÓN)

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Clasificación según el tipo de circulación… Operación con flujo en paralelo

Operación con flujo en contracorriente

Las fases fluyen en el mismo sentido

Las fases fluyen en sentido contrario

Operación con flujo cruzado Las fases fluyen de forma perpendicular

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Operaciones de destilación

Trenes de destilación Secuencia de columnas Supongamos una mezcla ternaria (A, B y C) donde: TbC > TbB > TbA Secuencia Directa A ABC

Secuencias posibles

Secuencia Inversa A

B ABC

BC

C

AB

C

B

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Trenes de destilación Secuencia de columnas Para 4 ó más componentes aparecen combinaciones de las secuencias anteriores. El número de secuencias posibles está dado por la expresión matemática:

NS =

[2(n − 1)]! n!(n − 1)!

Donde “n” es el número de componentes de la mezcla ¿Cómo elegir la mejor secuencia?
Método heurístico: se basa en reglas prácticas
Método algorítmico: recorre las alternativas evaluando sus costos
Combinación de los dos métodos

Operaciones de absorción/desorción

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Intercambiadores de calor Son equipos en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de ellas, calentar la otra o ambas cosas.

Intercambiadores de coraza y tubos

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Intercambiadores de calor

Intercambiador tubular

Generador de vapor

Calentador de fuel oil

Operaciones de transferencia de cantidad de movimiento SISTEMAS HOMOGENEOS
Equipos de trituración y molienda
Equipos de transporte de sólidos
Bombas
Compresores SISTEMAS HETEROGENEOS
Sedimentadores
Centrífugas
Ciclones
Equipos de filtración
Agitación y mezclado

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Compresores, ventiladores y soplantes 1) Centrífugos 2) de Desplazamiento Positivo
Alternativos
Rotativos

BOMBAS 1) Bombas CENTRIFUGAS Mayor capacidad (caudal) y menor carga (presión)
de flujo radial
de flujo axial
de flujo mixto 2) Bombas de Desplazamiento Positivo Menor capacidad (caudal) y mayor carga (presión)
Alternativas → ej: de diafragma
Rotativas → ej: de engranajes

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Bombas centrífugas Actúan por “acción centrífuga”: conversión de energía cinética en energía de presión en la voluta

Bombas de desplazamiento positivo

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Centrífuga de doble descarga

CICLONES

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FILTROS

Sedimentador cónico

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Los PROCESOS UNITARIOS Si en una etapa se produce alguna reacción química, esta se denomina proceso unitario. unitario. Un proceso unitario puede involucrar, por ejemplo, una reacción de: Alcohólisis, Alquilación, Alcohólisis, Alquilación, Aminación, Aminación, Amoniólisis Amoniólisis,, Ciclización, Ciclización, Calcinación, Carboxilación, Carboxilación, Combustión, Condensación, Deshidratación, Deshidrogenación, Deshidrogenación, Diazotación y acoplamiento, Electrólisis, Esterificación, Fermentación, Halogenación, Halogenación, Hidroformilación,, Hidrogenación, Hidrogenólisis Hidroformilación Hidrogenólisis,, Hidrólisis e hidratación, Intercambio iónico, Isomerización, Neutralización, Nitración, Oxidación, Pirolisis, Polimerización, etc… etc… Lo más importante de un proceso unitario no es el equipo en sí (que es un reactor) si no el mecanismo de la reacción, la velocidad de la misma y el equilibrio que se puede alcanzar.

REACTORES: Clasificación

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Reactor de mezcla perfecta o completa

T1,, C1

T, C

T2= T C2= C

Reactor tubular flujo pistón

T1

T2

C1

C2

Reactor multitubular

Reactor de laboratorio

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Los SERVICIOS AUXILIARES
Proporcionan distintos recursos sin los cuales la planta no puede operar.
No forman parte de las corrientes principales del proceso (núcleo (núcleo del proceso). proceso).
Intervienen en los balances de masa y energía.
Son similares en procesos distintos.
Cada uno posee una ubicación óptima dentro de los límites de batería de la planta.

Los SERVICIOS AUXILIARES

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¿Cómo se clasifican? Según el tipo de recurso que proporcionan: 1) Servicios ENERGÉTICOS 1.A – Energético Térmicos
De calefacción
De enfriamiento 1.B – Energético Mecánicos:
Energía eléctrica
Fluidos mecánicos 2) Servicios OPERATIVOS

SERVICIOS ENERGÉTICOS Energético Térmicos a) De calefacción:
Energía eléctrica
Fluidos caloportadores
Combustibles b) De enfriamiento:
Agua de enfriamiento
Ciclos frigoríficos Energético Mecánicos: a) Energía eléctrica b) Fluidos: hidráulicos y neumáticos

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SERVICIOS OPERATIVOS
Almacenamiento de materias primas y productos intermedios y finales
Agua contra incendio
Desmineralización y desgasificación de aguas
Tratamiento de efluentes y residuos
Gases industriales inertes
Transmisión de información (electricidad y aire comprimido)

VAPOR Según su presión se clasifica en:
Vapor de baja presión → 5 a 20 bar
Vapor de media presión → 20 a 50 bar
Vapor de alta presión → + de 50 bar Se generan en equipos denominados calderas calderas:: 1. Calderas de tubos de humos 2. Calderas de tubos de agua En cuanto a los sistemas de distribución hay que poner especial atención en:
Características de las tuberías de vapor
Sistemas de recuperación de condensados: “trampas de vapor”

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CALDERAS

AGUAS Según el uso del agua se clasifica en:
Agua de proceso
Agua contraincendio
Agua de enfriamiento
Agua de calderas
Agua potable Los tratamientos del agua son: 1) Filtración 2) CoagulaciónCoagulación-floculación 3) Sedimentación 4) Desmineralización y ajuste de pH 5) Desgasificación 6) Potabilización

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COMBUSTIBLES Hay tres tipos básicos de combustibles:
Gaseosos Gaseosos:: gas natural, LPG
Líquidos Líquidos:: diesel oil, gas oil, fuel oil
Sólidos Sólidos:: hullas, coke, madera, desechos Para selección del combustible tener en cuenta:
Poder calorífico (inferior)
Aire teórico
Exceso de aire requerido
Tipo de quemador necesario
Características de los gases de combustión PCS ( BTU / lb ) = 14544C + 62028( H − O / 8) + 4050 S PCS ( BTU / lb ) = 17887 + 57,5º API − 102, 2(%S )

COGENERACION “Proceso de producción de energía que incluye la generación simultánea de energía térmica (por ejemplo vapor para proceso) y eléctrica mediante el empleo de una fuente sencilla de calor primario”. ¿Cuándo se justifica? Alto costo de la energía eléctrica comprada ¿Cuál es el incentivo? MAYOR AHORRO ENERGÉTICO Un ejemplo de cogeneración: Se produce vapor de alta para ser utilizado en primer lugar para generar energía eléctrica en una turbina y luego el vapor de media que resulta puede utilizarse como vapor de proceso.

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TORRES DE ENFRIAMIENTO

ALMACENAMIENTO de FLUIDOS Los tipos de tanques de almacenamiento de fluidos son:

a) Tanques Atmosféricos: Atmosféricos: Para líquidos cuya presión de vapor no supera la presión atmosférica normal
Tanques de techo fijo
Tanques de techo flotante
Tanques con membrana flotante

b) Recipientes a presión: presión: Para gases comprimidos ó líquidos cuya presión de vapor es mayor que la presión atmosférica normal
Esferas
Habanos

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Tanques de techo fijo

Tanques de techo flotante

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HABANOS Hi Hi Level- 1" above Hi Level.

Hi Level- (Normal Filling Height) 80% of volume. See Note Below.

Normal Lo Determined by Technical and Oil Movements

Note: 10' or greater in diameter =(Butane)85% - (Propane) 80% of fill volume. If less than 10' in diameter = (Butane)77% - (Propane) 77% of fill volume.

ESFERAS Level Setting Guidelines Baytown Hi Hi Level- 1" above Hi Level.

80% Volume Hi Level- (Normal Filling Height) 80% of volume. See Note Below.

Sphere

?%Volume

Normal Lo Determined by Technical and Oil Movements

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