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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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