MG.ING. FERNANDO

VASQUEZ PERDOMO

Mdulo: I Unidad: I Semana: I

CICLO : 2015 - II

1

PROCESOS INDUSTRIALES Y

TECNOLOGIAS LIMPIAS

2

3

INTRODUCCIN

A LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Y

TECNOLOGIAS LIMPIAS

TIPOS DE OPERACIONES EN LOS

PROCESOS INDUSTRIALES-

EQUIPOS

ORIENTACIONES

Estimado estudiante:

Efecte una lectura comprensiva e interpretativa de su gua didctica.

Interprete con sus propias palabras los conceptos presentados por el autor

Resuelva la auto-evaluacin, y ejercicios propuestos.

Estudie, Interprete y Analice las ayudas publicadas en el sistema.

Antes de comunicarse con la docente a travs de la sala de conversacin formule sus

preguntas de manera concreta y precisa, as

como pertinentes.

CONTENIDOS TEMTICOS

Un proceso de fabricacin, tambin denominado

proceso industrial, manufactura o produccin, es el

conjunto de operaciones y

procesos necesarios para

modificar total o parcial las

caractersticas de las materias

primas. En muchos casos mediante reacciones qumicas. Dichas caractersticas pueden ser de naturaleza

muy variada tales como la forma, la densidad, la

resistencia, el tamao o la esttica. Se realizan en el

mbito de la industria.

INTRODUCCIN

tipos de operaciones en los

procesos industriales, debemos tener

en cuenta las maquinarias y equipos que

intervienen en dichos proceso y operaciones y

para ello desarrollaremos un estudio de los

principales equipos tales como:

7

principales equipos tales como:

Intercambiadores de calor, filtros, sedimentadores,

columnas de destilacin, columnas de absorcin,

equipos de transformaciones, reactores

fermentadores.

Tomar en cuenta la Ingeniera de

proceso, esquemas y diagramas de procesos,

diagrama de bloques, etc. Estos diagramas sern de

mucha utilidad en el balance de materia y energa. 8

son procesos qumicos que

se usan para la

produccin a escala

industrial, con frecuencias diferentes de los que se usan

para pequeas producciones

a escala de laboratorio.

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PROCESOS QUIMICOS

INDUSTRIALES

10

Un proceso qumico es un conjunto

de etapas, en cada una de las

cuales tiene lugar una

transformacin qumica sobre el

producto de la reaccin anterior, y

parte de una materia prima. Por

ejemplo: A -> B -> C -> D

11

La materia prima A sufre una transformacin

qumica y se convierte en B, que a su vez

sufre otra transformacin para dar lugar a C, y

as sucesivamente.

A -> B es una etapa

B -> C es otra etapa

C -> D es otra etapa

A -> B -> C -> D es el proceso

12

Las operaciones unitarias son etapas fsicas de

procesos de separaciones industriales o no. Existen pues,

procesos fsicos y procesos qumicos, los primeros tienen

lugar a nivel extramolecular, y los segundos a nivel

intramolecular. Por ejemplo:

P.Fsicos:Decantacin,Filtracin,Centrifugacin, Destilacin,

Rectificacin, Extraccin con disolventes o con solventes,

Cristalizacin, Molturacin, Tamizado, etc.

P. Qumicos: Reacciones qumicas como la oxidacin, la

reduccin, reacciones con cidos y reacciones con lcalis.

(En toda su extensin y amplitud).

13

CLASE Y TIPOS DE PROCESOS

a) Los procesos primarios:

Dedicados a la produccin de materia prima

para su transformacin posterior en productos

tecnolgicos.

b) los procesos secundarios:

Estn dedicados a la obtencin de un

producto tecnolgico acabados para su

produccin se utiliza los materiales de

procesamiento primario.

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Como hemos visto en una innumerable cantidad de casos una vez

obtenidos los materiales de la naturaleza, estos necesitan algn tipo de

procesamiento para su utilizacin como materia prima de una industria

dedicada a la fabricacin de productos tecnolgicos como complejos o

acabados.

En general, al proceso productivo de este tipo de industria se lo

suele llamar explotacin.

En la industria de proceso primario, aparecen tres etapas comunes en el

proceso de fabricacin.

Extraccin y recoleccin de los materiales desde su fuente natural

Produccin de materia prima para los proceso secundarios

Embalaje, almacenaje y distribucin

Proceso primarios, la industria de los insumos

15

A los procesos primarios de produccin se los

suele llamar explotacin, y a los procesos

secundarios, de fabricacin.

En los proceso de explotacinproductos

homogneos

En los procesos de fabricacinProductos

formados por distinta partes que debe ser

ensamblados y articulados entre s para lograr un

artefacto teniendo en cuenta el diseo.

Proceso secundarios: la industria de los

productos.

16

Los procesos de produccin y la industria:

Algunos de estos recursos son:

Energtico

Humanos

Materiales

Financieros

Tecnolgicos: maquinarias,instrumentos,

equipos, etc.

Informativos.

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Industrias de Procesos Qumicos Alimentos (bebidas, azcar, jugos, conservas, congelados, lcteos, Vino,

cerveza).

Combustibles (petrleo, carbn, gas natural, gasolina, lubricantes y deriv.).

Compuestos Qumicos

Orgnicos (petroqumicos, solventes, caucho, etc).

Inorgnicos (sales, fertilizantes, etc).

Explosivos. Detergentes y Jabones. Pinturas y Pigmentos.

Generacin de Vapor y Energa Termo-Elctrica.

Materiales (cemento, vidrio, cermica, adhesivos, construccin).

Metalurgia (acero y aleaciones, metales: Cu, Ag, Au, Mo, Re, etc).

Papel y Celulosa.

Pesquera (harina y aceite de pescado, conservas, Salmn).

Plsticos, Textiles y Fibras Sintticas.

Tratamientos de Aguas, Efluentes Industriales (Gases, RILes, RISes).

Frmacos.

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19

Perspectiva histrica

- Creacin de Riqueza a partir de Recursos Naturales.

- Industria Primaria (Estratgica).

- Soporte de Industria Manufacturera y de Servicios.

Historia ligada a:

i) Fuentes de Energa

ii) Actividades Industriales y Militares.

Perodo Combustible Actividad

Antigedad Lea Productos Naturales

Metalurgia, Agricultura

Moderna Carbn Carboqumica, Vapor,

Minera, Revolucin Industrial

Contempornea Petrleo Petroqumica, Combustibles

Electricidad Electroqumica, Magntica

Nuclear Generacin Termo-Elctrica

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Desafos Crisis Energtica

Problemtica Ambiental.

Integracin de Procesos y Automatizacin

Nuevos Materiales

Plantas Flexibles, Modulares, Multiproducto y Multipropsito

BioProcesos

Modelacin, Simulacin, Optimizacin, Diseo, Programacin y

Planificacin Computacional de Procesos Industriales.

Nuevos Instrumentos y Tecnologas de Separacin.

Nuevos Productos y Materiales Sintticos. Polmeros y Catalizadores.

Automatizacin y Robtica, Control Digital, Inteligencia Artificial.

Bioproductos, Productos Reciclables.

Sistemas Neuronales y Cdigo Gentico.

Materiales Avanzados. Microelectrnica. Nanotecnologa.

21

Problemas ambientales en la

calidad del aire del AIRE.

Problemas ambientales en la

calidad del AGUA .

Problemas ambientales

en la calidad del AIRE

Problemas

ambientales en la

calidad del SUELO

Discusin grupal de los problemas ambientales

22

TIPOS DE

OPERACIONES

EN LOS

PROCESOS

INDUSTRIALES

23

24

25

26

27

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Un intercambiador de calor es un dispositivo

diseado para transferir calor entre dos medios,

que estn separados por una barrera o que se

encuentren en contacto. Son parte esencial de los

aparatos de refrigeracin, acondicionamiento de

aire, produccin de energa y procesamiento

qumico. FLUIDO FRIO FLUIDO

CALIENTE

28

Cambiadores de calor tubulares El cambiador indirecto ms simple es el cambiador de tubos

concntricos; consta de dos tuberas concntricas, una en el

interior de la otra, circulando los dos fluidos por el espacio

anular y por la tubera interior. Los flujos pueden ser en el

mismo sentido (corrientes paralelas) o en sentido contrario

(contracorriente).

Tambin los intercambiadores pueden ser:

Intercambiadores de Calor de doble Tubo.

Intercambiadores de Calor de doble Tubo, Con arreglo

(serie- Paralelo, Horquillas.)

Intercambiadores de Tubo y Coraza.

29

30

31

Clasificacin de intercambiadores

1. Intercambiadores de contacto directo: son aquellos

dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla

fsica completa.

2. Intercambiadores de contacto indirecto:

Alternativos: ambos fluidos recorren un mismo espacio

de forma alternada, la mezcla entre los fluidos es

despreciable.

De superficie: son equipos en los que la transferencia

de calor se realiza a travs de una superficie, cilndrica

o plana, sin permitir el contacto directo.

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De flujo paralelo (intercambio lquido - lquido). De flujo cruzado

(intercambio lquido gas).

Intercambiadores de contacto directo e indirecto..

Intercambiadores de contacto indirecto: De superficie de

flujo paralelo: son equipos en los que la transferencia de calor

se realiza a travs de una superficie, cilndrica o plana, sin

permitir el contacto directo.

La temperatura de salida del fluido frio nunca

puede ser superior a la temperatura de salida

del fluido caliente

33

Intercambiadores de contacto indirecto: De

superficie de flujo cruzado, son aquellos cuyos

flujos tienen sentidos contrarios, denominndose en

contracorriente, se realiza a travs de una superficie,

cilndrica o plana, sin permitir el contacto directo.

La temperatura de salida del fluido frio

puede ser igual o superior a la temperatura

de salida del fluido caliente

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Intercambiadores de tubera doble Intercambiadores enfriados

por aire Intercambiadores de tipo placa. Intercambiadores de

casco y tubo

Intercambiadores de tubera doble. Consiste en un tubo

pequeo que est dentro de otro tubo mayor, circulando un fluido

por el interior y otra por el exterior. Se utilizan cuando los

requisitos de rea de transferencia son pequeos

Intercambiadores enfriados por aire. Consisten en una serie

de tubos situados en una corriente de aire, que puede ser

forzada con ayuda de un ventilador. Los tubos suelen tener

aletas para aumentar el rea de transferencia de calor

35

Intercambiadores de tipo placas. Tienen una

elevada rea de intercambio en una disposicin muy

compacta, ya que la superficie de contacto es

elevada. Estn limitados a presiones pequeas

Intercambiadores de casco y tubo. Ampliamente

utilizados en la industria qumica, consisten en una

estructura de tubos pequeos colocados en el interior

de un casco de mayor dimetro. Diseo

estandarizado por The Tubular Exchanger

Manufacturers Association (TEMA).

36

SEDIMENTADORES

La sedimentacin es una operacin unitaria dentro de

los procesos de tratamiento de aguas que tiene como

finalidad el remover los slidos suspendidos que el

agua pueda contener.

Los slidos en suspensin sedimentables son aquellos

que por accin de la gravedad se separan del seno del

lquido y son arrastrados hacia el fondo del tanque

sedimentador, donde pueden ser separados del agua a

la cual se desea darle tratamiento para remocin de

dichas partculas.

37

El proceso de sedimentacin La sedimentacin es

un proceso que forma parte de la potabilizacin del

agua y de la depuracin de aguas residuales.

38

El proceso es el siguiente

Los sedimentadores pueden ser:

a) Sedimentador de placas inclinadas de alta eficiencia.

b)Sedimentadores circular y rectangular con

mecanismo de extraccin de lodos

Coleccin del efluente

Extraccin de lodos

c) Sedimentador circular con alimentacin al

centro y colector perifrico

Otros : Sedimentador de plano inclinado

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FILTRADORES

La filtracin remueve aquellas partculas que tienen una

densidad muy cercana a la del agua y no pudieron ser

removidas en el proceso anterior (sedimentacin). Se trata

de un proceso complementario. Los filtros de arena son

efectivos para filtrar tanto contaminantes orgnicos, como

inorgnicos. El tamao mayor y la naturaleza

tridimensional del lecho de arena proveen ms rea de

filtrado y tienen una mayor capacidad de retencin que

muchos otros tipos de filtros.

40

Para eliminacin la de turbidez

del agua se utiliza los

siguientes:

41

AFS - Lecho filtrante constituido por arena de slice de

granulometra adecuada a la aplicacin. Eliminacin de

materia en suspensin.

AFD- Lechos filtrantes constituidos por antracita y arena de slice de

granulometra adecuada a la aplicacin. Eliminacin de materia en suspensin.

Rango de filtracin de hasta 15 con mayores caudales de filtracin que los filtros

de arena y menor consumo de agua de lavado. ATX- Alta eficiencia de filtracin. Un

solo lecho filtrante constituido por un compuesto mineral aluminio-silicato con grado

de filtracin de hasta 5 . Alto caudal de servicio y recomendado para la filtracin

final de agua municipal o pozo. No recomendado para la filtracin primaria de aguas

con alta turbidez. Incluye, por lo tanto, una etapa de equilibrio con alimentacin que

separa dos secciones de etapas de equilibrio, denominadas rectificacin y

agotamiento.

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Filtracin: Proceso de separar un slido (como un

precipitado) de un lquido en el que est suspendido al

hacerlo pasar a travs de un medio poroso por el cual el

lquido puede penetrar fcilmente. La filtracin es un proceso

bsico en la industria qumica que tambin se emplea para

fines tan diversos como la preparacin de caf, la clarificacin

del azcar o el tratamiento de aguas residuales. El lquido a

filtrar se denomina suspensin, el lquido que se filtra, el

filtrado, y el material slido que se deposita en el filtro se

conoce como residuo, torta o lodo.

43

En los procesos de filtracin se emplean cuatro tipos de

material filtrante: filtros granulares como arena o

carbn triturado, lminas filtrantes de papel o filtros

trenzados de tejidos y redes de alambre, filtros rgidos

como los formados al quemar ladrillos o arcilla (barro) a

baja temperatura, y filtros compuestos de membranas

semipermeables o penetrables como las animales. Este

ltimo tipo de filtros se usan para la separacin de slidos

dispersos mediante dilisis.

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Mezcla

Fase slida

Fase lquida

Esquema bsico de la filtracin

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COLUMNAS DE DESTILACIN

Componentes Principales de las Columnas de

Destilacin.

Un recipiente vertical donde tiene lugar la separacin

de los componentes lquidos interiores de columna

tales como platos o relleno que se utilizan para

incrementar el contacto entre lquido y vapor. Un

rehervidor o reboiler para vaporizar el producto de

fondo.

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COLUMNA DE DESTILACION

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Operacin Bsica y Terminologa

La mezcla lquida a procesar se conoce como

alimentacin y se introduce por la parte media de la

columna en un plato que se conoce como plato de

alimentacin. Dicho plato divide la columna en una

seccin superior (de enriquecimiento o rectificacin)

y una inferior (despojamiento). La alimentacin

circula hacia la parte inferior de la columna donde es

dirigida al rehervidor (o reboiler).

48

El vapor se mueve ascendiendo por la columna y al salir

por la parte superior, es enfriado por un condensador. El

lquido condensado es retenido en un recipiente

denominado tambor de reflujo. Parte de este lquido es

reciclado a la parte superior de la columna y es llamado

reflujo. El lquido condensado que sale del sistema se

llama destilado o producto de tope.

De esta manera, hay flujos internos de vapor y lquido

dentro de la columna, adems de flujos externos de

corrientes de alimentacin y productos, entrando y

saliendo de la columna.

49

Tipos de Columnas de destilacin

El proceso de destilacin se puede realizar en

diferentes tipos de columnas que pueden

clasificarse, en relacin a sus dispositivos

internos en:

Columnas de platos

Columnas de relleno

50

Columnas de platos

En las columnas de platos la operacin se lleva a

cabo en etapas. El plato va a proporcionar una

mezcla ntima entre las corrientes de lquido y

vapor. El lquido pasa de un plato a otro por

gravedad en sentido descendente, mientras que el

vapor fluye en sentido ascendente a travs de las

ranuras de cada plato, burbujeando a travs del

lquido

51

Columnas de relleno

La funcin principal del relleno consiste en

aumentar la superficie de contacto entre el lquido y

el vapor, aumentar la turbulencia y por tanto mejorar

la eficacia. A medida que aumenta el tamao del

relleno disminuye la eficiencia de la transferencia de

materia y aumenta la prdida de carga, por tanto

para determinar el tamao ptimo de relleno habr

que llegar a un compromiso entre estos dos

factores.

52

Otras reas en las que se emplea la

destilacin son

Plantas productoras de bebidas alcohlicas

(destileras).

Plantas que procesan gas natural

Obtencin de aceites esenciales a partir de

materias aromticas

Aplicaciones Plantas petroqumicas

Aplicaciones Planta de destilacin de etanol

53

COLUMNAS DE ABSORCIN

Absorcin es la operacin unitaria que consiste en la separacin de uno

o ms componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un

solvente lquido (un soluto A o varios solutos, se absorben de la

fase gaseosa y pasan a la lquida).

La Solubilidad del gas, debe ser elevada a fin de aumentar la rapidez

de la absorcin y disminuir la cantidad requerida de disolvente.

Volatilidad, debe tener una presin baja de vapor. Corrosin, los materiales

de construccin que se necesitan para el equipo no deben ser raros o

costosos. Costo, debe ser barato, de forma que las prdidas no sean

costosas, y debe obtenerse fcilmente. Viscosidad, se prefiere la viscosidad

baja debido a la rapidez en la absorcin. Otros, no debe ser txico, ni

inflamable, debe ser estable qumicamente y tener un punto bajo de

congelamiento.

54

COLUMNAS DE ABSORCIN

55

Adsorcin

Aprovecha la tendencia que tiene una sustancia

slida de retener sobre su superficie una capa de

un componente indeseable en una mezcla fluida.

La sustancia slida se llama adsorbente. La

remocin de la humedad del aire usando slica gel

es un ejemplo de esta operacin.

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Mezcla lquida libre de A

Mezcla

lquida

Slido

adsorbente

Mezcla

gaseosa

Mezcla

Gaseosa libre de

A

Slido

adsorbente

Esquema de la adsorcin

57

Tipos de columnas

Est rellenada de anillos Raschig de 10 x 10mm,

tambin de vidrio, usados para la absorcin de gas.

El lquido usado se almacena en un tanque de

alimentacin rectangular y mediante una bomba

centrfuga se suministrar por la cabeza de la

columna, desde donde desciende por el relleno y

vuelve al tanque. Un medidor de flujo de rea variable

instalado en la lnea de recirculacin da una lectura

directa del caudal.

Columna de absorcin de relleno.

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Columna de absorcin de gas de pared

hmeda - CES

Las columnas de pared hmeda pueden utilizarse para

determinar coeficientes de transferencia de masa

gas/lquido, esencial a la hora de calcular el diseo de

las torres de absorcin. Dichos coeficientes forman la

base de las correlaciones usadas para desarrollar

torres de relleno. El CES examina la absorcin en agua

desoxigenada (preparada por aspersin de nitrgeno)

de oxgeno del aire. ste es un ejemplo de absorcin

controlada por pelcula lquida. Puede determinarse el

coeficiente de transferencia de masa de pelcula lquida

para diversos caudales msicos de agua.

59

Aplicaciones de la absorcin

Recuperar productos produccin. De corrientes

gaseosas con fines de Mtodo de control de

emisiones de contaminantes a la

atmsfera, reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluorados), es decir

en efluentes gaseosos. La recuperacin de gases

cidos como H2S, mercaptanos y CO2 con

disoluciones de aminas. Produccin industrial de disoluciones cidas o bsicas en agua (cidos

clorhdrico, sulfrico y ntrico o hidrxido amnico).

Eliminacin de SO2 de gases de combustin con

disoluciones acuosas de hidrxido de sodio. La

eliminacin de xidos de nitrgeno con disoluciones de

agentes oxidantes

60

EQUIPOS DE TRANSFORMACIN

Reactores discontinuos o batch Este reactor se caracteriza por no tener flujo de entrada

de reactivos, ni de salida de productos mientras se lleva

acabo la reaccin. Puede ser simplemente un

tanque, el cual puede o no contener un agitador y se le

da tiempo para que se lleve acabo la reaccin; es decir

hasta que homogenice la mezcla. En los reactores

discontinuos, todos los reactivos son cargados

inicialmente en el reactor y la reaccin continua

entonces hasta completarse.

61

REACTOR DISCONTINUO O BATCH

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Ventajas

Generalmente mejor para pequeos volmenes de

produccin.

Ms flexible en operaciones multi productos.

Generalmente requiere un capital relativamente bajo.

Fcil de parar y limpiar Desventajas

Requiere un tiempo de parada inherente entre cargas.

El Coste de operacin puede ser relativamente alto.

Estado no estacionario implica control de proceso y

una uniformidad de producto ms difcil de conseguir.

63

Reactores continuos

Son aquellos que trabajan en estado

estacionario, mientras tiene lugar la

reaccin qumica al interior del reactor.

Se alimenta constantemente de

material reactante, y tambin se

retira ininterrumpidamente los

productos de la reaccin.

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REACTOR CONTINUO

65

Ventajas

Mejor para producciones indefinidas

de un producto o conjunto de

productos. Coste de operacin

relativamente bajo. Estado

estacionario implica control de

proceso y una uniformidad de

producto menos difcil de conseguir.

66

Generalmente requiere un

capital relativamente alto. Las

paradas provocadas por

mantenimientos inesperados

pueden ser costosas

Desventajas

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FERMENTADORES

La fermentacin microbiana es el mtodo ms aplicado

en la biotecnologa y tiene muchos usos y aplicaciones

en la industria de hoy da. Principio de funcionamiento

Es necesaria una solucin rica en nutrientes, donde se

inoculan los microorganismos y no se le aade nada ms

excepto oxgeno (m. aerobios) y un antiespumante.

Condiciones ptimas de trabajo con el control de los

siguientes parmetros: agitacin, temperatura, pH y

oxigenacin. Produccin y obtencin del producto y

purificacin.

68

Fermentadores

69

Tipos de fermentadores

Aerbicos, es un recipiente cerrado que se puede

esterilizar, airear, agitar y cuyo contenido puede tener

la temperatura regulada con un alto grado de

exactitud. El aire esterilizado mediante filtracin pasa

por una vlvula que no permite el retroceso, penetra al

caldo de cultivo mediante un inyector situado en el

fondo del fermentador. El sistema de refrigeracin

diseado para eliminar el calor originado por la

agitacin y el calor metablico producido por el

cultivo microbiano..

70

Anaerobios, utiliza el mismo reactor, para operar

en condiciones anaerbicas, exceptuando la

aireacin que ahora resulta innecesaria. La

intensidad de la agitacin se ajustar para lograr

una mezcla homognea.

Aplicaciones:

Elaboracin de vinos

Elaboracin de cerveza.

Tipos de fermentadores

GRACIAS

71