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Mario Santizo

Balances de Materia y Energía

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Introducción a los balances de M & E (Procesos Industriales)

Procesos industriales

La industria comprende múltiples operaciones de acuerdo al proceso industrial, estas operaciones comprenden: Cambios químicos, físicas, mecánicas y de separación para obtener el o los productos requeridos de acuerdo a los procesos.

Cualquier proceso de transformación, separación o purificación involucra una serie de operaciones unitarias.

Estas operaciones unitarias o procesos unitarios forman parte de los diferentes procesos industriales conservando sus principios básicos, aunque su dinámica y la corriente de materiales varíen en cada proceso.

La caracterización de los procesos y operaciones unitarias permite entender, entre otras cosas, la lógica de la generación de residuos de manera integrada a los procesos industriales. En los diferentes procesos de producción, se presenta la necesidad de mezclar sustancias, de separación de los componentes de una mezcla y de compactar o fraccionar sólidos.

Una operación unitaria puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se agregan materiales, insumos o materias primas para producir un producto terminado.

Los procesos industriales, es decir, específicamente las operaciones unitarias requieren de utilitarios para su funcionamiento, es decir: Energía eléctrica, térmica, frigorífica, aire comprimido, agua y aire comprimido. Sin estos utilitarios no es posible el funcionamiento de los procesos.

Una operación de proceso transforma la materia prima a través de las operaciones unitarias para obtener el producto requerido.

Las formas de energía incluyen la mecánica, térmica, eléctrica y química. La energía se aplica de forma adecuada mediante el equipo requerido. También se requiere energía humana, para controlar los equipos.

Clasificación de las operaciones unitarias

  1. Destilación. Separación de los componentes de una mezcla líquida por medio de la ebullición basada en las diferencias de presión de vapor.
  2. Absorción gaseosa. En este proceso se separa un componente gaseoso de una corriente por tratamiento con un líquido.
  3. Extracción líquido-líquido. En este proceso de separación el soluto de una solución líquida se separa en contacto con otro disolvente líquido que es relativamente inmiscible en la solución.
  4. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el tratamiento de un sólido con un líquido que disuelve y extrae un soluto contenido en el sólido.
  5. Evaporación. Éste es un proceso de transferencia de calor, que estudia la separación de un disolvente volátil (como el agua), de un soluto no volátil como la sal o cualquier otro tipo de material en solución.
  6. Secado de sólidos. Separación de líquidos volátiles casi siempre agua de los materiales sólidos.
  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 una membrana semipermeable, a otro fluido.
  8. Cristalización. Extracción de un soluto, como la sal, de una solución por precipitación de dicho soluto.
  9. 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.

Estas operaciones unitarias tienen ciertos principios básicos o fundamentales comunes.


Procesos fundamentales de transporte

 

  1. Transferencia de momento. Se refiere a la que se presenta en los materiales en movimiento, como en operaciones unitarias de flujo de fluidos, sedimentación y mezclado.
  2. Transferencia de calor. En este proceso fundamental se considera la transferencia de calor de una sustancia a otra; se presenta en las operaciones unitarias de transferencia de calor, secado, evaporación y destilación
  3. Transferencia de masa. Transferencia de masa de una fase a otra diferente; el mecanismo básico es el mismo para las fases gaseosas, líquidas o sólidas. Incluye la destilación, absorción, extracción líquido-líquido, lixiviación, secado de sólidos, separación por membranas, absorción y adsorción.

En la sección de Ingeniería Química se presentarán dos secciones:

1. Operaciones Unitarias [Destilación, extracción por solvente, lixiviación, absorción, torres de enfriamiento y secado de sólidos]

2. Utilitarios [vapor, recuperación de calor, energía eléctrica, agua, energía eléctrica en sistemas de potencia, refrigeración y aire comprimido