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Dirección General de Cultura y Educación Dirección de Educación Superior

INSTITUTO SUPERIOR DE FORMACION DOCENTE

Y TÉCNICA nro. 127 “CIUDAD DEL ACUERDO” PROFESORADO DE QUIMICA CON TRAYECTO EN CIENCIAS NATURALES

CEPEDA, Nelson Daniel Página 1

Procesos industriales físicos químicos

Etapas comunes:

1. Preparación y purificación de materias primas.

2. Reacción.

3. Acondicionamiento de los productos finales.

Almacenamiento de sólidos

Cuando se trata de almacenar grandes cantidades de sólidos se les suele amontonar (granel), cuando es posible en el exterior y cuando sus propiedades no lo permiten, en naves de almacenaje. Para muchos productos que no se conglomeran, se utilizan los silos o los bunkers. Los cuales, son depósitos altos de sección rectangular o cilíndrica con su parte inferior cónica. A menudo, varios silos se reúnen en una unidad y se les denomina silos de cedula.

Almacenamiento de líquidos

Los líquidos se almacenan en tanques o tina de madera o en depósitos. La mayoría de las veces se utilizan depósitos cilíndricos, aunque también se emplean tanques prismáticos. Los depósitos de almacenaje que contienen líquidos combustibles se suelen disponer enterrados y con una unión en la tierra para evitar la producción de chispas y la consiguiente inflamación por descargas electrostáticas. En instalaciones químicas suelen encontrarse depósitos esféricos para el almacenaje de líquidos.

Almacenamiento de gases

Los gases se almacenan en depósitos llamados falsamente gasómetros. Gasómetro de campana: la salida del gas se impide por medio de un liquido de cierre (casi siempre agua), por la parte inferior; y por la parte superior mediante la campana que puede desplazarse hacia arriba y hacia abajo. Las partes inferiores de la campana y de los anillos terminan en “tazas” (las tazas también contienen liquido de cierre). Gasómetro de disco: el papel de la campana la desempeña un disco y el cierre se consigue mediante alquitrán que se hace descender rociando las paredes. Se pueden construir en mayores dimensiones que los gasómetros de campana. Botellas de acero: contienen cantidades más pequeñas, fáciles de almacenar y transportar. Resisten presiones que van desde los 3 a 150 atm. Por seguridad dichas botellas se aseguran a la pared mediante abrazaderas (preferentemente en jaulas alejadas al lugar del trabajo) para evitar accidentes.





Trituración

Como consecuencia del método de obtención y de la estructura de los yacimientos se obtienen las materias primas solidas, casis siempre en trozos de muy variado tamaño, que no son adecuados para la posterior elaboración. Las materias primas solidas y también los productos elaborados deben someterse a un proceso de trituración adecuado que permiten obtener tamaños de grano que van desde trozos de 30 a 40 cm.

Quebrantadoras

Quebrantar involucra procesos físicos de trituración hasta lograr conseguir el tamaño de una avellana. Se utilizan quebrantadoras de mandíbulas, redondas, de conos, de rodillos, de martillos, de tornillo sin fin entre otros. La quebrantadora de mandíbula tritura rocas y minerales duros por presión entre una mandíbula fija, y otra móvil. La fuerza viene dada por una biela propulsada mediante una rueda giratoria, haciendo que este movimiento se comunique en forma de presión sobre la mandíbula móvil. En las quebrantadoras de rodillos, se utilizan dos rodillos dentados que giran en dirección contraria. Uno de los rodillos tiene un eje móvil mientras que el otro es fijo.

Trituradoras

Para triturar se utilizan molinos de campana, molinos garr, molinos centrífugos, molinos anulares, muelas, entre otros aparatos. Las muelas trituran mediante presión y frotamiento, provocados por ruedas pesadas que giran lentamente sobre el material colocado en el plato. Las muelas están colocadas a distintas distancias para que el proceso de molienda tenga lugar en toda la superficie del plato. Las muelas son también adecuadas para la molienda húmeda y también se le encuentra aplicación para el mezclado de sustancia.

Molinos

Para la molienda fina se utilizan molinos de muelas, molinos, de rodillos, morteros, molinos pendulares, molinos de bola, molinos de tubo, etc. Los molinos de bolas suministran materiales especialmente finos. En un tambor se suelen disponer en pisos, placas de molienda y esferas de acero, porcelana, etc. Las cuales se mueven libremente por toda la sección interna del molino y cayendo sobre el material a moler por acción de la gravedad.





Briquetización

En el caso de los productos cuyas materias primas proceden de distintos lugares y presentan

enormes diferencias en el tamaño de grano, se tritura toda la materia prima a polvo, lo cual se

lo amasa con agua y se forma una pasta. Para conseguir luego piezas de varios centímetros las

cuales serán tratadas con altas temperaturas.

Cribado y desempolvado

Son procesos encargados de separar todo el material molido en los diferentes tamaños de grano

Tejidos de tamices

Los tamices consisten en placas perforadas o son marcos, cajas, etc. Entre los que se tensa un

tejido. Las mallas pueden ser en ambos casos cuadradas o circulares.

Tamices

El material a tamizar se mueve en los tamices fijos a lo largo de la superficie de tamizado Inclinado merced a su propio peso o se le obliga a moverse en su propio peso o se le obliga a moverse por raspado.

Tamices de tambor: es un tambor recubierto con mallas de tamizado, se puede realizar en un solo pasa una clasificación de materiales de distinta granulometría si el tambor esta dividido en distintas secciones. Zarandas o tamices perpendiculares: son tamices vibratorios en los que la superficie de tamizado realiza movimientos perpendiculares. Clasificadores neumáticos: en estos dispositivos se inyecta aire u otros gases. La corriente de aire provocada por un soplante provoca torbellinos al atravesar la masa y arrastra las partículas más finas y más ligeras, mientras las más pesadas y las mayores caen en el embudo que se encuentra mas abajo. Clasificador ciclónico: se hace circular al gas con gran velocidad recorriendo un camino en espiral. Con ello las partículas de polvo chocan contra la pared vertical y caen desde allí al colector.





Desempolvado eléctrico

En una cámara cerrada se encuentran frente a frente placas metálicas unidas a tierra y electrodos de rociado, conectados a una corriente continua de alta tensión. La parte inferior de la cámara es cónica en direcciona la salida. El gas bruto que ingresa tiene que atravesar los electrodos de rociado donde se cargan con igual signo y son ahora repelidos contra la pared metaliza unida a tierra, donde se descargan y caen hacia al cámara de salida. Esta caída se puede facilitar golpeando mecánicamente.

Mezclado y disolución

El mezclado es un proceso físico en el que no varía la naturaleza química de los materiales. El proceso de mezcla se realiza mediante un movimiento de mezcla suficiente de las partículas. Según la dureza de los materiales se han introducido diferentes denominaciones para el proceso de mezclado. Hablamos de: Mezclado: cuando se mezclan mecánicamente dos o amas sustancias solidas de modo que se distribuyan entre si lo mas homogéneamente posible. Amasado: cuando mezclamos un solido con un líquido, formando una pasta o masa. Suspensión: se hace una papilla entre sólidos finamente divididos y un líquido, no se disuelven. Disolución: cuando sólidos líquidos o gases son absorbidos por un líquido son el que forman una sustancia totalmente homogénea. Emulsión: cuando dos líquidos no miscibles se dispersan mediante agitación intensa.

Aparatos y maquinas mezcladoras

Agitadores: son los dispositivos que provocan mecánicamente un mezclado íntimo de las partículas aisladas. Pueden ser de construcciones muy diferentes. Mezcladores de tambor: los materiales son arrastrados hacia arriba por el giro del tambor, (o si el tambor es fijo, por medio de paletas giratorias) cayendo después libremente. Malaxadores: son útiles para el mezclado de productos sólidos o pastosos.

Absorción y adsorción

Absorción: es la captación de un gas a través de un líquido. Si esto tiene lugar o no a través de la reacción química, carece de importancia. Se produce absorción cuando un gas es muy soluble en un líquido. Para este proceso se utilizan altas torres cilíndricas, de mayor o menor anchura según su producción, en las que el gas a absorber circula de abajo a arriba mientras el absorbente lo hace de arriba abajo. La absorción sirve tanto para separar componentes valiosos de una mezcla





gaseosa, como para la purificación de gases cuando estos atraviesan sin modificación un absorbente, siendo absorbidas las impurezas acompañantes. Atomizador: en una carcasa alargada giran dos cilindros, provistos de discos, en direcciones contrarias. Se sumergen los discos en el líquido a ser lavado y mediante giros repentinos los discos pulverizan en forma de pequeñas gotas el líquido que los recubre. Se forma un velo el cual tiene contacto con el gas. Lavador rotativo: el gas que desea sea lavado atraviesa un tambor rotatorio, dividido en varias cámaras las cuales son divididas por tabiques. En las cámaras hay material de relleno y los tabiques obligan a la corriente gaseosa a entrar en contacto íntimamente. El líquido de lavado se encuentra en la parte inferior del tambor. Adsorción: es la captación de gases o vapores a través de ciertos sólidos. Adsorción estática: el adsorbente extrae de una cantidad dada de líquido las impurezas disueltas, presentes en pequeñas cantidades. Adsorción dinámica: se pasa una mezcla gaseosa o un líquido por un absorbente solido granulado colocado en un recipiente. La mayor importancia de la adsorción dinámica reside en la separación de mezcla de gases.

Separación

Filtración: es uno de los procesos mas frecuentes en las instalaciones químicas, se trata de separa partículas no disueltas en una solución, o de librar un gas de sustancias en suspensión. Existen diferentes agentes de filtración: arena, arcillas, carbón, papel, cuarzo, etc. Nuchas: en estos dispositivos, la placa perforada y el agente filtrante se encuentran en un depósito que pueden unirse en su parte inferior a un conducto de vacio. Filtros prensa: son los dispositivos de filtración más empleados, constan de placas y





lienzos de filtración. Los cuales se intercalan formando una unidad de filtración compacta. Trabaja de modo discontinuo. Unas ves que los filtros se llenan de residuos, estos se lavan con un disolvente puro, y se los vuelven a ensamblar para formar la unidad compacta de filtración, en el siguiente orden: placa, lienzo, marco, lienzo y placa. Filtros de tambor: es un tambor dividido en cinco zonas sobre las cuales, se tensa lienzos filtrantes. Contiene una cavidad en la cual se situará la sustancia a filtrar. Decantación: consta de una vasija cuya parte inferior termina den forma cónica, el liquido turbio ingresa por un cono invertido lo cual disminuye la velocidad del flujo y da lugar a que los componentes sólidos se dirijan hacia el fondo del recipiente. Al continuar ingresando el líquido el recipiente principal comienza a rebozar del líquido claro que sobrenada, quedando lo más turbio en la parte inferior. Flotación: es una forma de separar sólidos de distintas densidades, mediante una corriente de agua, que es dirigida hacia diferentes recipientes. Separando en cada uno de ellos los sólidos de distintas densidades. Centrifugación: se da para el caso de sólidos que fueron mal filtrados.las centrifugas, son cilindros o tambores que giran rápidamente, hasta con 1.000 rpm. Aunque existen aparatos que alcanzan velocidades que van desde los 15.000 a los 20.000 rpm. Se distinguen centrifugas de pared filtrante y de pared continua. Pueden ser de eje horizontal o vertical. Extracción de sustancias a partir de disoluciones: la separación de alguno de los componentes de un solido por medio de un disolvente se denomina frecuentemente por “lixiviación” y no por extracción. Se añade un disolvente al extractor. El extractor contiene al solido que se acaba de cargar el disolvente comienza disolver, saliendo de manera muy concentrada. Una ves extraído el solido, se lo vacía y se lo vuelve a llenar con material.





Caldeo y refrigeración

Refrigerante de Liebig: se trata de un tubo rodeado por una camisa en el que tiene lugar el intercambio de calor (aquí refrigeración) según el principio de contracorriente. Camisa refrigerante: el inconveniente que presenta este dispositivo es que la superficie de refrigeración es relativamente pequeña, la cual queda compensada por la gran velocidad de flujo del medio refrigerante. Cambiador de calor tubular: consta de una vasija cilíndrica en la que se encuentra un haz de tubos paralelos. Por encima y por debajo del haz de tubos se encuentran las cámaras de distribución. La acción refrigerante se puede reforzar si se hacen pasar ambas sustancias por el cambiador en contracorriente. Refrigerante de serpentín: el material a refrigerar fluye por un serpentín metálico (para aumentar la superficie de contacto) que se sujeta en sus extremos a una vasija cilíndrica. Mientras que el serpentín queda bañado externamente por el liquido refrigerante. Refrigerante de rociado: el material caliente fluye por el serpentín. El líquido refrigerante rocía la parte exterior de los tubos y se recoge en el canal. Los tubos se sostienen mediante un soporte. Y el conjunto puede encontrarse en un depósito o al aire libre. En el último caso el aire actúa como refrigerante. Calentador de viento: esta destinado para el trabajo con el alto horno y es simultáneamente un intercambiador de calor y un horno. Los gases residuales del alto horno, mezclados con el aire. Se queman en le hogar de combustión y el calor producido es transportado y cedido por los gases de combustión a un emparrillado de ladrillos refractarios en una segunda parte del calentador, de modo que aquellos se calientan amas de 1.000ºC. Alcanzando este estado se desconecta la entrada de gas y se





conecta la entrada de aire que atraviesa ahora la parrilla caliente y enfría los ladrillos refractarios ganando calor. Durante este periodo los gases del tragante se dirigen a un segundo calentador de viento donde se queman y ceden el calor producido.

Evaporación y desecación

Evaporación: es la transformación de un liquido en vapor, el paso de solido a vapor se denomina “sublimación”. Incluso a temperatura ambiente, las sustancias se evaporan con mayor o menor rapidez. Pero entenderemos aquí, por evaporación la transformación deliberada de un liquido en vapor. Concentración por evaporación: se conectan en serie varios evaporadores. Se aplica vacio al sistema e inmediatamente se le suministra calor por medio de vapor de agua al primero, mientras que al segundo y tercer evaporador, reciben calor mediante el vapor liberado por el calentamiento del primer evaporador. Cabe destacar que la energía térmica que se va transfiriendo por medio de los evaporadores va en disminución, pero se logra aumentar la temperatura sometiendo a los evaporadores posteriores al primero aumentando la grado de vacio. Desecación: es la separación completa de una sustancia con la fase húmeda. Naturalmente la cantidad principal de líquido se elimina primero de otra manera mas barata, mediante filtros prensa, centrifugación, etc., de modo que se someten sólidos con una pequeña cantidad de humedad. Armarios de desecación: son espacios cerrados y bien aislados, provistos con soportes de bandejas sobre las que se colocan el material a desecar. Se los puede calentar con aire caliente, vapor, electricidad, etc. Los vapores que se originan se eliminan por succión. Estufa de desecación al vacio: las bandejas pueden ser calentadas con vapor y el agua de





condensación que se forma se recoge por otra vía de conducción. Los vapores se eliminan por vacio y se condensan luego por refrigeración. Secadero de tambor: consta esencialmente de un gran cilindro giratorio, provisto frecuentemente con paletas, las cuales, permiten tener una mejor distribución del material en el interior del tambor, y con ello una mayor superficie. Disponen también de una instalación de aire caliente o gas de caldeo y de un ventilador de inyección o dispositivo de succión. Secadero de artesana: el material a desecar queda en un depósito en el que es removido por los brazos de un árbol giratorio, que consiguen también el avance del material hasta la salida del aparato. Naturalmente este aparato es adecuado para el trabajo continuo. Se calienta mediante vapor o desde el exterior con gas de caldeo. Secaderos de dos cilindros: dos cilindros móviles giran en sentido contrario. Le material se carga continuamente por la parte superior y el producto desecado abandona el aparato por la parte inferior. Secado por pulverización: la disolución concentrada se pulveriza por medio de toberas en cámaras de grandes dimensiones y las finas gotitas producidas se secan rápidamente por una corriente de gases calientes. En lugar de los gases calientes se puede pulverizar la disolución en una cámara de vacio caliente donde el material seco es extraído continuamente del suelo por raspadores.

Destilación y sublimación

Destilación: sirve para la recuperación de otros disolventes y líquidos valiosos, para la separación de dos líquidos de distintos puntos de ebullición y muchas veces para la preparación de sustancias de alto grado de pureza.

Aparatos de destilación: en la caldera o evaporador se calienta a ebullición la mezcla de líquidos a separar. La mezcla de vapores se separa en la columna, que puede ser de dimensiones considerables. Según las cantidades de vapor puedes llegar a tener





diámetros de hasta 2 metros. Existen columnas de hasta 30 metros de altura. Ya que la separación de una mezcla de vapores depende de la eficacia del lavado por el condensado que refluye, es preciso conseguir que vapor y líquido se mezclen íntimamente, lo que puede conseguirse mediante distintos dispositivos en el interior de la columna. Relleno: las columnas se rellenan con material de relleno compuesto por trozos de arcillas o de metales en forma de anillo o silla de montar. O en aparatos de ensayo de laboratorio, con anillos de vidrio. De este modo se aumenta la superficie interior de la columna y el condensado que refluye se distribuye bien, teniendo mayor eficacia el proceso de lavado. Columnas de platos borbotadores: consiste en un disco metálico exactamente adaptado a la columna, con perforaciones distribuidas por toda su superficie a las que se han soldado trozos cortos de tubos. Sobre cada trozo de tubo hay una campana que se puede subir o bajar con facilidad, pero no se puede quitar completamente. En un borde del plato hay un tubo de salida. Tales platos se distribuyen a lo largo de toda la columna y el gran numero. El vapor ascendente penetra por los orificios, choca contra la campana y se ve forzado a atravesar el condensado con lo que se disuelve en él, el componente menos volátil mientras el componente mas volátil atraviesa el condensado y además arrastra partes del componente mas volátil que estuviesen disueltas luego el condensado fluye de manera ascendente enriqueciéndose en cada plato el componente mas volátil hasta lograr su total separación.

Sublimación: ocurre esto cuando una sustancia pasa del estado solido al vapor sin pasar por el estado liquido. Algunos sólidos vaporizan a temperatura ambiente, mientras que otros lo hacen al ser fundidos primeros y luego al enfriarlos se forma el sublimado. Es empleada para purificar productos no destilables y a veces para la producción de cristales bien definidos.

Sublimador: es una capsula cerrada y plana sobre la que se extiende en capas delgadas el material impuro. Con frecuencia el material a sublimar, se mantiene en movimiento





mediante agitadores. Para acelerar dicho proceso se pueden eliminar vapores formados, inyectando gases. La caldera debe ser calentada homogéneamente para evitar obturaciones. Muy a menudo se realizan sublimaciones al vacio.

Bibliografía:

TEGEDER-MAYER. “Métodos de la industria química I”. Ed.: Reverte. Año: 1987.

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