Profesor: Ing. Denis Gabriel Hurtado

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA

Objetivos

• Aplicar los procedimientos básicos para

establecer la secuencia de las operaciones en

los procesos químicos Industriales.

• Conocer los diferentes tipos de procesos

químicos y su aplicación a nivel industrial.

Introducción

Si bien es cierto que el estudio sistemático de las operaciones y procesosunitarios partió de la Ingeniería Química, los conocimientosadquiridos se han aplicado a otras ingenierías involucradas en latransformación de la materia y de la energía como la IngenieríaIndustrial, Ingeniería Alimentaria, Ingeniería Ambiental, IngenieríaMecánica, entre otras.

Procesos

La norma ISO 9000:2005 apartado 3.4.1 define un “Proceso”como: Conjunto de actividades mutuamente relacionadas oque interactúan, las cuales transforman elementos deentradas en salidas.

Producto no

intencional

(desechos)

EntradasInsumos o

Materia Prima

SalidasProductos y/o

Servicios

ACTIVIDADES

DEL PROCESO

PROCESO QUIMICO

• Conjunto de operaciones químicas y/ofísicas que se desarrollan en formasecuencial y ordenada, orientadas a latransformación de unas materias inicialesen productos finales diferentes.

Materia prima

Producto final

1. Conjunto de etapas requeridas y equipos interconectados en forma organizada para que las materias primas e insumos se transformen en productos terminados a escala industrial.

2. Las etapas de un proceso industrial son actividades unitarias, donde se dan cambios físicos, trasformaciones químicas o ambos, de acuerdo a determinadas condiciones de operación, tales como presión, temperatura, etc.

PROCESO INDUSTRIAL

Industrias de Procesos Químicos

(Chemical Process Industries: CPI)

• Alimentos (bebidas, azúcar, jugos, congelados, lácteos, vinos, cerveza, etc.)

• Combustibles (petróleo, carbón, gas natural, gasolina) lubricantes y derivados petroquímicos

• Compuestos químicos

– Orgánicos (petroquímicos, solventes, cauchos, etc.)

– Inorgánicos ( sales, fertilizantes, etc.)

– Explosivos ( TNT, anfo, etc.)

– Detergentes y jabones

– Pinturas y pigmentos

Industrias de Procesos Químicos

(Chemical Process Industries: CPI)

• Metalurgia ( Acero y aleaciones, metales: Cu, Ag, Au, Re, etc.)

• Tratamiento de agua, efluentes y residuos

• Materiales ( cemento, asfalto, cerámica, vidrio, adhesivos, plásticos, materiales de construcción)

• Papel y celulosa

• Pesquera ( harina y aceite de pescado, conservas)

• Textiles y fibras sintéticas

• Fármacos

Etapas de los Procesos Químicos

Todo proceso productivo en la industria consta generalmente de tres etapas:

• Tratamientos físicos iniciales (tratamientos previos)Las materias primas se preparan y acondicionan para el proceso de reacción, a través de trituración, molienda, calentamiento, mezcla, etc.

• Tratamientos químicos (procesos de reacción)Son un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en un reactor y que transforman las materias primas en productos.

• Tratamiento físicos finales (tratamientos posteriores)Por último, es necesario hacer una purificación y separación de los productos obtenidos. Las técnicas más empleadas son la destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración.

Esquema de un Proceso Químico

REREREACCIONREACCION

(Transformación Química)

Tratamiento

previo

Acondicionamiento

Alimentación

Separación y/o

purificación

Tratamiento

posterior Producto

Emisiones

Efluentes

Recirculación

Sub

Producto

Secciones del Sistema de Proceso para la Producción de

Benceno

Operaciones Unitarias: Son aquellas unidades en donde los cambios son

necesariamente físicos, osea afectan a la materia sin modificar sus propiedades

químicas. Ejemplo: Destilación, absorción, filtración , extracción, secado, etc.

Procesos Unitarios: Son aquellas unidades en donde los cambios

implican transformaciones químicas de la materia, por ello constituyen el núcleo del

proceso total. Ejemplo: Combustión, oxidación, nitración, polimerización, reducción,

esterificación, hidrólisis, etc.

Unidades de Procesos

Operaciones y Procesos Unitarios

Operaciones Procesos

Filtración

Absorción

Decantación

Evaporación

Molienda

Extracción

Destilación

Secado

Oxidación

Neutralización

Electrólisis

Nitración

Saponificación

Combustión

Hidrogenación

Fermentación

Representación de Procesos

Diagramas de Proceso:

-Son las representaciones gráficas de los procesos y sirve

para enfocar e identificar el proceso durante la elaboración

del proyecto.

- Forman parte de la documentación del proceso.

- Son herramientas de gran utilidad en la comprensión y

cálculos de los balances de materia.

- Tiene distintos niveles de detalle y punto de vista.

Existen varios tipos de diagramas, que muestran

diferentes niveles de complejidad e información:

• Diagrama de Entrada - Salida

• Diagrama de Flujo de Bloques (BFD)

• Diagrama de Flujo de Proceso (PFD)

• Diagrama de Tuberías e Instrumentos (P&ID)

• Otros diagramas : Plano Unitario, Plano de

Planta (Plot Plan), etc.

Diagrama de Entrada – Salida ( Input –

Output Diagram)

• Todas las operaciones físicas y químicas involucradas

en el proceso se representan con un único bloque.

• Se utilizan flechas para representar las entradas y

salidas de materiales.

• Las materias primas entran por la izquierda y los

productos salen por la derecha.

• Pueden mostrarse velocidades de flujo o cantidad de

las materias primas y productos.

Diagrama de Entrada – Salida ( Input –

Output Diagram)

Ejemplo:

Diagrama de Flujo de Bloques (Block

Flow Diagram)

• Cada operación o unidad de proceso se representa por

un bloque.

• Existen sólo cuatro tipos de unidades de proceso que se

representan en los diagramas de bloque: Mezcladores,

Reactores, Divisores y Separadores.

• Las corrientes de flujo principal se representan por

líneas flechadas en la dirección del flujo.

• Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior

del diagrama, y los líquidos y sólidos hacia la parte

inferior, separados por densidades.

• Se debe incluir la información crítica para entender el

proceso (conversión, rendimiento).

Diagrama de Flujo de Bloques

Ejemplo:

El tolueno y el hidrógeno reaccionan para producir benceno y metano. La reacción no escompleta, se requiere un exceso de tolueno. Los gases no condensables son separados ydescargados. El benceno y el tolueno que no reaccionan son luego separados pordestilación, después el tolueno es reciclado al reactor y el benceno sale en una corrientede salida.

Diagrama de Flujo de Procesos

(Process Flow Diagram)

Este diagrama representa una etapa superior en cuanto a lainformación que aporta con respecto al diagrama de bloques.Contiene datos esenciales que el ingeniero necesita paradiseñar el proceso.

• Se representan todos los equipos de proceso identificadospor su número y nombre respectivo.

• Se numeran todas las corrientes de proceso incluyendo unadescripción de sus condiciones (temperatura, presión, flujos ycomposición química) mediante una tabla adjunta.

• Se representan todas las corrientes de servicios (vapor, aire,refrigerantes, aceites de calefacción, etc.) utilizados en cadaequipo de proceso.

• Se deben señalar los lazos de control básicos para asegurarla estabilidad de las condiciones de proceso.

Diagrama de Flujo de Procesos

Símbolos para construir un PFD

Diagrama de Flujo de Procesos

Convenciones Utilizadas para los Equipos

Diagrama de Flujo de Procesos

Numeración de los Equipos

P – 101 A/B identifica una bomba

P – 101 A/B identifica que la bomba está ubicada en el área N°1 de la planta

P – 101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de las n existentes en la planta

P – 101 A/B identifica que hay 2 bombas idénticas una de respaldo (backup)

Diagrama de Flujo de Procesos

Símbolos para la Identificación de las Corrientes

Diagrama de Flujo de Procesos

Diagrama de Flujo de Proceso para la Producción de Benceno

En base a la siguiente descripción, prepare un BFD y un PFD:

• La acetona se produce vía deshidrogenación catalítica del alcoholisopropílico, cuya reacción principal es la siguiente:

(CH3)2CHOH → (CH3)2CO + H2

• El alcohol isopropílico fresco se lleva a un tanque de mezcla en dondese pone en contacto con el alcohol isopropílico de reciclo provenientede un destilador, la mezcla se lleva a un precalentador antes de hacersu ingreso a un reactor tubular, en el cual se lleva a cabo la reaccióncon una conversión de 80%. La corriente que sale del reactor ingresa aun separador de fases, en donde el hidrógeno es obtenido en lacorriente de cabeza, mientras que la corriente de fondo es enviada auna torre de destilación donde se separa la acetona del alcohol noreaccionado. La acetona es obtenida como producto de tope, mientrasque el alcohol isopropílico se obtiene como producto de fondo el cuales recirculado al tanque de mezcla que alimenta al reactor.

Escoja una operación o un proceso unitario de los quese ha visto en clase y elabore un mapa conceptual ensu cuaderno de acuerdo al siguiente ejemplo:

Mezclado: Operación Unitaria

MUCHAS

GRACIAS