Fundamentos de Procesos Químicos

**Proceso químico:** Sucesión ordenada de operaciones físicas y químicas interrelacionadas que permite transformar, a escala industrial, unas **materias primas** en **productos**.

**Procesos continuos:** Se caracterizan porque las corrientes circulan ininterrumpidamente. Se emplean para producciones elevadas y funcionan en **régimen estacionario**.

**Procesos discontinuos:** Constan de 3 fases: carga, operación o transformación y descarga. Se emplean en las primeras industrias químicas y para pequeñas producciones.

**Régimen estacionario:** Régimen normal de funcionamiento de los procesos continuos. Un proceso opera en régimen estacionario si las variables o propiedades no dependen del tiempo. Para ser estacionario debe ser continuo; un proceso discontinuo no puede ser estacionario.

**Operaciones básicas:** Cada uno de los elementos constitutivos de un proceso químico.

**Acumulación:** Cantidad de propiedad que hay en un momento dado menos las que había en el momento anterior. No existe en régimen estacionario.

**Base de cálculo:** Cantidad de materia, o de tiempo de operación, que se toma como referencia y todos los datos y resultados obtenidos estarán referidos a ella. 1: La corriente con más información. 2: Si desconozco la composición, utilizo 1 unidad de masa o volumen del material, pero nunca 1 mol. 3: Para sistemas sólidos y gaseosos, se elige una base de cantidad de masa, y para sistemas líquidos se elige 1 base de masa o volumen. 4: En sistemas de flujo, elegir como base una unidad de tiempo.

**Recirculación:** Retorno de una fracción de corriente de salida de una unidad de operación a la entrada de la misma o de otra anterior.

**Ahorro energético:** Favorecer la conversión al máximo.

**Purga:** Eliminación de una fracción de la corriente de recirculación con el fin de evitar su acumulación.

**Bypass:** Separación de 1 fracción de la corriente de alimentación que, sin pasar por la unidad de operación, se une posteriormente a la corriente de salida. Se usa para modificar propiedades del producto.

**Balance:** Expresión matemática que contiene 4 términos: entrada, salida, generación y acumulación.

**Corrientes de convección:** Asociadas a 1 flujo global de materia. Se presentan en sistemas homogéneos (1 fase) y son creadas por fuerzas exteriores al sistema.

**Corrientes de conducción:** Debidas a un gradiente de propiedad entre 2 puntos. Se dan en sistemas homogéneos y no están asociadas a 1 flujo global de materia.

**Régimen laminar:** El fluido se desplaza en láminas, coincidiendo el desplazamiento global del líquido con el de 1 partícula. El transporte de propiedad se ve aumentado y la diferencia de propiedad entre 2 puntos de la misma fase es prácticamente despreciable.

**Régimen turbulento:** Existen torbellinos que hacen que algunas corrientes retrocedan. La velocidad del fluido es distinta a la de las partículas. Homogeneiza el contenido del sistema.

Operaciones de Separación

**Absorción:** Consiste en la separación de 1 o varios componentes de una mezcla gaseosa mediante un líquido (absorbente) en el que es/son solubles.

**Columna de relleno:** Tienen forma cilíndrica, esférica, etc., y relleno en su interior. Pueden ser rellenos estructurados. Suelen operar en contracorriente.

**Línea de operación:** Representa los componentes del gas y del líquido en los distintos puntos de la columna. La L.O. sólo es 1 recta en el diagrama en el cual representamos relaciones molares.

**Cantidad mínima de absorbente:** La necesaria para que la disolución de salida estuviese en equilibrio con la mezcla gaseosa que entra en la columna. L’opt ≈ 1,4L’min

**Velocidad de inundación:** Velocidad másica del gas que impide que el líquido descienda (se acumula en la parte superior de la columna). Velocidad óptima del gas ≈ 50 a 70% de la velocidad de inundación

**Mezcla azeotrópica:** Cuando el vapor y el líquido tienen la misma composición. El punto de ebullición mínimo es la temperatura a la que tiene lugar el punto azeotrópico (por debajo).

**Destilación:** Operación que permite separar los componentes de una mezcla líquida homogénea por vaporización parcial de la misma, mediante calefacción. En destilación hay 2 transferencias: L→V (componente + volátil) y V→L (componente – volátil).

**Destilación flash:** Necesita la presencia de 1 válvula de expansión; de lo contrario, hablaríamos de destilación equilibrada o cerrada. No se produce reacción química, por lo que no hay acumulación ni generación (E=S). Utilizada en la industria petrolífera. Proceso de destilación de 1 etapa.

**Reflujo total:** (D=0)→(Ln/Vn)=1→Ln=Vn. No hay corriente de destilado y todo el líquido que hay en el destilador vuelve íntegramente a la columna. Cuando esto sucede, el número de platos es mínimo. Cuando la relación de reflujo es mínima, hay infinito número de platos.

**Reflujo mínimo:** Δy/Δx = (Ln/Vn)min = Rmin/(Rmin+1) → ↑num platos. Siempre hay que trabajar con una columna de reflujo mayor que el mínimo 1,1Rmin

**Eficacia de plato:** Coeficiente entre el enriquecimiento que experimenta el vapor en un plato determinado y el enriquecimiento que experimentaría el vapor en un plato ideal.

Extracción Líquido-Líquido

**Líquidos totalmente miscibles:** Cualquier mezcla entre líquidos es posible.

**Líquidos parcialmente miscibles:** Sólo se pueden hacer mezclas homogéneas de determinadas proporciones.

**Sistemas binarios:** La solubilidad es función de la temperatura.

**Rectas de reparto:** Unen fases que están en equilibrio. En los sistemas binarios son horizontales.

**Curva binodal:** Lo que está dentro de la curva binodal está en 2 fases (heterogénea) y lo que queda fuera de la curva es homogénea.

**Factores que afectan a la separación:** 1. Tamaño de la región heterogénea (zona de inmiscibilidad). 2. Cantidad de disolvente que utilicemos, que determina la posición del punto M para obtener la composición de E y R.

**La extracción como alternativa a la destilación en los siguientes casos:** 1. Mezcla azeotrópica. 2. Si las composiciones a separar pasan elevadas temperaturas de ebullición, la destilación se vuelve poco económica. 3. Si las composiciones que forman la mezcla tienen volatilidades similares (temperaturas de ebullición similares). 4. Si al calentar algún componente se polimeriza o descompone.

**Propiedades que ha de tener el disolvente B:** Selectivo (que efectúe la separación), fácil recuperación, económico, viscosidad y volatilidad bajas.

**Extracción:** Separar de una mezcla líquida de varios componentes, uno de ellos mediante 1 disolvente que recuperaremos posteriormente.

**Factores que afectan a la extracción:** 1. Tamaño de la zona heterogénea (o de inmiscibilidad), y por eso se debe buscar 1 disolvente con zonas heterogéneas grandes. 2. Cantidad de disolvente que utilicemos. 3. La pendiente de las rectas de reparto (mejor a más pendiente). 4. Si la temperatura ↓, la zona heterogénea ↑.

Reactores Químicos

**Conversión por paso:** Conversión cada vez que pasamos por el reactor.

**Conversión global:** Con respecto a todo el proceso.

**q:** Cociente entre el calor necesario para vaporizar 1 mol de alimentación y el calor latente molar de vaporización de dicha alimentación.