T2: Procesos

1. Procesos: Son operaciones unitarias interconectadas que producen un cambio en una sustancia o en una mezcla.

• Corrientes de entrada (alimentación): Materiales que ingresan al proceso.
• Corrientes de salida (productos, subproductos, efluentes): Materiales que resultan del proceso.

Operaciones unitarias: Cada una de las operaciones o etapas individuales que permiten llevar a cabo un proceso industrial.

1.2 Planta de proceso

• Tratamiento previo: Acondicionamiento de la materia prima.
• Reacción: Transformación química (puede no existir en todos los procesos).
• Postratamiento: Separación de productos, subproductos y efluentes.
• Efluentes: Vertidos líquidos o gaseosos resultantes del proceso.
• Servicios auxiliares: Aportan y retiran energía y otros recursos (vapor, agua de refrigeración, etc.).

Clasificación de los procesos

1. Según la forma de alimentar el proceso:
   • Continuo
   • Discontinuo
   • Semicontinuo
2. Según la variable tiempo:
   • Estacionario
   • No estacionario

2. Balances de Materia

Se aplican a un sistema o proceso de flujo, delimitado por un recinto de control.

• Entra: Lo que accede al sistema.
• Sale: Lo que abandona el sistema.

Ecuación general: Entrada = Salida + Acumulación + Desaparición – Generación

Corrientes: Líneas de flujo de materia entre operaciones unitarias y/o límites del sistema. Se caracterizan por:

• Composición
• Velocidad de flujo
• Propiedades físicas
• Otros parámetros

Flujo de corrientes:

• Flujo másico: m
• Flujo molar: n
• Flujo volumétrico: V

Relaciones:

• m = V * ρ (densidad)
• m = n * M (masa molar)

Tipos de balances de materia

1. Balance global o parcial.
2. Balances totales o individuales.
3. Balances en masa, moles y elementales.

3. Operaciones Unitarias

Son parte indivisible de cualquier proceso de transformación de una materia prima en otro producto de características diferentes. Los procesos de transformación, en general, tienen como objetivo modificar las condiciones de una cantidad de materia de forma más útil para nuestros fines. Las operaciones unitarias son comunes en los procesos industriales, corresponden a etapas individuales y diferenciales entre sí, y pueden ser divididas en:

1. Acondicionamiento:
   • Cambios de temperatura (Tº)
   • Cambios de presión
   • Cambios de fase
2. Confluencias:
   • 2.1 Excisiones: 1 entrada y dos salidas.
   • 2.2 Mezclas: Dos entradas y 1 salida.
3. Operaciones de separación:
   • 3.1 Filtración: Operación unitaria de separación entre fases. La mezcla pasa a través de un medio poroso o filtro que retiene los componentes sólidos. Principio: choque y aglomeración de las partículas en suspensión mediante el filtro. Operación habitual con dos equipos en paralelo (limpieza-operación): filtro prensa y rotatorio. Ejemplo: purificación de agua para consumo humano.
   • 3.2 Sedimentación: Separación sólido-líquido por efecto de la gravedad de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Cuanto mayor sea la diferencia entre la densidad del sólido y del fluido, más fácil será la separación. Tamaños de partícula: 1-10 μm. Aplicaciones: eliminación de arenas, de flóculos químicos y espesado de fangos.
   • 3.3 Destilación (Flash, Destilación, Rectificación)
   • 3.4 Absorción: Operación unitaria con transferencia de materia entre fases: un componente (o varios) en fase gaseosa (G) se transfiere a un absorbente en fase líquida (L). Principio: solubilidad del contaminante en el absorbente líquido. Habituales: absorción en columna, a contracorriente de G y L pulverizado. Para mejorar el contacto: columnas de relleno. Necesidad de regenerar el líquido absorbente (disminuyendo la solubilidad) mediante desorción, con una corriente de gas inerte, aumentando la temperatura (Tº) o disminuyendo la presión.
   • 3.5 Adsorción: Operación unitaria con transferencia de materia entre fases: un componente (o varios) en fase G o L se transfiere a un adsorbente en fase sólida (S). Habituales: adsorción en columna. Adsorbentes: carbón activo. Necesidad de regenerar el adsorbente: corriente de vapor de agua o aire caliente, aumentando la temperatura (Tº) o disminuyendo la presión. Aplicaciones: eliminación de pesticidas y herbicidas, decoloración, eliminación de aceites (columnas de carbón activo).
4. Intercambio de materia
   • 4.1 Intercambio iónico: Operación unitaria con transferencia de materia entre fases: fase líquida (L) y fase sólida (S). Principio: intercambio entre los iones que se encuentran en la disolución y los iones que se encuentran en la resina. Resinas: sólidos con estructura porosa. Habitual: intercambio en columna. Aplicaciones: ablandamiento de aguas duras, desmineralización del agua.
   • 4.2 Membranas: Son barreras físicas semipermeables que separan dos fases (F), impidiendo su contacto y restringiendo el movimiento de las moléculas a través de ella de forma selectiva. Esto permite la separación de las sustancias contaminantes del agua. El agua residual se pone en contacto con una membrana porosa y, con una fuerza impulsora, se consigue la separación de los componentes. Características: separa contaminantes a baja concentración, a temperatura (Tº) ambiente y en poco espacio. Aplicaciones:
     • Microfiltración: Tamaño de poro: 0.02 – 10 μm; ΔP: 5 bar. Eliminación de sólidos en suspensión, aceites.
     • Ultrafiltración: Tamaño de poro: 0.001 – 0.02 μm; ΔP: 10 bar. Recuperación de proteínas.
     • Ósmosis inversa: Depuración y reciclado de efluentes; ΔP: 20-100 bar. Tamaño de poro: 0.5-1 nm.
5. Reacción / Derivación