procesos unit

1.4 EL CONCEPTO DE PROCESOS UNITARIOS Y OPERACIONES UNITARIAS
Una estructura lógica usada para sintetizar y analizar los diagramas de flujo en las industrias químicas y conexas, en las cuales el concepto básico subyacente es que todos los esquemas del proceso pueden estar compuestos y pueden descomponerse en una serie de unidades individuales, o pasos. Si un paso involucra un cambio químico, se llama un proceso unitario; si el cambio es físico, una operación unitaria.
1.4.1 Procesos Unitarios
Son procesos que involucran cambios químicos de los materiales, como resultado de la reacción química que tiene lugar. Por ejemplo, en la combustión de carbón, los materiales que entran y salen difieren químicamente uno de otros: carbón y el aire de entrada, y los gases y residuos que salen de la cámara de combustión. La combustión es por consiguiente un proceso unitario. Los procesos unitarios también están referidos como las conversiones químicas.
Junto con las operaciones unitarias (conversiones físicas), los procesos unitarios (conversiones químicas) forman la estructura básica de un proceso industrial químico. Por ejemplo, los reactantes son mezclados (operación unitaria) para que puedan reaccionar (proceso unitario), y la corriente de producto es separada en sus constituyentes los cuales pueden o no ser purificados posteriormente (varias operaciones unitarias.) La Mayoría de los procesos químicos consisten por consiguiente en una combinación de varios procesos unitarios y operaciones unitarias.
Las herramientas básicas del ingeniero químico para el diseño, estudio o mejora de un proceso unitario son el balance de masa, balance de energía, cinética de reacción y posición de equilibrio (la última se incluye solamente si la reacción no es completa). Juntos éstos se llaman popularmente los cuatro jinetes de la ingeniería química, y el estudio o diseño no es completo a menos que todos los cuatro se hayan dado.
Una lista de procesos unitarios no puede ser rígida ni permanente. Se agregan los nuevos según como se desarrollen. Una lista parcial (en inglés)es la siguiente:

Acetylation
Acidolysis*
Acidulation
Acylation*
Addition reaction
Alcoholysis*
Alkali fusion reaction
Alkylation*
Amination*
Ammoniation
Ammonolysis
Aromatization*
Calcination
Carboxylation
Causticization
Chelation*
Combustion*
Condensation reaction*
Consolidation reaction
Corrosion
Cyanoethylation*
Cyclization
Dealkylation
Decomposition
Dehydration reaction
Dehydrogenation*
Diazotization* and coupling
Double decomposition
Electrolysis*
Epoxidation*
Esterification
Etherification
Fermentation*
Fischer-Tropsch process*
Friedel-Crafts reaction*
Grignard reaction*
Haloform reaction*
Halogenation*
Halogenolysis
Hydration*
Hydroboration*
Hydrodealkylation
Hydroformylation*
Hydrogenation*
Hydrogenolysis
Hydrolysis*
Hydrorefining
Hydroxylation reaction*
Interesterification
Ion exchange*
Isomerization*
Methanation methanization
Neutralization
Nitration
Nitrogen fixation*
Oxidation process*
Oxoformylation
Ozonolysis*
Photolysis*
Photosynthesis*
Polymerization*
Polyoxyethylation
Pyrolysis*
Racemization*
Reduction
Reforming processes*
Saccharification
Saponification
Silicate formation
Substitution reaction*
Sulfonation*
Transesterification*
Vulcanization




1.4.2 Operaciones Unitarias
Durante muchos años los ingenieros químicos han reconocido que el diseño de unidades de proceso era mucho más dependiente del tipo de operación bajo consideración (por ejemplo, transferencia de calor, o flujo de fluidos, o destilación) y mucho menos dependiente de lo que estaba procesándose o donde estaba la unidad particular en la secuencia de las etapas del proceso. Así es dado el concepto de operaciones unitarias y un conjunto de principios y reglas para el diseño de unidades de proceso según el tipo de operación de la unidad en lugar del propio proceso. Gran cantidad de operaciones unitarias han sido extensamente desarrolladas como los procesos por membrana (la ósmosis inversa, diálisis, electro diálisis, y electroósmosis), técnicas para separación de sólidos de los fluidos, y métodos de controlar el transporte a través de los límites de las fases como el secado.
Estas operaciones unitarias se utilizan para ciertas funciones definidas dondequiera que ellas sean empleadas, y su uso a través de muchas aplicaciones diferentes de procesamiento, incluyendo industrias tan diversas como la fabricación de productos químicos, combustibles, farmacéuticos, pulpa y papel, comidas procesadas, y los metales primarios. Las operaciones unitarias sirven como una forma muy poderosa de análisis morfológico, las cuales sistematizan el diseño del proceso, y reduce grandemente tanto el número de conceptos que deben enseñarse y el número de posibilidades que deben ser consideradas al sintetizar un proceso particular.
La selección y clasificación de las operaciones unitarias es algo arbitrario. La filtración es generalmente la idea de una operación unitaria, pero en realidad existe un gran número de tipos de filtros totalmente diferentes. La destilación, la extracción con solvente, y la adsorción son usualmente consideradas como operaciones unitarias diferentes, pero todas pueden servir para cumplir la misma función de separar una mezcla liquida en dos o más productos de diferente composición. La destilación lo consigue mediante las diferencias de volatilidad, la extracción con solvente utiliza las diferentes solubilidades en un solvente inmiscible, y la adsorción se basa en las afinidades diferentes por una superficie sólida. Todas caen dentro de la categoría general de procesos de separación, la cual por eso es enfocada como un área de investigación. Diferentes técnicas de separación son aplicadas o preferidas para diferentes mezclas y propósitos. La invención y selección de las técnicas de separación es una dimensión importante de la síntesis de procesos, junto con la selección y montaje de otras operaciones unitarias.
La mayoría de las operaciones unitarias están basadas mecanísticamente en procesos fundamentales de transporte o transferencia de masa, transferencia de calor, y el flujo de fluidos (transferencia de “momentum”). Las operaciones unitarias basadas en la mecánica de fluidos incluyen el transporte de fluidos (tal como el bombeo), mezclado / agitación, filtración, la clarificación, el espesamiento o sedimentación, clasificación, y centrifugación. Las operaciones basadas en la transferencia de calor incluyen el intercambio de calor, condensación, evaporación, hornos, secado, torres de enfriamiento, refrigeración y congelado o descongelado. Las operaciones que se basan en la transferencia de masa incluyen la destilación, extracción con solvente, lixiviación, absorción o desorción, adsorción, intercambio iónico, humidificación o deshumidificación, difusión gaseosa, cristalización y difusión térmica. Las operaciones que se basan en principios mecánicos incluyen el cernido, manipulación de sólidos, reducción de tamaño, flotación, separación magnética y precipitación electrostática. El estudio de los fenómenos de transporte proporciona una uniforme y poderosa base para un entendimiento de las diferentes operaciones unitarias.
1.4.3 Operaciones Unitarias
Durante muchos años los ingenieros químicos han reconocido que el diseño de unidades de proceso era mucho más dependiente del tipo de operación bajo consideración (por ejemplo, transferencia de calor, o flujo de fluidos, o destilación) y mucho menos dependiente de lo que estaba procesándose o donde estaba la unidad particular en la secuencia de las etapas del proceso. Así es dado el concepto de operaciones unitarias y un conjunto de principios y reglas para el diseño de unidades de proceso según el tipo de operación de la unidad en lugar del propio proceso. Gran cantidad de operaciones unitarias han sido extensamente desarrolladas como los procesos por membrana (la ósmosis inversa, diálisis, electro diálisis, y electroósmosis), técnicas para separación de sólidos de los fluidos, y métodos de controlar el transporte a través de los límites de las fases como el secado.
Estas operaciones unitarias se utilizan para ciertas funciones definidas dondequiera que ellas sean empleadas, y su uso a través de muchas aplicaciones diferentes de procesamiento, incluyendo industrias tan diversas como la fabricación de productos químicos, combustibles, farmacéuticos, pulpa y papel, comidas procesadas, y los metales primarios. Las operaciones unitarias sirven como una forma muy poderosa de análisis morfológico, las cuales sistematizan el diseño del proceso, y reduce grandemente tanto el número de conceptos que deben enseñarse y el número de posibilidades que deben ser consideradas al sintetizar un proceso particular.
La selección y clasificación de las operaciones unitarias es algo arbitrario. La filtración es generalmente la idea de una operación unitaria, pero en realidad existe un gran número de tipos de filtros totalmente diferentes. La destilación, la extracción con solvente, y la adsorción son usualmente consideradas como operaciones unitarias diferentes, pero todas pueden servir para cumplir la misma función de separar una mezcla liquida en dos o más productos de diferente composición. La destilación lo consigue mediante las diferencias de volatilidad, la extracción con solvente utiliza las diferentes solubilidades en un solvente inmiscible, y la adsorción se basa en las afinidades diferentes por una superficie sólida. Todas caen dentro de la categoría general de procesos de separación, la cual por eso es enfocada como un área de investigación. Diferentes técnicas de separación son aplicadas o preferidas para diferentes mezclas y propósitos. La invención y selección de las técnicas de separación es una dimensión importante de la síntesis de procesos, junto con la selección y montaje de otras operaciones unitarias.
La mayoría de las operaciones unitarias están basadas mecanísticamente en procesos fundamentales de transporte o transferencia de masa, transferencia de calor, y el flujo de fluidos (transferencia de “momentum”). Las operaciones unitarias basadas en la mecánica de fluidos incluyen el transporte de fluidos (tal como el bombeo), mezclado / agitación, filtración, la clarificación, el espesamiento o sedimentación, clasificación, y centrifugación. Las operaciones basadas en la transferencia de calor incluyen el intercambio de calor, condensación, evaporación, hornos, secado, torres de enfriamiento, refrigeración y congelado o descongelado. Las operaciones que se basan en la transferencia de masa incluyen la destilación, extracción con solvente, lixiviación, absorción o desorción, adsorción, intercambio iónico, humidificación o deshumidificación, difusión gaseosa, cristalización y difusión térmica. Las operaciones que se basan en principios mecánicos incluyen el cernido, manipulación de sólidos, reducción de tamaño, flotación, separación magnética y precipitación electrostática. El estudio de los fenómenos de transporte proporciona una uniforme y poderosa base para un entendimiento de las diferentes operaciones unitarias.

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