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Asignatura : PROCESOS INDUSTRiALES I
Sesión Nº3 : INTRODUCCION A LOS PROCESOSINDUSTRIALES
ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIAINDUSTRIAL
FACULTAD DE INGENIERIA
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1.Objetivos
2. Introducción
2.1 Introducción Procesos
Industriales
2.2 Procesos Químicos y Físicos
2.3 Representación de los Procesos
3.alance de !ateria
". #jercicios $plicativos
".1. %onclusiones
PRO%#&O&I'()&*RI$+#&
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Api!ar "s pr"!e#i$ient"s %&si!"s para
esta%e!er a se!uen!ia #e as "pera!i"nes en
"s pr"!es"s 'u($i!"s In#ustriaes)
C"n"!er "s #i*erentes tip"s #e Pr"!es"s
'u($i!"s + su api!a!ión a ni,e in#ustria)
O%-eti,"s
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El docente plantea una situación que despierta el interés
del estudiante a través de las siguientes preguntas :
Mu-eres:
.D(ga$e U#) a re!eta para preparar unarr"/ !"n p""0
1ar"nes:.Etapas para "%tener a i!en!ia #e !"n#u!ir0)
!otivación
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Se e$pie/a a i#enti*i!ar " 'ue es un Pr"!es" +!uaes s"n sus etapas2 $e#iante ainterr"gante:
.A$%"s !as"s ser&n pr"!es"s02
.La se!uen!ia #e est"s pr"!es"s ser&n
etapas)
Interacción
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L"s pr"!es"s 'u($i!"s s"n una ra$a #e
"s a$a#"s pr"!es"s in#ustriaes2 'ue s"n
e !"n-unt" #e trans*"r$a!i"nes 'u($i!as+ *(si!as #estina#as a generar un pr"#u!t"
*ina)
Intr"#u!!ión
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Es a serie #e pas"s 'ue se e,an a
!a%" para "%tener e pr"#u!t" #esea#".
Pr"!es"s
TANUE DESALMUERA
Agua #e $ar
F1 F3
Sa$uera4#es5e!5"6
Agua pura
F2
Materias Pri$as Pr"#u!t"s
Energ(aata !ai#a#
Energ(aresi#ua
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PROCESOS INDUSTRIALES
Es un !"n-unt" #e "pera!i"nes + pr"!es"s
unitari"s 'ue e "!urren a a $ateria para ser
trans*"r$a#a en un pr"#u!t" *ina) E-) In#ustria
Te7ti
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Fa%ri!a!ión #e ai$ent"s)
Puri*i!a!ión #e $etaes)Puri*i!a!ión + trata$ient" #e aguas)
Ea%"ra!ión #e $e#i!a$ent"s)
Ea%"ra!ión #e p&sti!"s)
In#ustria Te7ti
In#ustria #e pr"!esa$ient" #e Pupa #e pape2et!)
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Panta #e Pr"!esa$ient" #e 8e%i#as
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PRO%#&O Q)I!I%O
Su!esión "r#ena#a #e "pera!i"nes *(si!as +9" 'u($i!as
!"n "s 'ue se trans*"r$an unas sustan!ias en "tras a
es!aa in#ustria)
En "s pr"!es"s u($i!"s se #an Opera!i"nes +
Pr"!es"s Unitari"s)
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ESUEMA SIMPLIFICADO DE UN PROCESOUMICO
!ateriasPrimas
Prep. !ateriasPrimas
$condicionamientode !aterias Primas
*rans,ormaciónQuímica
Se&eparaci-n
Recirculación
R.Química
Preparaciónde Producto
$condicionamiento de losproductos
Productos
Puri/cación0
&ubproductos
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Las Opera!i"nes Unitarias Son fenómenos físicoscaracterísticos que le ocurren a la materia en un proceso industrial, Ej:
Destilaciòn,ltraciòn , transferencia de calor, ujo de uìdos , etc.
L"s Pr"!es"s Unitari"s: Los cambios uímicos que ocurren
en el reactor o reacciones químicas como oidación, nitración,
polimeri!ación, reducción, estericación, etc., se conocen con elnom"re de Procesos )nitarios.
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Diagra$a generai/a#" #e un pr"!es"
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Trata$ient"s Pre,i"s (Materias Pri$as )
Pr"!es"s #e Rea!!ión 4Pue#e n" e7istir )
Trata$ient" P"steri"res 4Pr"#u!t"s #erea!!ión6
Etapas #e "s pr"!es"s u($i!"s
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#tapas de los procesos Químicos
Ses
#E#E#E$%%&'(R#$%%IO'
4Opera!i"nes8&si!as6
Trata$ient"Pre,i"
A!"n#i!i"na$ient"
MateriasPri$as
Ser,i!i"s Au7iiares
4Opera!i"nes8&si!as6
A!"n#i!i"na$ient"P"st;trata$ient"
e*uentes
Pr"#u!t
Materia<
Energ(a
E*uentes
su%pr"#u!t"s Re!ir!ua!ión
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• Identifique en "pera!i"nes o pr"!es"s los siguientestérminos:
A)Filtración. …………………..
)Acidulación………………….
!)"isolución…………………..
")#eutrali$ación. ……………
E)"ecantación. ……………….
F)%recipitación. ………………
&)Evaporación. ……………….
')ulfidración. ……………….
I)aponificación……………….
$plicación
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Diagra$as #e Pr"!es"s:
;on las representaciones grficas de los procesos
.
; Forman parte de la documentación del proceso.
; 'erramientas de gran utilidad en la comprensión* clculos de los procesos)
; Distint"s ni,ees #e #etae + punt" #e ,ista:
Representa!ión #e Pr"!es"s
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Diagramas de flujo con bloques
Diagramas de flujo con símbolos ( PFD Process
Flow Diagrams)
Diagrama de Balance de Servicios Industriales
(DSI Diagrama de Tubería e instrumentos( DTI )
Diagrama de Sistemas de fluentes (DS)
Plano de Planta (Plot Plan)
!tros diagramas " Planta# Isom$tricos# de detalle
%onstructivos# etc&
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F"r$a#"s e7!usi,a$ente p"r !"rrientes +%"'ues
C"rrientes : L(neas #e *u-" entre %"'ues ) o l+neas de
,ater+a )
Sueen $ar!ar su #ire!!ión #e *u-" e irn"$%ra#as " nu$era#as
Diagra$as #e %"'ues
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Diagra$a #e 8"'ue
*rans,ormaciónQuímica
Se !"ne!tan $e#iante *e!5as para in#i!ar a #ire!!ión #e *u-" #eas se=aes
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• Per$ite !"$pren#er a !ir!ua!ión genera 4entradas- orden de fluo - recirculaciones-,*passes- me$cla - salidas- etc.).
• A#e!ua#"s para "s %aan!es #e $ateria +energ(a
• Pue#en ir a!"$pa=as #e a #es!rip!ión de lasvaria,les de proceso.
8"'ues
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S($%""s usa#"s para representarE'uip"s
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Diagra$a #e 8"'ues
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!$*#RI$ PRI!$
*R$*. PR#IO!$*#RI$ PRI!$
PRO%#&O*#4I(O
#*$P$ (# 5$O'$(O
&)$I6$(O
$%$$(O&
$%$$(O *#+$ $I#R*$ 7*))+$R
$%$$(O 8I+OP$R$FI'$(O
$R#$ (#*#5#()RI$
#'5)$9)#&
$R#$ (# %O&*)R$
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Diagra$a #e Es'ue$&ti!"
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/a*or detalle que los de ,loques - especialmente
en los equipos. "ocumento gr0fico de referencia para la descripción del
proceso. !ontiene todos los equipos individuales salvo los menos
importantes
N" sueen in!uir:Servicios de circuitos auxiliares
Instrumentación ni lazos de control
Diagra$as #e Fu-"
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#omenclatura precisa no estandari$ada para
equipos * conducciones.
anderas con valores de algunas varia,les
importantes
El diagrama de fluo a*uda al anlisis a
comprender el sistema de información de acuerdo
con las operaciones de procedimientos incluidos-
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DI''*' D T+B,' I-ST+*-T!S (DTI )
El siguiente nivel de detalle es el proceso * el Instru$ent" "iagrama- o % 1 I". Aqu+- podemos ver el proceso de evaporación de todo el compresor como unidad.
Eemplo: En el diagrama por instrumentos podemos apreciar los 2ransmisores de
temperatura * sus respectivos registradores.
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Diagramas de InstrumentaciónLos diagramas con símbolos de los equipos, se pueden combinar con símbolos de
temperatura, presión, válvula controladora de nivel, etc. son útiles para determinar los
requerimientos de medidas de control y la instrumentación en una planta.
*+lula de%ontrol
-om"a%entrífua /e!clador con
$itación,%ompresor
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Los procesos se clasican se0n el tipo de material queprocesan en:En sistema de uidos, en los cuales se manejan de maneralo"al ases, líquidos 1 en ocasiones sólidos uidi!ados.
CLASIFICACION DE LOS PROCESOS UIMICOSINDUSTRIALES
Se pueden considerar las siuientes
industrias:
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%rotección am,iental.%ada a2o, la protección del am"iente requiere m+s atenciónpor parte de los inenieros. Los factores am"ientales afectan a
toda la industria química 1 a los neocios en eneral. Losastos comunes e importantes para el control de lacontaminación en el mundo reejan la interención de loso"iernos mediante le1es estrictas. Estas son aplicadas por lasaencias de protección am"iental.
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8ALANCE DE MATERIA
% id i l bl d
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%onsideraciones .ara resolver .roblemas de!.eraciones / Procesos +nitarios
3a solución de casi cualquier pro,lema que involucre una "pera!ión o un
pr"!es" unitari" inclu*e los siguientes pasos:
4. 5eali$ar el %aan!e #e $ateria para calcular las masas de reactivos *
productos.
>) 5eali$ar el %aan!e #e energ(a para encontrar todas las interacciones
energéticas del proceso- fundamentalmente calor * tra,ao. Algunas veces es
necesario resolver los ,alances de materia * energ+a de manera com,inada.
6. !alcular las velocidades de reacción * de transferencia de masa- de lo cual
se ocupan la !in?ti!a 'u($i!a * los *enó$en"s #e transp"rte.
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7n ,alance de materiales no es ms que unaconta,ili$ación de material- donde e8isten fluos de entrada
* salida.
8aan!e #e Materia
l é d l l
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2:;<
3: =< >:;<
3.9"efinir el sistema. "i,uar un diagrama de proceso.
.9 !olocar en el diagrama los datos disponi,les. 6.9 ;,servar cuales son las composiciones que se conocen- o que
pueden calcularse fcilmente para cada corriente.
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SISTEMAe refiere tam,ién a cualquier porción ar,itraria o a la
totalidad de un proceso esta,lecida para su anlisis.
Fr"ntera #e siste$a: e circunscri,e formalmentealrededor del proceso mismo. %uede ser una l+nea fia o
imaginaria .
Siste$a a%iert" 4!"ntinu"6: Es aquel en que setransfiere material por la frontera del sistema> esto es-
entra * sale del sistema. Siste$a !erra#" 4p"r "tes6: no ?a* transferencia de
material fuera de la frontera.
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SISTEMA
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Rea!t"r 'u($i!"
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0e/ de conservaci1n de la materia
$ ? #+& @ &+& A 9 & B %&
A: A!u$ua!ión #entr" #e siste$aELS: Entra#as p"r "s i$ites #e siste$aSLS : Sai#as p"r "s i$ites #e siste$aGS : Genera!ión #entr" #e siste$a
CS : C"nsu$" #entr" #e siste$a
Si n" 5a+ genera!ión " !"nsu$" #e $ateria #entr"#e siste$a
A!u$ua!ión @ Entra#as Sai#as
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Si n" e7iste a!u$ua!ión " !"nsu$" #e $ateria #entr" #e
siste$a2 se #i!e 'ue esta$"s en esta#" esta!i"nari" "
uni*"r$e)
#ntradas ? &alidas
Siste$a Esta!i"nari"
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l m$todo general .ara resolverbalances de masa
4. "efinir el sistema. "i,uar un diagrama de proceso.
. !olocar en el diagrama los datos disponi,les.
6. ;,servar cuales son las composiciones que se conocen- o que pueden calcularse
fcilmente para cada corriente.
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Api!a!ión #e 8aan!e #e Materia
ENTRADAS SALIDAS
A B < B g
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Problema aplicativo
Si un itr" #e a!"5" et(i!" se $e/!a #" L #eagua2 .Cuant"s g #e s"u!ión resutan0 .Cu&nt"sitr"s0
Las #ensi#a#es #e a!"5" + e agua a >BC s"n
B)H + B) g9!$32 respe!ti,a$ente)
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APLICACIÓN:
La alimentación de una columna de destilación contiene 20% en peso de etano, 40%
de metano y 40% de propano. l !lu"o de alimentación es #000$g&, y el producto de
cabe'a contiene ()% de metano, #2% de etano y *% de propano. +na corriente
lateral cuya composición es #)% de metano, *)% de etano y )0% de propano, se
retira a ra'ón de *00 $g. &. -alcular
a l peso de las colas y su composición
b /eali'ar el análisis de los grados de libertad.Solución.-
1. Diagrama de flujo.
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NI N!" N#! NC! N$ %L
#2 * 2 1 0 #
&. "ase de c'lculo #000 $g. de alimentación 3, o una # &ora de operación.
(. An'lisis de los grados de li)ertad.
l problema esta subespeci!icado, por lo tanto para la resolución del problema se &a
de asumir un dato puede ser un !lu"o o una composición, considerando que el
producto de cabe'a sea 5 400 $g. &
*. "alance glo)al +masa,. 3 5 6 L 6/, reempla'ando valores
#000 5 400 6 *00 6 /
/ 5 *00 7g. &
R
H C
L
H C
D
H C
F
H C mmmm
12121212
++=
. "alance de comonentes. ).# 8alance de -
29
1
0.2 #000 5 0.#2 400 6 0.*) *00 6 y *00
y 5 0.#)11 % -29
1 en / 5 #).11 %
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R
CH
L
CH
D
CH
F
H C mmmm
4412 4 ++=
.& "alance de C/*
0.4 #000 5 0.() 400 6 0.#) *0 6 : *00
.( La fracción en eso de C(/0 en $ ser':
' 5# : ;y 5#0.0) 0.#)11 5 0.
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Intera!!ión !"n e au$na#"
a) .Cu& es e siste$a0
%) .Cuaes s"n "s rea!tantes 0
!) .E7iste una rea!!ión " una
#is"u!ión0
#) .C"$" se api!a a !"nser,a!ión
#e a $ateria0
A- t ?t # # t t
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=6
A-ustar2 p"r e $?t"#" #e tante"2 assiguientes E!ua!i"nes u($i!as
a) !6' (g) B ; (g) C !; (g) B '; (g)
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/4%5$S
6#$%&$S