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OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA [Seleccione la fecha]

OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA

¿Qué es ingeniería química?

Es la aplicación de los principios de las ciencias físicas, químicas y matemáticas, conjuntamente con los principios derivados de la economía, como de las relaciones humanas en campos que pertenecen directamente a los procesos químicos y equipos de procesos con los cuales se trata la materia prima para efectuar cambios en su composición, estado y energía para producir para el hombre.

¿Qué son procesos químicos?

Es el conjunto de pasos y técnicas que realizan cambios en la composición química o bien cambios físicos en las materias que se prepara se procesa luego se separa o purifica.

El proceso químico realizado en cualquier escala puede dividirse en una serie de acción unitaria a la que se llama también operación unitaria.

OPERACIONES UNITARIAS

Un método muy conveniente para organizar la materia de estudio que abarca la ingeniería química se basa en dos hechos:

Aunque el número de procesos individuales es muy grande, cada uno de ellos puede dividirse en una serie de etapas, denominadas operaciones, que se repiten a lo largo de los distintos procesos.

Las operaciones individuales poseen técnicas comunes y se basan en los mismos principios científicos. Por ejemplo, en la mayor parte de los procesos es preciso mover sólidos y fluidos, transmitir calor u otras formas de energía desde una sustancia a otra, y realizar operaciones tales como secado, molienda, destilación y evaporación.

El concepto de operación unitaria es el siguiente: mediante el estudio sistemático de estas operaciones en sí -operaciones que evidentemente constituyen la trama de la industria y los procesos- se unifica y resulta más sencillo el tratamiento de todos los procesos.

Los aspectos estrictamente químicos de los procesos se estudian dentro de un campo paralelo de la ingeniería química denominado cinética de reacción, o ingeniería de las reacciones químicas.

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Las operaciones básicas se utilizan ampliamente en la realización de las etapas físicas de preparación de los reactantes, separación y purificación de los productos, recirculación de los reactantes no convertidos y control de la transferencia de energía hacia o desde los reactoresquímicos.

SOLIDOS:

Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia más conocidos y observables (siendo los otros gas, líquido y el plasma). Se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.

CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:

CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS:

Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.

Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.

Compresibilidad: Los sólidos no pueden comprimirse.

Fuerzas Intermoleculares: En un solido las fuerzas intermoleculares que predominan son la de ATRACCIÓN.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Forma_(figura)

http://es.wikipedia.org/wiki/Plasma_(estado_de_la_materia)

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia


PROPIEDADES de los sólidos:

ELASTICIDAD: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.

Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).

Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un sólido con dureza elevada.

Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”

Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del liquido en el cual se coloca.

Inercia: Es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.

Tenacidad:

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En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.

Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.

Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos.

PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:

Los sólidos tienen una forma y volumen definidos y que pueden clasificarse en cristalinos y amorfos.

Además de clasificarse en cristalinos y amorfos, los solidos también pueden agruparse en metálicos y no metálicos.

CARACTERIZACION DE LAS PARTICULAS:

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La caracterización de partículas y conjuntos de partículas es una operación metalúrgica muy importante en el procesamiento de minerales (concentración de minerales, hidrometalurgia, piro metalurgia), ya que el tamaño se usa como una medida de control para la conminación que tiene como finalidad la liberación de las especies valiosas de las no valiosas contenidas en una mena.

DENSIDAD: las partículas de sólidos homogéneos tienen la misma densidad que el material de origen, mientras que cuando son sólidos heterogéneos, al romperse, presentan diferentes densidades entre sí y con el sólido de origen.

FORMA DE LAS PARTÍCULAS: la forma de las partículas irregulares se define en función de un factor de forma λ (θ, esfericidad) el cual es independiente del tamaño de la partícula. Si se define Dp como "diámetro de la partícula" que es la longitud de la dimensión de definición, el factor de forma está relacionado con éste valor. El diámetro de la partícula se usa para formular la ecuación genérica del volumen de la Partícula y de la superficie de la partícula. Se trabaja con una partícula en forma de cubo y luego se generaliza llegando a:

El volumen de la partícula (Vp) es: Vp = a Dp3 (I)Y la superficie de la partícula (Sp) es: Sp = 6bDp2(II)Con a y b como constantes que definen la forma de la partícula.Con la relación volumen-superficie de la partícula, queda:

Este factor de forma λ indica cuan cerca estα la forma de la partícula en estudio de las partículas de formas regulares como la esfera, el cubo y el cilindro cuya altura es igual al diámetro con λ=1. A continuación se muestra una tabla contentiva de algunos factores de forma de las partículas.

Partículas:

Partículas regulares:

Esferas Cubos Cilindros

Partículas Irregulares:

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http://www.monografias.com/trabajos11/tebas/tebas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml


EXFOLIACION:

El proceso de exfoliación produce la separación, en una roca grande, de placas curvas a manera de costras.

Este proceso origina unas colinas grandes abovedadas, llamadas domos de exfoliación.

TIPOS DE EXFOLIACIÓN:

Exfoliación basal o hendidura pinacoidal se produce en paralelo a la base de un cristal.

Exfoliación cúbica, se produce en paralelo a las caras de un cubo de cristal con una simetría cúbica.

Exfoliación octaédrica, se produce formando formas octaédricas de un cristal con simetría cúbica

Exfoliación dodecaédrica, se produce formando dodecaedros de un cristal con simetría cúbica.

Exfoliación romboédrica, ocurre paralela a las caras de un romboedro. La calcita y otros Minerales

carbonatos exhiben exfoliación romboédrica perfecta.

La exfoliación prismática es paralela a un prisma vertical. La cerusita, tremolita y espodumena exhiben

exfoliación prismática.

Esfericidad

Ѱ=A0A p

= Área de la esferaÁrea de la superficie

Ѱ¿A0AP

¿

La esferecidad siempre va ser menor que 1.

Ѱ < 1

Determinación de la esferecidad:

ESFERA CUBO

V 0=π D0

3

6V c=L

3 V p≈ D p3

A0=π D02 Ac=6L

2 Ap=D p2

π=6 a=6b

Reemplazamos:

6


V 0=6a D 0

3

6=a D0

3V p=a D p3

A0=6b D02 A p=6 bD p

2

Relacionando:

V p

A p

V p

A p

=a D p

3

6b D p2=

D p3

6 ( ba )D p2

→¿

λ>Y

Ѱ=1λ

Ѱ < 1

V p

A p

=D p3

6 λ D p2 ⬌ λ=

D p3 A p

6V pD p2

λ=D p A p

6V p

λ=D p A p

6V d

λ=6V p

D p A p

Nota:

A y b llamados constantes geométricas que dependen de la forma de la partícula.

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3) TAMAÑO DE LAS PARTICULAS:

Se determina:

Por la posición del observador. Por la segunda dimensión más grande. Por análisis gravimétrico Por sedimentación. Otros

ANALISIS GRAVIMETRICO:

Tamizador = tamiz / malla

SERIO DE TAMICES:

Tiler mas utilizada

ASTM

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TAMIZ. DEFINICIÓN

Un tamiz es una malla metálica constituida por barras tejidas y que dejan un espacio entre sí por donde se hace pasar el alimento previamente triturado.

Las aberturas que deja el tejido y, que en conjunto constituyen la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta, según la clase de tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan para productos de grano plano, escamas, o alargado.

SERIE DE TAMICES TYLER

Esta es una serie de tamices estandarizados usados para la medición del tamaño y distribución de las partículas en un rango muy amplio de tamaño.

Las aberturas son cuadradas y se identifican por un número que indica la cantidad de aberturas por pulgada cuadrada.

Una serie de tamices patrón muy conocidas es la serie de Tamices Tyler.

Esta serie se basa en la abertura del tamiz 200, establecida en 0,0074cm y enuncia que "el área de la abertura del tamiz superior es exactamente el doble del área de la abertura del tamiz inmediato inferior.

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http://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml

http://www.monografias.com/trabajos901/debate-multicultural-etnia-clase-nacion/debate-multicultural-etnia-clase-nacion.shtml


Matemáticamente nos queda:

Una forma de expresar los tamices es, por ejemplo, 20/28 que indica que los sólidos pasan por el tamiz número 20 y se retienen en el tamiz 28. En el mismo orden de ideas, si solo se nombra el tamiz con un número es decir, 28 solo significa que los sólidos se retienen en ese tamiz.

DETERMINACION DEL DIAMETRO:

1. Diámetro de la fracción.

10 1428

10


Diámetro1= −10M+(+14M )

2Diámetro1=√10M x 14M

Diámetro2=−14M+(+28M )

2

Diámetro3=−28M+(+35M )

2

2. Diámetro Medio de la Mezcla:

DiametroMezcla=ØD1+ ØD 2+ ØD 3+ØD 4+Ø nD n

PROCESAMIENTO DE DATOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO:

# Mallas D (um) Dm Peso retenido

% AR AP

+8 150 150+1402

=145 40 30 30 100 – 30 = 70

+10 140 50 20 50 100 – 50 =50

+14 57.5+28+35

+100

+150

+200 74

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-200

Diámetro del tamiz (um) (Dt ¿ Diametro medio (um) (Dm)

Peso retenido sobre la malla (Pesoret ¿ Porcentaje en peso (g) (%) Acumulado Retenido (AR) Acumulado Pasante (AP)

AR + AP = 100

Graficar: AP = f (Dm)

TABLA DE DATOS GRAVIMETRICOS:

En la siguiente tabla de datos gravimétrico. Calculese lo siguiente:

a) Diametro de la particulab) Fraccion Acumulada retenida sobre los micrones.c) Fraccion del diámetro del 80 % acumulado básico.

Malla Dtotal Diametromedio % Resistencia

AR AP

200 74 74 2.9 2.9 7.1270 53 63.5 16.3 19.2 80.8370 44 48.5 7.8 27 73400 38 41.0 6.7 36.7 66.3

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-400

Diámetro tamiz (lo que no ha pasado)

Diámetro de la mezcla.

AP + AR = 100

PERFIL DE GRAFICA:

Linea recta en Ley – Ley con APVsDm

m= Y 2−Y 1X 2−x1

;) m= alfa

alfa = log ap2−log Ap1

log Dm2−log DMZ

EJERCICIO PARA GRAFICAR Y CALCULAR:

MALLA TYLER

PESO RETENIDO

DIAMETRO DEL TAMIZ (Dt)

Dm %ØR AR AP

14 96.0128 67,38ME 55,13H

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Línea recta :

M = Y2 – Y1

X2 – X1

M = α

α = LogA P2 – LogA P1

Log Dm2 – Log Dm1

Log A P2 – Log A P1 = α (Log Dm – LogD1)

Log A P2 – Log A P1 = α (LogDm2 – αLog Dm1)

- Log A P1 = - Log A P2 + α LogDm2 – αLogDm1

Log A P1 = Log A P2 + α Log Dm1 – α Log Dm2

Log A P1 = αLog Am1 + (Log A P2/Log Dm ) α (Log A P2/Log Dm ) α = β

Log A P1 = α Log D1 + β

Log A P1 = β + α / m2 D2

Para hallar el diámetro m :

Log A P1 = α Log Dm1 + LogA P2 - α Log D2

Log A P1 = Log AP2 + Log (D1/D2) α

A P1 = AP2 + (D2/D1) α

Regresion Potencial:

Dm1 / Dm2 = (AP1 / AP2) α

Dm1 = Dm2 (AP1 / AP2)

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De la siguiente tabla de datos del análisis granulométrica calcular:

a) El diámetro de la particula de mayor tamañob) Calcular la fracción acumulado retenido sobre 10 micronesc) El diámetro del 80% acumulado pase

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x(D.media) y(A.Retenido)74 2.9

63.5 19.248.5 27

41 33.7

40 45 50 55 60 65 70 75 8005

10152025303540

f(x) = − 0.00172964000415 x³ + 0.281227513227516 x² − 15.6477360722068 x + 321.722247951035R² = 1

milimetrada D.media VS A.retenido

y(A.Retenido)Polynomial (y(A.Retenido))x(D.media)

Diametro medio

Acu

mul

ado

rete

nido

x(D.media) y(Acum.pasing)74 97.1

63.5 80.848.5 73

41 66.3

40 45 50 55 60 65 70 75 806065707580859095

100

f(x) = 0.001729640004 x³ − 0.281227513228 x² + 15.64773607221 x − 221.722247951R² = 1

milimetrado D.media VS A.pasing

y(Acum.pasing)Polynomial (y(Acum.pasing))x(D.media)

Diametro media

acu

mul

ado

pasin

g

16



63.5 19.248.5 27

41 33.7

40 60 801

10

100

f(x) = − 0.00172964000415 x³ + 0.281227513227516 x² − 15.6477360722068 x + 321.722247951035R² = 1

Semilogaritmico D.m VS A.R


Diametro media

Acu

mul

ado

Rete

nido


63.5 80.848.5 73

41 66.3

40 55 70 851

10

100f(x) = 0.00172964000415 x³ − 0.281227513227516 x² + 15.6477360722068 x − 221.722247951035R² = 1

SEMILIGARITMICA D.med VS A.passing


Diametro media

Acum

ulad

o Pa

ssin

g

17



63.5 19.248.5 27

41 33.7

10 1001

10

100

f(x) = − 0.00172964000415 x³ + 0.281227513227516 x² − 15.6477360722068 x + 321.722247951035R² = 1

logaritmico D.media VS A.Retenido


Diametro Media

Acu

mul

ado

pass

ing


63.5 80.848.5 73

41 66.3

40 40060

600

f(x) = 0.0017296400041 x³ − 0.2812275132275 x² + 15.647736072207 x − 221.72224795104R² = 1

logaritmica D.med VS A.passing


Diametro media

Acu

mul

ado

pass

ing

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TABLAS Y GRAFICAS DE ANÁLISIS GRANULOMETRICA

malla Tylerpeso retenid

diam. De Tam D (medio) AR

%D.Retenido AP

14 3 1168 1168 3.99 3.99 96.0128 21.5 589 878.5 32.62 32.62 67.3835 9.2 417 503 44.87 12.25 55.1348 11 295 356 59.52 14.65 40.4865 10 208 251.5 72.84 13.32 27.16

100 11.4 147 177.5 88.02 15.18 11.98150 5.8 104 125.5 95.74 7.72 4.26200 3.2 74 89 100 4.26 0

75.1 100

80 280

480

680

880

1080

0

20

40

60

80

100f(x) = − 1.71643876839553E-07 x³ + 0.000365858448921868 x² − 0.297994253352002 x + 126.88294086525R² = 0.995767032804134

MILIMETRADO Dm VS AR

Dm vs ARPolynomial (Dm vs AR)

Diametro Medio

Acum

ulad

o Re

teni

do

19


80 180

280

380

480

580

680

780

880

980

1080

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

f(x) = 1.71643876839553E-07 x³ − 0.000365858448921869 x² + 0.297994253352002 x − 26.8829408652497R² = 0.995767032804134

MILIMETRADO Dm VS AP

Dm vs APPolynomial (Dm vs AP)

Diametro medio

Acum

ulac

ion

Pass

ing

80 485 8901

10

100f(x) = − 1.71643876839553E-07 x³ + 0.000365858448921868 x² − 0.297994253352002 x + 126.88294086525R² = 0.995767032804134

Semilogaritmica D.m VS A.R

Semilogaritmica D.m VS A.RPolynomial (Semilogaritmica D.m VS A.R)

Diametro medio

Acum

ulac

ion

Rete

nida

20


80 580

1080

1

10

100f(x) = 1.71643876839553E-07 x³ − 0.000365858448921869 x² + 0.297994253352002 x − 26.8829408652497R² = 0.995767032804134

Semilogaritmica D.m VS A.P

Semilogaritmica D.m VS A.PPolynomial (Semilogaritmica D.m VS A.P)

Diametro medio

Acu

mul

acio

n Pa

ssin

g

20 200 20001

10

100f(x) = − 1.71643876839553E-07 x³ + 0.000365858448921868 x² − 0.297994253352002 x + 126.88294086525R² = 0.995767032804134

logaritmica D.m VS A.R

logaritmica D.m VS A.RPolynomial (logaritmica D.m VS A.R)

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1 10 100 10001

10

100f(x) = 1.71643876839553E-07 x³ − 0.000365858448921869 x² + 0.297994253352002 x − 26.8829408652497R² = 0.995767032804134

logaritmica D.m VS A.P

logaritmica D.m VS A.PPolynomial ( logaritmica D.m VS A.P)

Diametro media

Acum

ulac

ion

Pass

ing

¿Qué es una regresión?

En estadística, el análisis de la regresión es un proceso estadístico para la estimación de relaciones entre variables. Incluye muchas técnicas para el modelado y análisis de diversas variables, cuando la atención se centra en la relación entre una variable dependiente y una o más variables independientes.

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Teoría de Bond:

La energía consumida para reducir el tamaño del 80% de su material es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño del 80% , este último igual a la abertura del tamiz (microneo) que deja pasar el 80% en peso de las partículas.

Para realizar el desarrollo de su modelo matemático lo fundamenta a partir de 2 asunción empírica.

1.- El consumo de energía para reducir el tamaño es proporcional al volumen de las partículas.

E ~ Dp3

2.- El consumo de energía para reducir de tamaño es proporcional al área de las partículas.

E = E ~ D 2 p

Dp3 . Dp2

E = Dp5/2 = 1/√Dp

Por otra parte : E = √S/V m2/m3 = √6Y/Dp E = √6Y / √Dp E = K / √ Dp

Aqui se reemplaza las D80 de la clase anterior:

W = Wi (10/√Dp – 10/√Df) : Ecuacion de la energía de Bond

Wi : W/ (Kw - hora ) / Tonelada corta

Wi = W/ (10/Dp – 10/ Df) : Consumo energético

W = Cos θ V.I√3 (monofasico) = √2 Cos θ V.I √o-3 (trifasico)

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