Operaciones Unitarias
| ||||||
Operaciones Unitarias. Es la expresión más sencilla e indivisible de un proceso de transformación de un producto en la industria, puede ser físico, químico, biológico o mecánico. En la figura se muestra un Multiple efecto equipos compuestos por varios evaporadores conectados en serie, donde ocurre la evaporación de las mezclas a partir del intercambio térmico.
Estas operaciones constituyen la base de la industria química y de transformación de materiales y puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que forman parte del proceso. Por ejemplo, la producción de pulpa o el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso de elaboración de productos químicos.
Las transformaciones ocurridas durante una operación unitaria pueden estar referidas a: cambios en la masa de acuerdo a la cantidad de materia o composición, cambios en la energía referidas a la energía total (cualquiera que sea el tipo de energía) de que el cuerpo esté dotado, o cambios del movimiento de la sustancia original dado por variaciones en la dirección, sentido y velocidad. Estos cambios están regidos por las leyes de conservación de la materia, la energía y la cantidad de movimiento.
Secuencia de ordenamiento
Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente los proceso pueden descomponerse en la siguiente secuencia:
- Materias Primas
- Operaciones físicas de acondicionamiento
- Reacciones químicas
- Operaciones físicas de separación
- Productos
Cada una de estas operaciones consta de una o varias operaciones unitarias. Concepto que fue introducido en 1915 por el profesor Little, del Massachussets Institute of. Technology (M.I.T). La definición dada entonces, fue la siguiente: "... todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran Ilamarse Operaciones Unitarias, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación... El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado." Las operaciones unitarias se clasifican de acuerdo con la propiedad materia, energía o cantidad de movimiento a que estén referidas o que se transfiera en la operación y sea la más relevante en la misma.
Ejemplos
Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos (operaciones unitarias) que se Ilevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Entre ellos podemos mencionar algunos:
- Combustión: es el proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que Ileva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible.
- Hidratación: Cuando un cuerpo seco (anhídrido), absorbe agua, aunque sea en forma de humedad, se dice que este cuerpo está hidratado o que ha sufrido el fenómeno de hidratación.
- Oxidación: Es la operación de introducir oxígeno en un cuerpo de manera que forme parte de su constitución íntima, tal sería el agua (H20) agregar un átomo de oxígeno y formar agua oxigenada ( H202 ) también Llamada peróxido de hidrógeno 0 dióxido de hidrógeno. La combustión es También un proceso típico de oxidación pues toma el oxígeno del aire para quemar el carbono.
- Reducción: Consiste en separar oxigeno de un cuerpo para que este resulte puro. En la metalurgia del hierro, por ejemplo se reduce el mineral formado por óxidos y al eliminarse el oxígeno queda el metal puro. Un cuerpo reductor es el carbono; así tenemos que el carbono en caliente con ayuda de la flama reduce el óxido de plomo, de cobre, etc. al estado de plomo y cobre puro.
- Saponificación: Cuando una sustancia grasa es tratada en caliente por medio de una lejía fuertemente alcalina, se transforma en jabón y se dice que se ha producido la saponificación.
- Hidrogenación: reacción que implica la combinación de hidrógeno con ciertos compuestos orgánicos no saturados, especialmente con los hidrocarburos. Por ejemplo, al hidrogenar el eteno (C2H4) se obtiene etano (C2H6). La hidrogenación se usa también con moléculas más complicadas, obteniéndose gran variedad de productos sintéticos importantes en el laboratorio y en la industria.
La reacción de hidrogenación se aplica a escala industrial en numerosos procesos, como la hidrogenación de los aceites vegetales para producir numerosas grasas comestibles, por ejemplo la margarina El proceso de hidrogenación se aplica también en la producción de gasolina sintética.
- Craqueo o cracking: proceso químico por el cual un compuesto químico, normalmente orgánico, se descompone o fracciona en compuestos más simples. El craqueo se realiza ya sea por la aplicación de calor y alta presión, mediante el proceso conocido como craqueo térmico, o bien por el craqueo catalítico, que es la combinación de calor y una catálisis. En las refinerías modernas, primero se separa el petróleo por destilación fraccionada. A continuación, casi todas las fracciones más pesadas son sometidas a craqueo. En el proceso siempre se forma hidrógeno y carbono.
- Fermentación: proceso en el que ocurren cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de enzimas Ilamadas fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en donde la acción de la simaza segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Hay otros tipos de fermentación que se producen de forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre.
Ver además
Desarrollo de la Química en Cuba
Tecnología Azucarera
Ingeniería Química
Fuentes
- Historia de la Ingeniría Química
- Industria_azucarera
- operaciones-unitarias
- Operciones unitarias
- operaciones unitarias
