Definición y Clasificación de Procesos Químicos: Un Enfoque Integral

1. Define Proceso Químico

Proceso Químico: conjunto de operaciones químicas y/o físicas ordenadas destinadas a la transformación de unas materias iniciales en productos finales con diferente composición, estado o características físico-químicas.

3. Clasifica los Procesos Químicos Según su Régimen de Operación

• Régimen Permanente o Estacionario: se da cuando los valores de todas las variables del proceso no varían con el tiempo.
• Régimen No Permanente o No Estacionario: sucede cuando cualquiera de las variables del proceso cambia con el tiempo.

4. Clasifica los Procesos Químicos Según Cómo Circula la Mezcla de Materias Primas

• Reactor de Tanque Agitado: la mezcla reactiva es agitada por un dispositivo que le confiere homogeneización al sistema. La composición y temperatura de la mezcla son independientes de la partícula considerada en la mezcla.
• Reactor Tubular: la mezcla reactiva avanza en una dirección y la composición cambiará en esta dirección, como consecuencia de la reacción química.

5. Tipos de Reactores Ideales para Facilitar su Estudio

• Caldera de Funcionamiento Discontinuo con Agitador y Mezcla Total de la Masa de Reacción: (Reactor Discontinuo de Tanque Agitado - RDTA) Los reactivos se cargan inicialmente en el reactor, se mezclan de forma eficaz y se dejan reaccionar un cierto tiempo. En el reactor discontinuo, la agitación hace que en cualquier momento tanto la concentración de cada componente como la temperatura y propiedades físicas de la masa de reacción sean iguales en cualquier punto de la mezcla. Por otro lado, las concentraciones de cada uno de los componentes, así como las propiedades físicas, varían con el tiempo. La concentración de las sustancias iniciales disminuye desde la concentración inicial a comienzos de la reacción hasta la concentración final al final de la reacción. La velocidad de la reacción (manteniendo la temperatura) es elevada al comienzo, va disminuyendo y llega a su valor mínimo cuando acaba la reacción (disminuye la concentración de los reactivos).
• Reactor Tubular Ideal: (Reactor Continuo de Flujo en Pistón - RCFP) En el reactor tubular, el espacio de reacción está formado por un tubo de longitud grande respecto a su diámetro. La mezcla entra por un extremo del reactor y sale por el otro. El flujo del fluido a través del reactor es regular. La composición de la mezcla en un reactor tubular varía desde la entrada hasta la salida, localmente a lo largo del tubo.
• Caldera de Funcionamiento Continuo con Agitador y Mezcla Total de la Masa de Reacción: (Reactor Continuo de Tanque Agitado - RCTA) Los reactivos se introducen de forma continua en el reactor y su contenido se agita constantemente. En esta caldera, la mezcla inicial que contiene los reactivos se introduce continuamente y la mezcla final se extrae también continuamente. En esta caldera, el producto se forma en todo momento y en todo lugar, siempre con las mismas condiciones de reacción.

6. Diferencias en el Desarrollo de un Proceso Químico

• Laboratorio: Escala: Pequeña. Propósito: Investigación y desarrollo. Control: Altamente flexible.
• Planta Piloto: Escala: Mayor que el laboratorio, pero menor que la producción. Propósito: Validación a mayor escala. Control: Reproducción de condiciones cercanas a la producción.
• Producción Comercial: Escala: Muy grande. Propósito: Suministro masivo al mercado. Control: Altamente optimizado y eficiente.

7. Definición de una Operación Unitaria

Operación Unitaria: cada una de las etapas en que se puede dividir un proceso, apoyándose en técnicas comunes y en los mismos principios teóricos y métodos de cálculo. Las operaciones que forman un proceso pueden ser físicas o químicas:

• Operaciones Físicas: no cambian la composición del producto, sólo cambian la forma de presentarlo o su estado. No hay reacción química.
• Operaciones Químicas: cambian la composición del producto, es decir, producen un producto diferente. Hay reacción química.