Operacions Bàsiques en Processos Químics: Guia Completa

Operacions Bàsiques en Processos Químics

Operació bàsica: Cadascuna de les operacions o etapes individuals amb una funció específica diferenciada que, coordinades, permeten dur a terme un procés químic-industrial.

Unitat de procés: Aquella instal·lació on es realitza una operació unitària amb un disseny específic i similar per a qualsevol procés. Són exemples d’operacions bàsiques: filtració, l’absorció, la rectificació.

Tipus d'Operacions

Operació contínua: Operació que es produeix sense etapes de càrrega i descàrrega, els corrents d’entrada i sortida són permanents en l’equip en el que es produeix la transformació. Solen operar en estat estacionari.

Operació discontínua, per lots o batch: Operació que consta d’una fase inicial (càrrega), una fase de transformació i una fase final (descàrrega), que es produeix per tant en règim no estacionari. També es denomina operació per càrregues.

Operació semicontínua: Operació en la que uns dels components segueixen el procés d’una operació discontínua (càrrega, transformació i descàrrega) mentre que els altres entren i surten en un corrent permanent durant la transformació, com en una operació contínua.

Objectiu de les Operacions Bàsiques

L’objectiu de les operacions bàsiques és modificar una determinada quantitat de matèria de forma que el producte resultant sigui més útil a l’objectiu. Hi ha tres mecanismes:

• Modificant la seva massa o composició.
• Modificant el nivell o qualitat d’energia que té.
• Modificant les seves condicions de moviment.

Fenòmens de Transport

Totes les operacions bàsiques es basen en tres fenòmens físics anàlegs, denominats fenòmens de transport:

1. Operacions basades en el transport de moviment

Existeix transferència de quantitat de moviment quan hi ha contacte entre dues zones d’un fluid que presenta distinta velocitat, de tal forma que tendeixen a igualar-se les velocitats. Hi ha dos tipus:

• Flux intern: és el cas de la circulació de fluids per conduccions, el fluid es mou per l’interior d’un sòlid.
• Flux extern: on el sòlid es desplaça per l’interior d’un fluid. Alguns exemples són:
  • Filtració
  • Sedimentació
  • Centrifugació

2. Operacions de transport d’energia

D’aquest tipus d’operacions els més importants són:

• Intercanviadors de calor: Aquell dispositiu en el que s’introdueix una transferència de calor al posar en contacte indirecte dos fluids a diferent temperatura.
• Evaporadors: concentren una dissolució al evaporar part del dissolvent. Un evaporador consta de dues zones en contacte indirecte: la cambra de condensació i la d’evaporació.

3. Operacions de transport de matèria

Consisteix en la separació d’algun component d’una mescla, homogènia.

Mecanismes de transport:

• 1. Transport molecular: Es deu a la interacció de les molècules individuals que en els seus desplaçaments transportaran quantitat de moviment, matèria i energia.
• 2. Transport turbulent: es deu al desplaçament de blocs o grups de molècules que transporten quantitat de moviment, energia o matèria.

Diagrames de Flux

Els diagrames de flux són àmpliament utilitzats en enginyeria. En essència, són dibuixos que ajuden a entendre com es duu a terme el flux de materials o d’energia en un procés o en un equip. Els més utilitzats són els diagrames de blocs o caixes.

Balanç de Matèria

Balanç de matèria objectiu: Diagrames de flux. Els diagrames de flux són àmpliament utilitzats en enginyeria. En essència, són dibuixos que ajuden a entendre com es duu a terme el flux de materials o d’energia en un procés o en un equip.

Els balanços de matèria permeten:

• Calcular cabals d’entrada i sortida de matèria en un procés industrial sense haver de mesurar-los tots.
• Calcular les composicions dels corrents que intervenen en un procés.
• Formular mescles.
• Avaluar rendiments i eficiències en operacions de separació.

Es poden realitzar balanços de matèria de diferents espècies materials:

• Global
• D’un sol compost
• D’un grup d’àtoms
• D’altres substàncies de composició no especificada.

Energia

L’energia és única, aquesta pot adoptar diferents formes:

• Energia mecànica, que inclou l’energia cinètica acumulada per un cos en moviment, la potencial i l’elàstica.
• Energia electromagnètica, que inclou les diferents manifestacions de l’energia deguda a camps electrostàtics i magnètic i al corrent elèctric.
• Energia interna o tèrmica, que engloba l’energia potencial i cinètica internes de les partícules elementals dels cossos.

Tipus d'Energia

Energia potencial: aquella que té un cos material en funció de la seva posició en el camp gravitatori.

Energia cinètica: aquella que té un cos material en moviment en funció de la seva velocitat.

Energia interna d’un cos: correspon a la suma de les energies potencial i cinètica associada a les partícules elementals que constitueixen el cos.