Operacions i Processos en Enginyeria Química

Operacions Unitàries Físiques

Transferència d'Energia

Transport d'energia en forma de calor. Exemples: evaporació, bescanviador de calor, aïllament tèrmic, sublimació, fusió. La transmissió de calor es realitza per conducció, convecció o radiació.

Operacions:

• Aïllament tèrmic
• Refrigeració/escalfament de fluids sense canvi de fase
• Intercanvi de calor amb canvi de fase: evaporació i condensació

Transport de Quantitat de Moviment

• Conduccions de fluids per l'interior de conduccions
• Conducció de sòlids envoltat d'un fluid transportador
• Moviment confinant del sòlid: filtració, sedimentació, circulació per llits porosos

Transmissió Simultània de Matèria i Energia

Existeixen dues forces impulsores separades. Són generalment operacions de separació.

• Condicionament de gasos
• Refredament de líquids
• Cristal·lització
• Assecat
• Liofilització

Classificació dels Processos Químics

Processos Discontinus (Batch)

Avantatges:

• Els productes s'obtenen dintre del reactor
• Quantitats petites
• Poden fer reaccions biològiques

Inconvenients:

• Operació d'omplert, buidat i condicionants
• Més control, més cost energètic (posada a punt del reactor)
• Producció reduïda
• Major variabilitat del producte acabat
• Fabricació flexible i demanda variable

Processos Semidiscontinus

• Règim permanent: Quan els valors de totes les variables del procés (P, T, velocitat, etc.) no varien amb el temps, poden variar amb petites fluctuacions al voltant del valor mitjà.
• Règim no permanent: Quan qualsevol de les variables del procés canvia amb el temps.

Processos Continus

Els reactius s'introdueixen contínuament al reactor. De la mateixa manera, el producte format surt de forma contínua. Reactors tubulars o de cascada.

Avantatges:

• Major automatització
• Menys personal, major seguretat i higiene
• Major producció
• Producció uniforme

Inconvenients:

• Cost d'inversió
• Treballar a màxima capacitat
• Control rigorós de matèria i producte
• Temps i recursos per estabilitzar-se

Tipus de Reactors

Reactor Continu de Flux de Pistó (RCFP)

• No es realitza cap intent per mesclar els corrents de procés
• Les propietats del fluid, inclosa la velocitat, són uniformes en sentit perpendicular al flux
• Pot haver-hi canvi de densitat en sentit del flux
• Pot haver-hi transferència de calor a través de les parets del reactor

Reactors Heterogenis

Reactor de Llit Fix

• Tubs o llits amb partícules de catalitzador
• Operen en vertical
• Partícules catalítiques: cilíndriques, esfèriques, granulars, etc.

Reactor de Llit Fluïditzat

• Llit de sòlids o partícules catalítiques suportades en un flux de gas
• Càrrega i eliminació del catalitzador senzilla
• Major flux i conversió
• Major transferència de calor i mescla

Elecció del Reactor

Mode d'Operació

• Intermitent: Volum de producció petit, cost d'inversió baix, costos variables alts (mà d'obra), flexibilitat en la producció.
• Continu: Major volum de producció, costos d'inversió alts, costos d'operació baixos, específics per a cada producte.

Diagrames de Procés

Cada bloc representa una operació del procés; els blocs es comuniquen per fletxes gruixudes. Les suboperacions es comuniquen per fletxes primes. Les matèries primeres no s'inclouen dins dels blocs.