OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA
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OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA
Qu es ingeniera qumica?Es la aplicacin de los principios de las
ciencias fsicas, qumicas y matemticas, conjuntamente con los
principios derivados de la economa, como de las relaciones humanas
en campos que pertenecen directamente a los procesos qumicos y
equipos de procesos con los cuales se trata la materia prima para
efectuar cambios en su composicin, estado y energa para producir
para el hombre.Qu son procesos qumicos?Es el conjunto de pasos y
tcnicas que realizan cambios en la composicin qumica o bien cambios
fsicos en las materias que se prepara se procesa luego se separa o
purifica.El proceso qumico realizado en cualquier escala puede
dividirse en una serie de accin unitaria a la que se llama tambin
operacin unitaria.OPERACIONES UNITARIASUn mtodo muy conveniente
para organizar la materia de estudio que abarca la ingeniera qumica
se basa en dos hechos:
Aunque el nmero 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 tcnicas comunes y se basan
en los mismos principios cientficos. Por ejemplo, en la mayor parte
de los procesos es preciso mover slidos y fluidos, transmitir calor
u otras formas de energa desde una sustancia a otra, y realizar
operaciones tales como secado, molienda, destilacin y
evaporacin.
El concepto de operacin unitaria es el siguiente: mediante el
estudio sistemtico de estas operaciones en s -operaciones que
evidentemente constituyen la trama de la industria y los procesos-
se unifica y resulta ms sencillo el tratamiento de todos los
procesos.
Los aspectos estrictamente qumicos de los procesos se estudian
dentro de un campo paralelo de la ingeniera qumica denominado
cintica de reaccin, o ingeniera de las reacciones qumicas.
Las operaciones bsicas se utilizan ampliamente en la realizacin
de las etapas fsicas de preparacin de los reactantes, separacin y
purificacin de los productos, recirculacin de los reactantes no
convertidos y control de la transferencia de energa hacia o desde
los reactoresqumicos.
SOLIDOS:Un cuerposlido es uno de los cuatroestados de agregacin
de la materiams conocidos y observables (siendo los
otrosgas,lquidoy elplasma). Se caracteriza porque opone resistencia
a cambios deformay de volumen. Sus partculas se encuentran juntas y
correctamente ordenadas. Las molculas de un slido tienen una gran
cohesin y adoptan formas bien definidas.CARACTERISTICAS Y
PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS: Forma
definida: Tienen forma definida, son relativamente rgidos y no
fluyen como lo hacen los gases y los lquidos, excepto a bajas
presiones extremas. Volumen definido: Debido a que tienen una forma
definida, su volumen tambin es constante. Compresibilidad: Los
slidos no pueden comprimirse. Fuerzas Intermoleculares: En un
solido las fuerzas intermoleculares que predominan son la de
ATRACCIN.
PROPIEDADES de los slidos:
ELASTICIDAD: Un slido recupera su forma original cuando es
deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta
propiedad.
Fragilidad: Un slido puede romperse en muchos pedazos
(quebradizo).
Dureza: Un slido es duro cuando no puede ser rayado por otro ms
blando. Eldiamantees un slido con dureza elevada.
Alta densidad: Los slidos tienen densidades relativamente altas
debido a la cercana de sus molculas por eso se dice que son ms
pesados
Flotacin: Algunos slidos 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
fsico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los
slidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
Tenacidad: 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 deformacin. La maleabilidad permite la
obtencin de delgadas lminas de material sin que ste se rompa,
teniendo en comn que no existe ningn mtodo para cuantificarlas.
DuctilidadLa ductilidad se refiere a la propiedad de los slidos
de poder obtener hilos de ellos.
PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:Los slidos tienen una forma y volumen
definidos y que pueden clasificarse en cristalinos y amorfos.Adems
de clasificarse en cristalinos y amorfos, los solidos tambin pueden
agruparse en metlicos y no metlicos.
CARACTERIZACION DE LAS PARTICULAS: La caracterizacin de
partculas y conjuntos de partculas es una operacin metalrgica muy
importante en el procesamiento de minerales (concentracin de
minerales, hidrometalurgia, piro metalurgia), ya que el tamao se
usa como una medida de control para la conminacin que tiene como
finalidad la liberacin de las especies valiosas de las no valiosas
contenidas en una mena.DENSIDAD:las partculas de slidos homogneos
tienen la misma densidad que el material de origen, mientras que
cuando son slidos heterogneos, al romperse, presentan diferentes
densidades entre s y con el slido de origen.
FORMA DE LAS PARTCULAS:la forma de las partculas irregulares se
define enfuncinde un factor de forma (, esfericidad) el cual es
independiente del tamao de la partcula. Si se define Dp como
"dimetro de la partcula" que es la longitud de la dimensin de
definicin, el factor de forma est relacionado con stevalor. El
dimetro de la partcula se usa para formular la ecuacin genrica del
volumen de la Partcula y de la superficie de la partcula. Se
trabaja con una partcula en forma de cubo y luego se generaliza
llegando a:
El volumen de la partcula (Vp) es: Vp = a Dp3(I)Y la superficie
de la partcula (Sp) es:Sp = 6bDp2(II)Con a y b como constantes que
definen la forma de la partcula.Con la relacinvolumen-superficiede
la partcula, queda:
Este factor de forma indica cuan cerca est la forma de la
partcula en estudio de las partculas de formas regulares como la
esfera, el cubo y el cilindro cuya altura es igual al dimetro
con=1.A continuacin semuestrauna tabla contentiva de algunos
factores de forma de las partculas.
Partculas: Partculas regulares: Esferas Cubos Cilindros
Partculas Irregulares: EXFOLIACION:El proceso de exfoliacin
produce la separacin, en una roca grande, de placas curvas a manera
de costras. Este proceso origina unas colinas grandes abovedadas,
llamadas domos de exfoliacin.TIPOS DE EXFOLIACIN: Exfoliacin basal
o hendidura pinacoidal se produce en paralelo a la base de un
cristal. Exfoliacin cbica, se produce en paralelo a las caras de un
cubo de cristal con una simetra cbica. Exfoliacin octadrica, se
produce formando formas octadricas de un cristal con simetra cbica
Exfoliacin dodecadrica, se produce formando dodecaedros de un
cristal con simetra cbica. Exfoliacin rombodrica, ocurre paralela a
las caras de un romboedro. La calcita y otros Minerales carbonatos
exhiben exfoliacin rombodrica perfecta. La exfoliacin prismtica es
paralela a un prisma vertical. La cerusita, tremolita y espodumena
exhiben exfoliacin prismtica.
Esfericidad
La esferecidad siempre va ser menor que 1. < 1Determinacin de
la esferecidad:ESFERACUBO
Reemplazamos:
Relacionando:
< 1
Nota:A y b llamados constantes geomtricas que dependen de la
forma de la partcula.
3) TAMAO DE LAS PARTICULAS:Se determina: Por la posicin del
observador. Por la segunda dimensin ms grande. Por anlisis
gravimtrico Por sedimentacin. Otros
ANALISIS GRAVIMETRICO:Tamizador = tamiz / mallaSERIO DE TAMICES:
Tiler mas utilizada
ASTM
TAMIZ. DEFINICINUn tamiz es una malla metlica constituida por
barras tejidas y que dejan un espacio entre s 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, segn
laclasede tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan paraproductosde
grano plano, escamas, o alargado.
SERIE DE TAMICES TYLEREsta es una serie de tamices
estandarizados usados para lamedicindel tamao ydistribucinde las
partculas en un rango muy amplio de tamao. Las aberturas son
cuadradas y se identifican por un nmero que indica la cantidad de
aberturas por pulgada cuadrada.Una serie de tamices patrn muy
conocidas es la serie deTamices Tyler.Esta serie se basa en la
abertura del tamiz 200, establecida en 0,0074cm y enuncia que "el
rea de la abertura del tamiz superior es exactamente el doble del
rea de la abertura del tamiz inmediato inferior. Matemticamente nos
queda:
Una forma de expresar los tamices es, por ejemplo, 20/28 que
indica que los slidos pasan por el tamiz nmero 20 y se retienen en
el tamiz 28. En el mismo orden de ideas, si solo se nombra el tamiz
con un nmero es decir, 28 solo significa que los slidos se retienen
en ese tamiz.
DETERMINACION DEL DIAMETRO:1. Dimetro de la fraccin.
10 1428
=
2. Dimetro Medio de la Mezcla:+ + ++
PROCESAMIENTO DE DATOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO:
# MallasD (um)Peso retenido%ARAP
+8150403030100 30 = 70
+10140502050100 50 =50
+1457.5
+28
+35
+100
+150
+20074
-200
Dimetro del tamiz (um) ( Diametro medio (um) () Peso retenido
sobre la malla ( Porcentaje en peso (g) (%) Acumulado Retenido (AR)
Acumulado Pasante (AP)
AR + AP = 100
Graficar: AP = f ()
TABLA DE DATOS GRAVIMETRICOS:En la siguiente tabla de datos
gravimtrico. Calculese lo siguiente:a) Diametro de la particulab)
Fraccion Acumulada retenida sobre los micrones.c) Fraccion del
dimetro del 80 % acumulado bsico.
Malla% ResistenciaARAP
20074742.92.97.1
2705363.516.319.280.8
3704448.57.82773
4003841.06.736.766.3
-400Dimetro tamiz (lo que no ha pasado)Dimetro de la mezcla.AP +
AR = 100
PERFIL DE GRAFICA:
Linea recta en Ley Ley con APVsDm m= ;) m= alfa
alfa =
EJERCICIO PARA GRAFICAR Y CALCULAR:MALLA TYLERPESO
RETENIDODIAMETRO DEL TAMIZ (Dt)Dm%RARAP
1496.01
2867,38
ME55,13
H
Lnea recta : M = Y2 Y1 X2 X1 M = = LogA P2 LogA P1 Log Dm2 Log
Dm1Log A P2 Log A P1 = (Log Dm LogD1)Log A P2 Log A P1 = (LogDm2
Log Dm1)- Log A P1 = - Log A P2 + LogDm2 LogDm1Log A P1 = Log A P2
+ Log Dm1 Log Dm2Log A P1 = Log Am1 + (Log A P2/Log Dm ) (Log A
P2/Log Dm ) = Log A P1 = Log D1 + Log A P1 = + / m2 D2
Para hallar el dimetro m :Log A P1 = Log Dm1 + LogA P2 - Log
D2Log A P1 = Log AP2 + Log (D1/D2) A P1 = AP2 + (D2/D1) Regresion
Potencial:Dm1 / Dm2 = (AP1 / AP2) Dm1 = Dm2 (AP1 / AP2)De la
siguiente tabla de datos del anlisis granulomtrica calcular:a) El
dimetro de la particula de mayor tamaob) Calcular la fraccin
acumulado retenido sobre 10 micronesc) El dimetro del 80% acumulado
pase
x(D.media)y(A.Retenido)
742.9
63.519.2
48.527
4133.7
x(D.media)y(Acum.pasing)
7497.1
63.580.8
48.573
4166.3
x(D.media)y(A.Retenido)
742.9
63.519.2
48.527
4133.7
x(D.media)y(Acum.pasing)
7497.1
63.580.8
48.573
4166.3
x(D.media)y(A.Retenido)
742.9
63.519.2
48.527
4133.7
x(D.media)y(Acum.pasing)
7497.1
63.580.8
48.573
4166.3
TABLAS Y GRAFICAS DE ANLISIS GRANULOMETRICA
malla Tylerpeso reteniddiam. De TamD (medio)AR%D.RetenidoAP
143116811683.993.9996.01
2821.5589878.532.6232.6267.38
359.241750344.8712.2555.13
481129535659.5214.6540.48
6510208251.572.8413.3227.16
10011.4147177.588.0215.1811.98
1505.8104125.595.747.724.26
2003.274891004.260
75.1100
Qu es una regresin?En estadstica, el anlisis de la regresin es
un proceso estadstico para la estimacin de relaciones entre
variables. Incluye muchas tcnicas para el modelado y anlisis de
diversas variables, cuando la atencin se centra en la relacin entre
una variable dependiente y una o ms variables independientes.
Teora de Bond:La energa consumida para reducir el tamao del 80%
de su material es inversamente proporcional a la raz cuadrada del
tamao del 80% , este ltimo igual a la abertura del tamiz (microneo)
que deja pasar el 80% en peso de las partculas. Para realizar el
desarrollo de su modelo matemtico lo fundamenta a partir de 2
asuncin emprica. 1.- El consumo de energa para reducir el tamao es
proporcional al volumen de las partculas.E ~ Dp32.- El consumo de
energa para reducir de tamao es proporcional al rea de las
partculas.E = E ~ D2p Dp3 . Dp2E = 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 energa de Bond
Wi : W/ (Kw - hora ) / Tonelada corta
Wi = W/ (10/Dp 10/ Df) : Consumo energtico
W = Cos V.I3 (monofasico) = 2 Cos V.I o-3 (trifasico)
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