OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA [Seleccion e la fecha] OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA ¿Qué es ingeniería química? Es la aplicación de los principios de las ciencias físicas, químicas y matemáticas, conjuntamente con los principios derivados de la economía, como de las relaciones humanas en campos que pertenecen directamente a los procesos químicos y equipos de procesos con los cuales se trata la materia prima para efectuar cambios en su composición, estado y energía para producir para el hombre. ¿Qué son procesos químicos? Es el conjunto de pasos y técnicas que realizan cambios en la composición química o bien cambios físicos en las materias que se prepara se procesa luego se separa o purifica. El proceso químico realizado en cualquier escala puede dividirse en una serie de acción unitaria a la que se llama también operación unitaria. OPERACIONES UNITARIAS Un método muy conveniente para organizar la materia de estudio que abarca la ingeniería química se basa en dos hechos: Aunque el número 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 técnicas comunes y se basan en los mismos principios científicos. Por ejemplo, en la mayor parte de los procesos es preciso mover sólidos y fluidos, transmitir calor u otras formas de energía desde una sustancia a otra, y realizar operaciones tales como secado, molienda, destilación y evaporación. 1
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OPERACIONES DE INGENIERIA QUIMICA
¿Qué es ingeniería química?
Es la aplicación de los principios de las ciencias físicas, químicas y matemáticas, conjuntamente con los principios derivados de la economía, como de las relaciones humanas en campos que pertenecen directamente a los procesos químicos y equipos de procesos con los cuales se trata la materia prima para efectuar cambios en su composición, estado y energía para producir para el hombre.
¿Qué son procesos químicos?
Es el conjunto de pasos y técnicas que realizan cambios en la composición química o bien cambios físicos en las materias que se prepara se procesa luego se separa o purifica.
El proceso químico realizado en cualquier escala puede dividirse en una serie de acción unitaria a la que se llama también operación unitaria.
OPERACIONES UNITARIAS
Un método muy conveniente para organizar la materia de estudio que abarca la ingeniería química se basa en dos hechos:
Aunque el número 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 técnicas comunes y se basan en los mismos principios científicos. Por ejemplo, en la mayor parte de los procesos es preciso mover sólidos y fluidos, transmitir calor u otras formas de energía desde una sustancia a otra, y realizar operaciones tales como secado, molienda, destilación y evaporación.
El concepto de operación unitaria es el siguiente: mediante el estudio sistemático de estas operaciones en sí -operaciones que evidentemente constituyen la trama de la industria y los procesos- se unifica y resulta más sencillo el tratamiento de todos los procesos.
Los aspectos estrictamente químicos de los procesos se estudian dentro de un campo paralelo de la ingeniería química denominado cinética de reacción, o ingeniería de las reacciones químicas.
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Las operaciones básicas se utilizan ampliamente en la realización de las etapas físicas de preparación de los reactantes, separación y purificación de los productos, recirculación de los reactantes no convertidos y control de la transferencia de energía hacia o desde los reactoresquímicos.
SOLIDOS:
Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia más conocidos y observables (siendo los otros gas, líquido y el plasma). Se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas.
CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:
CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS:
Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.
Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.
Compresibilidad: Los sólidos no pueden comprimirse.
Fuerzas Intermoleculares: En un solido las fuerzas intermoleculares que predominan son la de ATRACCIÓN.
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PROPIEDADES de los sólidos:
ELASTICIDAD: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.
Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).
Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un sólido con dureza elevada.
Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
Flotación: Algunos sólidos 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 físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
Tenacidad:
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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 deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos.
PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS:
Los sólidos tienen una forma y volumen definidos y que pueden clasificarse en cristalinos y amorfos.
Además de clasificarse en cristalinos y amorfos, los solidos también pueden agruparse en metálicos y no metálicos.
CARACTERIZACION DE LAS PARTICULAS:
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La caracterización de partículas y conjuntos de partículas es una operación metalúrgica muy importante en el procesamiento de minerales (concentración de minerales, hidrometalurgia, piro metalurgia), ya que el tamaño se usa como una medida de control para la conminación que tiene como finalidad la liberación de las especies valiosas de las no valiosas contenidas en una mena.
DENSIDAD: las partículas de sólidos homogéneos tienen la misma densidad que el material de origen, mientras que cuando son sólidos heterogéneos, al romperse, presentan diferentes densidades entre sí y con el sólido de origen.
FORMA DE LAS PARTÍCULAS: la forma de las partículas irregulares se define en función de un factor de forma λ (θ, esfericidad) el cual es independiente del tamaño de la partícula. Si se define Dp como "diámetro de la partícula" que es la longitud de la dimensión de definición, el factor de forma está relacionado con éste valor. El diámetro de la partícula se usa para formular la ecuación genérica del volumen de la Partícula y de la superficie de la partícula. Se trabaja con una partícula en forma de cubo y luego se generaliza llegando a:
El volumen de la partícula (Vp) es: Vp = a Dp3 (I)Y la superficie de la partícula (Sp) es: Sp = 6bDp2(II)Con a y b como constantes que definen la forma de la partícula.Con la relación volumen-superficie de la partícula, queda:
Este factor de forma λ indica cuan cerca estα la forma de la partícula en estudio de las partículas de formas regulares como la esfera, el cubo y el cilindro cuya altura es igual al diámetro con λ=1. A continuación se muestra una tabla contentiva de algunos factores de forma de las partículas.
La exfoliación prismática es paralela a un prisma vertical. La cerusita, tremolita y espodumena exhiben
exfoliación prismática.
Esfericidad
Ѱ=A0A p
= Área de la esferaÁrea de la superficie
Ѱ¿A0AP
¿
La esferecidad siempre va ser menor que 1.
Ѱ < 1
Determinación de la esferecidad:
ESFERA CUBO
V 0=π D0
3
6V c=L
3 V p≈ D p3
A0=π D02 Ac=6L
2 Ap=D p2
π=6 a=6b
Reemplazamos:
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V 0=6a D 0
3
6=a D0
3V p=a D p3
A0=6b D02 A p=6 bD p
2
Relacionando:
V p
A p
V p
A p
=a D p
3
6b D p2=
D p3
6 ( ba )D p2
→¿
λ>Y
Ѱ=1λ
Ѱ < 1
V p
A p
=D p3
6 λ D p2 ⬌ λ=
D p3 A p
6V pD p2
λ=D p A p
6V p
λ=D p A p
6V d
λ=6V p
D p A p
Nota:
A y b llamados constantes geométricas que dependen de la forma de la partícula.
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3) TAMAÑO DE LAS PARTICULAS:
Se determina:
Por la posición del observador. Por la segunda dimensión más grande. Por análisis gravimétrico Por sedimentación. Otros
ANALISIS GRAVIMETRICO:
Tamizador = tamiz / malla
SERIO DE TAMICES:
Tiler mas utilizada
ASTM
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TAMIZ. DEFINICIÓN
Un tamiz es una malla metálica constituida por barras tejidas y que dejan un espacio entre sí 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, según la clase de tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan para productos de grano plano, escamas, o alargado.
SERIE DE TAMICES TYLER
Esta es una serie de tamices estandarizados usados para la medición del tamaño y distribución de las partículas en un rango muy amplio de tamaño.
Las aberturas son cuadradas y se identifican por un número que indica la cantidad de aberturas por pulgada cuadrada.
Una serie de tamices patrón muy conocidas es la serie de Tamices Tyler.
Esta serie se basa en la abertura del tamiz 200, establecida en 0,0074cm y enuncia que "el área de la abertura del tamiz superior es exactamente el doble del área de la abertura del tamiz inmediato inferior.
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Matemáticamente nos queda:
Una forma de expresar los tamices es, por ejemplo, 20/28 que indica que los sólidos pasan por el tamiz número 20 y se retienen en el tamiz 28. En el mismo orden de ideas, si solo se nombra el tamiz con un número es decir, 28 solo significa que los sólidos se retienen en ese tamiz.
DETERMINACION DEL DIAMETRO:
1. Diámetro de la fracción.
10 1428
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Diámetro1= −10M+(+14M )
2Diámetro1=√10M x 14M
Diámetro2=−14M+(+28M )
2
Diámetro3=−28M+(+35M )
2
2. Diámetro Medio de la Mezcla:
DiametroMezcla=ØD1+ ØD 2+ ØD 3+ØD 4+Ø nD n
PROCESAMIENTO DE DATOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO:
# Mallas D (um) Dm Peso retenido
% AR AP
+8 150 150+1402
=145 40 30 30 100 – 30 = 70
+10 140 50 20 50 100 – 50 =50
+14 57.5+28+35
+100
+150
+200 74
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-200
Diámetro del tamiz (um) (Dt ¿ Diametro medio (um) (Dm)
Peso retenido sobre la malla (Pesoret ¿ Porcentaje en peso (g) (%) Acumulado Retenido (AR) Acumulado Pasante (AP)
AR + AP = 100
Graficar: AP = f (Dm)
TABLA DE DATOS GRAVIMETRICOS:
En la siguiente tabla de datos gravimétrico. Calculese lo siguiente:
a) Diametro de la particulab) Fraccion Acumulada retenida sobre los micrones.c) Fraccion del diámetro del 80 % acumulado básico.
logaritmica D.m VS A.PPolynomial ( logaritmica D.m VS A.P)
Diametro media
Acum
ulac
ion
Pass
ing
¿Qué es una regresión?
En estadística, el análisis de la regresión es un proceso estadístico para la estimación de relaciones entre variables. Incluye muchas técnicas para el modelado y análisis de diversas variables, cuando la atención se centra en la relación entre una variable dependiente y una o más variables independientes.
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Teoría de Bond:
La energía consumida para reducir el tamaño del 80% de su material es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del tamaño del 80% , este último igual a la abertura del tamiz (microneo) que deja pasar el 80% en peso de las partículas.
Para realizar el desarrollo de su modelo matemático lo fundamenta a partir de 2 asunción empírica.
1.- El consumo de energía para reducir el tamaño es proporcional al volumen de las partículas.
E ~ Dp3
2.- El consumo de energía para reducir de tamaño es proporcional al área de las partículas.
E = E ~ D 2 p
Dp3 . Dp2
E = 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 energía de Bond
Wi : W/ (Kw - hora ) / Tonelada corta
Wi = W/ (10/Dp – 10/ Df) : Consumo energético
W = Cos θ V.I√3 (monofasico) = √2 Cos θ V.I √o-3 (trifasico)