La Industria Química, objeto y contenido científico de la Ingeniería Química.

1. TEMA 1
LA INDUSTRIA QUÍMICA:
OBJETO Y CONTENIDO
CIENTIFICO DE LA
INGENIERÍA QUÍMICA
Johan Mayhua Quispe

2. Industria Química
•Transforma mediante procesos físicos y
químicos las materias primas en otros productos
de mayor utilidad, interés y valor añadido que
demanda el mercado
•Las materias primas pueden ser:
- naturales
- productos intermedios
•Nace a finales del s.XVIII (1ª Revolución Industrial)
•Las causas que permiten su nacimiento y desarrollo
son de índole:
Científica (observación, experimentación,
inducción, modelización)
Técnica (máquina de vapor)
Económica (capitalismo)
Social (industria, comercio, banca)

3. Transformaciones en la industria química
Desarrollo de la Industria Química:
 Necesidades industriales
 Capacidad metodológica
 Nuevos procesos
NIVEL I (S. XIX). - Criterios de producción
NIVEL II (S. XX). - Criterios económicos:
• Recirculación
• Optimización energía
NIVEL I (S. XXI). - Criterios medio-ambientales

4. Proceso químico
Sucesión ordenada de operaciones físicas y
químicas que transforman la materia prima en
productos de interés a escala industrial.

5. Química Industrial vs. Laboratorio
• Conceptualmente
→ Las transformaciones implican cambios de
composición y contenido energético
→ Simplificaciones no aplicables
• Técnicamente:
→ Escala industrial
→Gran numero de unidades de proceso
• Económicamente
→ Rentabilidad (valoración económica)
consideración de
múltiples factores
RENTABILIDADESCALA

6. Factores importantes para el
desarrollo de un proceso químico
Aspecto clave: Rentabilidad
económica
Mercado
Subproductos
Localización geográfica Permanencia del proceso
1. Estudio de mercado del producto
2. Evaluación de costes de producción
 Materias primas
 Energía
 Mano de obra
3. Mercado de subproductos
4. Gestión de residuos

7. Ingeniería Química: Objetos de estudio
• Nace para resolver los problemas de la Industria
Química.
• Es la disciplina científica que prepara especialistas
para la Industria Química
• Concepción, el diseño, la construcción, la operación
y el control de las plantas industriales que permiten
obtener los productos químicos de interés comercial.
Contribuciones de la Ingeniería química:
• Uso de nuevas materias primas (nuevas síntesis)
• Mejores procesos: - Pasos.
- Catalizadores
- Reacciones secundarias
- Procesos de separación
- Control
- Residuos
• Economía de escala
concepción de laboratorio
proceso a escala industrial.

8. INGENIERÍA
QUÍMICA
Estudio sistemático de las operaciones
comunes de los diferentes procesos así
como su coordinación y las materias
complementarias necesarias para su estudio
QUÍMICA
INDUSTRIAL
Comprende la descripción
detalla de cada uno de los
procesos de fabricación que se
llevan a cabo en la industria,
materias primas utilizadas,
operaciones realizadas, equipos
que se utilizan.....

9. OBJETIVOS DE LA INGENIERÍA QUÍMICA
1) El desarrollo de procesos químicos (diseño, construcción,
operación, control, optimización, mejora, cambio de escala,
investigación....).
2) Estos procesos conllevan un importante consumo energético con
el consiguiente agotamiento de los recursos naturales, por lo que
el desarrollo de nuevos recursos energéticos se está
convirtiendo en una importante tarea para la Ingeniería Química.
3) A su vez, la creciente preocupación por el medio ambiente,
“desarrollo sostenible” y el endurecimiento de la legislación
medioambiental requiere el desarrollo y la mejora de tecnologías
para la eliminación de residuos lo que está convirtiendo a la
ingeniería medioambiental en un campo de la ingeniería
química en expansión.
4) Otro área que está experimentando un fuerte desarrollo son los
procesos que incluyen tratamientos de tipo biológico.
5) La necesidad de procesos más eficientes y las nuevas tecnologías
requieren a su vez el desarrollo de nuevos materiales.

10. a) Balances de materia y energía. Consiste en la
determinación de los requerimientos materiales y
energéticos para un proceso determinado.
b) Operaciones unitarias o básicas. Es el estudio
sistemático del fundamento, diseño y operación de
todas las transformaciones físicas de las sustancias que
tienen lugar en un proceso industrial y que se repiten
sistemáticamente de uno a otro: destilación, extracción,
evaporación, impulsión de líquidos, filtración etc..
c) Ingeniería de la reacción química. Diseño y
operación de los reactores en los que se realizan las
transformaciones químicas que tienen lugar en un
proceso industrial, dependiendo del tipo de reacción
química y de las condiciones en que se lleva a cabo.
d) Ingeniería de procesos. Optimización de las
diferentes operaciones de transformación físicas o
químicas cuando se conectan entre sí para obtener los
productos deseados.
CONTENIDOS DE LA INGENIERÍA QUÍMICA

11. CONTENIDOS DE LA INGENIERÍA QUÍMICA
e) Materias complementarias. Conjunto de materias que aportan
conocimientos básicos necesarios directamente relacionados con
los objetivos de la Ingeniería Química. Las fundamentales son:
1) Termodinámica. Estudio de las leyes de conservación,
relaciones de equilibrio y estimación de propiedades
fisicoquímicas.
2) Cinética química. Estudio de la velocidad de las reacciones
químicas.
3) Fenómenos de transporte. Leyes por las que se rige el
transporte de materia, energía y cantidad de movimiento en las
operaciones básicas.
4) Control y dinámica de sistemas. Conocimiento sobre la
evolución de los sistemas ingenieriles a lo largo del tiempo y de
su respuesta a las perturbaciones. Control de los procesos
industriales.
5) Economía. Estudio y optimización económica de las
alternativas posibles sobre un proceso o conjunto de procesos
químicos.
6) Gestión ambiental. Consecuencias medioambientales de lso
procesos industriales. Minimización y medidas correctoras
(evaluación y corrección de impactos ambientales). Gestión de
residuos.
7) Seguridad industrial. Análisis de riesgos y medidas de
seguridad en los procesos químicos.
8) Disciplinas auxiliares. Ciencia de los materiales,
termotecnia, electrotecnia y expresión gráfica.

12. Definición: Cada una de las etapas con una
función específica que se lleva a cabo
sistemáticamente en la industria química:
destilación, extracción, evaporización, etc.
Características:
• Son esencialmente las mismas con independencia
del proceso en el que se apliquen.
• Permite estandarizar la educación en ingeniería
química: diseño de equipos con el mismo
fundamento para procesos distintos.
• Técnica de cálculo similares
• Principios científicos comunes: Transporte de
cantidad de movimiento, transmisión de calor y
Transferencia de materia
OPERACIONES UNITARIAS
(=BÁSICAS) en los procesos
industriales
Preparación
reactivos
Reacción
química
Separación
productos

13. Tipos de operaciones
Clasificación en función del modo de operación
Régimen
estacionario
Régimen
no estacionario
Régimen
no estacionario
• V = f [ QV , Vp ]
• V = f [ Vp ]

14. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS OPERACIONES
CONTINUAS RESPECTO A LAS DISCONTINUAS
VENTAJAS:
- Economía de escala (grandes producciones)
- Fácil recuperación o aportación de calor
- Reducción de la mano de obra (automatización)
- Eliminación de tiempos muertos (carga y descarga)
- Mayor uniformidad de los productos
- Mayor producción por unidad de volumen
DESVENTAJAS:
- Se requiere uniformidad de composición de materias
primas y reaccionantes
- Difícil versatilidad (adaptación de la producción al
consumo
-Arranque y parada complicada (grandes instalaciones)
- Equipo de instrumentación y control costoso

15. EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE LOS DISTINTOS
TIPOS DE OPERACIÓN
OPERACIÓN CONTINUA:
- Productos químicos básicos, tanto orgánicos como
inorgánicos. Ácidos, bases, etileno, propileno, amoniaco ...y sus
derivados.
- Rectificación del crudo en las refinerías de petróleo.
- Absorción para la preparación de ácidos sulfúrico y nítrico.
- Extracción de aromáticos, previa a la formulación de aceites
lubricantes.
OPERACIÓN DISCONTINUA:
Es adecuada cuando se opera a pequeña escala, se fabrican
compuestos de alto valor añadido o existen algunas condiciones
específicas del producto (corrosión, etc.) que motiven que las
paradas hayan de ser frecuentes.
- Fabricación decolorantes y productos farmacéuticos.
- Cristalización en balsas empleadas para la producción e sal.
- Filtración para separaciones en la industria agroalimentarias.
OPERACIÓN SEMICONTINUA:
- Lixiviación de minerales.
- Secado de materiales en corriente de aire

16. Tipos de operaciones
Clasificación en función del contacto entre fases
CONTACTO CONTINUO
Columna de
relleno
(ABSORCIÓN)
CONTACTO DISCONTINUO
Columna de
RECTIFICACIÓN
(intermitente, por etapas o interrumpido)

17. Operación con flujo
en paralelo
Las dos fases fluyen
en el mismo sentido
Operación con flujo
en contracorriente
Las fases fluyen en
sentido contrario
Operación con flujo
cruzado
Las fases fluyen de forma
perpendicular
Clasificación en función del tipo de circulación

18. Operaciones básicas de separación

19. Operaciones gas-líquido y líquido-vapor
Absorción-desorción:
Consiste en la transferencia selectiva de uno o más componentes
de una mezcla gaseosa a un disolvente líquido de reducida
volatilidad o viceversa.
Rectificación:
En la destilación el contacto se realiza entre una mezcla en fase
líquida y una mezcla en fase vapor generada por ebullición del
líquido pero que no se encuentran inicialmente en el equilibrio, a
consecuencia de ello, la fase vapor se condesa parcialmente y la
fase líquida se vaporiza también parcialmente de modo que tras
el contacto entre ambas el vapor se enriquece en los componentes
más volátiles de la mezcla y el líquido lo hace en los menos
volátiles.
Operaciones de interacción aire-agua: Humidificación y
deshumidificación de aire y enfriamiento de agua:
En ellas el vapor de agua (equivalente al componente volátil pasa
de una fase a otra con el consiguiente efecto térmico del elevado
calor latente de vaporización/condesación.
Evaporación:
Consiste en eliminar parte del disolvente de una disolución por
ebullición de ésta, separando el vapor generado. Así la disolución
resulta concentrada en el soluto no volátil. La diferencia con la
destilación/rectificación es que sólo hay un componente volátil.
OPERACIONES BÁSICAS DE SEPARACIÓN

20. Operaciones líquido-líquido:
Extracción: Se ponen en contacto dos mezclas líquidas
inmiscibles con objeto de transferir uno o varios componentes
de una fase a otra.
Operaciones líquido-sólido:
Lixiviación: es una extracción líquido-sólido, es la separación
de uno o varios solutos contenidos en una fase sólida mediante
su contacto con un disolvnte líquido que lso disuelve
selectivamente.
Adsorción: esta puede ser también gas-sólido. Uno o más
componentes de una mezcla gaseosa o líquida se adsorben
preferentemente sobre la superficie de un sólido, separándose
así del resto de los componentes.
A diferencia de la absorción donde los componentes se
incorporan a toda la masa del líquido aquí los componentes se
incorporan slamente a la superficie de la fase receptora.
Intercambio iónico: Es similar a la adsorción pero lo que se
transfiere del líquido al sólido son especies iónicas en la fase
líquida.
Cristalización: aquí se produce la transferencia de un soluto
desde una disolución a una fase sólida cristalina del mismo
mediante un cambio en la temperatura y/o en la concentración.
Secado: en el secado se separa un líquido volátil de un sólido no
volátil por vaporización.