2. Objetivos
• Aplicar los procedimientos básicos para
establecer la secuencia de las operaciones en
los procesos químicos Industriales.
• Conocer los diferentes tipos de procesos
químicos y su aplicación a nivel industrial.
3. Introducción
Si bien es cierto que el estudio sistemático de las operaciones y procesos
unitarios partió de la Ingeniería Química, los conocimientos
adquiridos se han aplicado a otras ingenierías involucradas en la
transformación de la materia y de la energía como la Ingeniería
Industrial, Ingeniería Alimentaria, Ingeniería Ambiental, Ingeniería
Mecánica, entre otras.
4. Procesos
La norma ISO 9000:2005 apartado 3.4.1 define un “Proceso”
como: Conjunto de actividades mutuamente relacionadas o
que interactúan, las cuales transforman elementos de
entradas en salidas.
Producto no
intencional
(desechos)
Entradas
Insumos o
Materia Prima
Salidas
Productos y/o
Servicios
ACTIVIDADES
DEL PROCESO
5. PROCESO QUIMICO
• Conjunto de operaciones químicas y/o
físicas que se desarrollan en forma
secuencial y ordenada, orientadas a la
transformación de unas materias iniciales
en productos finales diferentes.
Materia
prima
Producto final
6. 1. Conjunto de etapas requeridas y equipos interconectados en
forma organizada para que las materias primas e insumos se
transformen en productos terminados a escala industrial.
2. Las etapas de un proceso industrial son actividades unitarias,
donde se dan cambios físicos, trasformaciones químicas o ambos,
de acuerdo a determinadas condiciones de operación, tales
como presión, temperatura, etc.
PROCESO INDUSTRIAL
7. Industrias de Procesos Químicos
(Chemical Process Industries: CPI)
• Alimentos (bebidas, azúcar, jugos, congelados, lácteos,
vinos, cerveza, etc.)
• Combustibles (petróleo, carbón, gas natural, gasolina)
lubricantes y derivados petroquímicos
• Compuestos químicos
– Orgánicos (petroquímicos, solventes, cauchos, etc.)
– Inorgánicos ( sales, fertilizantes, etc.)
– Explosivos ( TNT, anfo, etc.)
– Detergentes y jabones
– Pinturas y pigmentos
8. Industrias de Procesos Químicos
(Chemical Process Industries: CPI)
• Metalurgia ( Acero y aleaciones, metales: Cu, Ag, Au, Re,
etc.)
• Tratamiento de agua, efluentes y residuos
• Materiales ( cemento, asfalto, cerámica, vidrio, adhesivos,
plásticos, materiales de construcción)
• Papel y celulosa
• Pesquera ( harina y aceite de pescado, conservas)
• Textiles y fibras sintéticas
• Fármacos
9. Etapas de los Procesos Químicos
Todo proceso productivo en la industria consta generalmente de tres etapas:
• Tratamientos físicos iniciales (tratamientos previos)
Las materias primas se preparan y acondicionan para el proceso de reacción, a
través de trituración, molienda, calentamiento, mezcla, etc.
• Tratamientos químicos (procesos de reacción)
Son un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en un reactor y que
transforman las materias primas en productos.
• Tratamiento físicos finales (tratamientos posteriores)
Por último, es necesario hacer una purificación y separación de los productos
obtenidos. Las técnicas más empleadas son la destilación, extracción,
cristalización, sedimentación y filtración.
10. Esquema de un Proceso Químico
REREREACCION
REACCION
(Transformación
Química)
Tratamiento
previo
Acondicionamiento
Alimentación
Separación y/o
purificación
Tratamiento
posterior Producto
Emisiones
Efluentes
Recirculación
Sub
Producto
13. Operaciones Unitarias: Son aquellas unidades en donde los cambios son
necesariamente físicos, osea afectan a la materia sin modificar sus propiedades
químicas. Ejemplo: Destilación, absorción, filtración , extracción, secado, etc.
Procesos Unitarios: Son aquellas unidades en donde los cambios
implican transformaciones químicas de la materia, por ello constituyen el núcleo del
proceso total. Ejemplo: Combustión, oxidación, nitración, polimerización, reducción,
esterificación, hidrólisis, etc.
Unidades de Procesos
15. Representación de Procesos
Diagramas de Proceso:
-Son las representaciones gráficas de los procesos y sirve
para enfocar e identificar el proceso durante la elaboración
del proyecto.
- Forman parte de la documentación del proceso.
- Son herramientas de gran utilidad en la comprensión y
cálculos de los balances de materia.
- Tiene distintos niveles de detalle y punto de vista.
16. Existen varios tipos de diagramas, que muestran
diferentes niveles de complejidad e información:
• Diagrama de Entrada - Salida
• Diagrama de Flujo de Bloques (BFD)
• Diagrama de Flujo de Proceso (PFD)
• Diagrama de Tuberías e Instrumentos (P&ID)
• Otros diagramas : Plano Unitario, Plano de
Planta (Plot Plan), etc.
17. Diagrama de Entrada – Salida ( Input –
Output Diagram)
• Todas las operaciones físicas y químicas involucradas
en el proceso se representan con un único bloque.
• Se utilizan flechas para representar las entradas y
salidas de materiales.
• Las materias primas entran por la izquierda y los
productos salen por la derecha.
• Pueden mostrarse velocidades de flujo o cantidad de
las materias primas y productos.
19. Diagrama de Flujo de Bloques (Block
Flow Diagram)
• Cada operación o unidad de proceso se representa por
un bloque.
• Existen sólo cuatro tipos de unidades de proceso que se
representan en los diagramas de bloque: Mezcladores,
Reactores, Divisores y Separadores.
• Las corrientes de flujo principal se representan por
líneas flechadas en la dirección del flujo.
• Las corrientes gaseosas se incluyen en la parte superior
del diagrama, y los líquidos y sólidos hacia la parte
inferior, separados por densidades.
• Se debe incluir la información crítica para entender el
proceso (conversión, rendimiento).
20. Diagrama de Flujo de Bloques
Ejemplo:
El tolueno y el hidrógeno reaccionan para producir benceno y metano. La reacción no es
completa, se requiere un exceso de tolueno. Los gases no condensables son separados y
descargados. El benceno y el tolueno que no reaccionan son luego separados por
destilación, después el tolueno es reciclado al reactor y el benceno sale en una corriente
de salida.
21. Diagrama de Flujo de Procesos
(Process Flow Diagram)
Este diagrama representa una etapa superior en cuanto a la
información que aporta con respecto al diagrama de bloques.
Contiene datos esenciales que el ingeniero necesita para
diseñar el proceso.
• Se representan todos los equipos de proceso identificados
por su número y nombre respectivo.
• Se numeran todas las corrientes de proceso incluyendo una
descripción de sus condiciones (temperatura, presión, flujos y
composición química) mediante una tabla adjunta.
• Se representan todas las corrientes de servicios (vapor, aire,
refrigerantes, aceites de calefacción, etc.) utilizados en cada
equipo de proceso.
• Se deben señalar los lazos de control básicos para asegurar
la estabilidad de las condiciones de proceso.
23. Diagrama de Flujo de Procesos
Convenciones Utilizadas para los Equipos
24. Diagrama de Flujo de Procesos
Numeración de los Equipos
P – 101 A/B identifica una bomba
P – 101 A/B identifica que la bomba está ubicada en el
área N°1 de la planta
P – 101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de
las n existentes en la planta
P – 101 A/B identifica que hay 2 bombas idénticas una
de respaldo (backup)
25. Diagrama de Flujo de Procesos
Símbolos para la Identificación de las Corrientes
26. Diagrama de Flujo de Procesos
Diagrama de Flujo de Proceso para la Producción de Benceno
27. En base a la siguiente descripción, prepare un BFD y un PFD:
• La acetona se produce vía deshidrogenación catalítica del alcohol
isopropílico, cuya reacción principal es la siguiente:
(CH3)2CHOH → (CH3)2CO + H2
• El alcohol isopropílico fresco se lleva a un tanque de mezcla en donde
se pone en contacto con el alcohol isopropílico de reciclo proveniente
de un destilador, la mezcla se lleva a un precalentador antes de hacer
su ingreso a un reactor tubular, en el cual se lleva a cabo la reacción
con una conversión de 80%. La corriente que sale del reactor ingresa a
un separador de fases, en donde el hidrógeno es obtenido en la
corriente de cabeza, mientras que la corriente de fondo es enviada a
una torre de destilación donde se separa la acetona del alcohol no
reaccionado. La acetona es obtenida como producto de tope, mientras
que el alcohol isopropílico se obtiene como producto de fondo el cual
es recirculado al tanque de mezcla que alimenta al reactor.
28. Escoja una operación o un proceso unitario de los que
se ha visto en clase y elabore un mapa conceptual en
su cuaderno de acuerdo al siguiente ejemplo:
Mezclado: Operación Unitaria
