Capitulo 1 de tecnologia industrial tratamiento de aguas PDF

Preview

Summary

Capítulo 1La Tecnología es la ciencia que estudia los procedimientos y los procesos de transformación de la materia prima en productos terminados y medios de producción.La tecnología se clasifica en: a) Tecnología mecánica: la que estudia los procesos que modifican el aspecto exterior, la forma y la...

Description

Capítulo 1 La Tecnología es la ciencia que estudia los procedimientos y los procesos de transformación de la materia prima en productos terminados y medios de producción.

La tecnología se clasifica en: a) Tecnología mecánica: la que estudia los procesos que modifican el aspecto exterior, la forma y las propiedades físicas del material. b) Tecnología química: la que estudia los procesos que modifican la composición y estructura interna de las sustancias y que se realiza mediante las reacciones químicas. La tecnología utiliza los métodos de la física, química, fisicoquímica, mecánica, termodinámica, electrónica, etc., con la finalidad de obtener los productos terminados en condiciones técnico - económicas concretas, tomando en cuenta la utilidad económica de los procesos respectivos. Su finalidad es satisfacer las necesidades y deseos humanos y obtener rentabilidad, favorecer a la comunidad con productos beneficiosos, sin deteriorar el medio ambiente. El mayor objetivo de la tecnología es la elaboración de los esquemas tecnológicos de los procesos industriales (llamados Diagramas de Flujos), su diseño y construcción, así como elegir los materiales para los equipos y las instalaciones auxiliares que correspondan. OBJETIVOS DEL CURSO: Elaborar esquemas tecnológicos de los procesos industriales para diseñar, construir, elegir materiales para los equipos y determinar las instalaciones auxiliares PROCESOS TECNOLOGICOS Un proceso tecnológico tiene como objetivo la obtención de productos intermedios y productos terminados, o el mantenimiento y la reparación de un sistema técnico, y se realiza mediante operaciones físicas y procesos químicos, que se llevan a cabo simultáneamente o en una sucesión ordenada en tiempo, y en equipos industriales. La sucesión de las operaciones a través de las cuales se realiza un proceso tecnológico se llama flujo tecnológico del proceso respectivo; el tiempo necesario para el desarrollo de todas las operaciones constituye el ciclo de fabricación de un producto. Los procesos tecnológicos se componen en general de varias fases (o etapas) de fabricación que a su vez son formadas por operaciones y procesos unitarios Alternativas Tecnológicas: se busca la óptima y que corresponda al beneficio económico máximo. Los criterios de clasificación de los procesos tecnológicos son varios, por ejemplo: a) Según la forma en que se realizan, se distinguen: - El proceso discontinuo (periódicos o por batch): aquel proceso en que una porción de materia prima alimenta la instalación donde se procesa y luego se descargan todos los productos, en un determinado período de tiempo. Durante la descarga y la carga el equipo tiene tiempos muertos. - El proceso continuo: aquel en el cual el suministro de la materia prima y la salida del producto se efectúan ininterrumpidamente durante un largo tiempo. De esta manera, el equipo no tiene horas muertas y posee una productividad más alta. - El proceso combinado: en general se aplica a procesos tecnológicos con varias fases, donde algunas etapas son continuas y otras discontinuas. b) Según el modo de utilización de las máquinas y equipos: - Los procesos manuales: todas las etapas del proceso se realizan a través del trabajo físico del hombre. - Los procesos mecanizados: aquellos en los cuales parte del trabajo físico del hombre se reemplaza por el de las máquinas. - Los procesos automatizados: son procesos dotados con mecanismos automáticos (controlados por computadoras) para la realización de algunas operaciones sin la intervención del hombre. Se pueden automatizar aparatos, equipos, etapas de un proceso e inclusive todo un proceso tecnológico.

-

Los procesos mixtos: procesos con etapas combinadas (manuales, mecanizadas y automatizadas) según las necesidades y facilidades que se desean obtener. c) Según la naturaleza de los cambios producidos: - Procesos químicos - Procesos físico-químicos - Procesos bioquímicos - Procesos físicos - Procesos mecánicos. En las industrias de perfil químico, los procesos fundamentales son los químicos, físicoquímicos, bioquímicos; los procesos físicos y mecánicos tienen carácter auxiliar. Las alternativas tecnológicas de realización de un proceso tecnológico, en la industria química son múltiples, pero siempre se busca la variante tecnológica óptima que corresponda al beneficio económico máximo. Un proceso tecnológico industrial se caracteriza por diferentes medidas físicas, llamadas variables o parámetros del proceso (temperatura, presión, flujo, etc.).  Los parámetros del proceso se establecen de conformidad con los índices de calidad deseados para el producto. Es necesario que los parámetros del proceso se mantengan constantes, o que puedan modificarse en conformidad a un programa preestablecido, realizando de este modo lo que se conoce como Régimen Nominal del Proceso Tecnológico. La constancia de los parámetros tecnológicos se puede realizar manual u automáticamente.  Los parámetros cinéticos y termodinámicos de los procesos químicos determinan la estructura y complejidad de los equipos y maquinaria que realizan dichos procesos y en consecuencia determinan los gastos para su adquisición y mantenimiento. La Calidad de los productos fabricados es determinada en gran parte por las propiedades de las materias primas y los materiales auxiliares, así: como por la estructura de los procesos tecnológicos y la explotación racional de las instalaciones donde se realizan estos procesos. En cuanto al control del proceso tecnológico; los principales indicadores que caracterizan un proceso tecnológico desde el punto de vista técnico – económico son: - el consumo de materias primas y materiales - el consumo de energía - el rendimiento o eficiencia del proceso la calidad de los productos obtenidos - Los costos de producción - Las inversiones y gastos. Una variable representa una propiedad de un sistema o una magnitud física medible. Un parámetro representa un valor o rango de valores que puede tener una variable. La elaboración del proceso tecnológico por el cual se aseguran las materias primas, los materiales auxiliares y energía, implica conocer las leyes generales que siguen estos procesos, sus estructuras y características.

OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS UTILIZADOS EN LA TECNOLOGIA INDUSTRIAL La mayoría de las materias primas utilizadas en la industria química, se encuentran en forma de mezcla, cuya separación y purificación presenta grandes dificultades tecnológicas.

En la fabricación de todos los productos se requieren de las siguientes etapas del proceso tecnológico: a) preparación y purificación de la materia prima b) procesamiento de la materia prima o reacción propiamente dicha c) acondicionamiento de los productos finales. Los procesos tecnológicos son proceso “TIP” y se componen de operaciones y procesos unitarios. Las operaciones unitarias son transformaciones físicas de la materia, que se refieren al tratamiento industrial de las sustancias u elementos químicos, en los cuales no se modifica la estructura sino solamente el aspecto exterior. Ejemplo de operaciones unitarias se mencionan:  Operaciones de reducción de tamaño de partícula (chancado, trituración, molienda),  Operaciones de cambio de fase física (fusión, vaporización, sublimación, condensación, solidificación, etc.),  Operaciones de separación física (destilación, absorción, adsorción, secado, decantación, sedimentación, etc.). Los procesos unitarios son transformaciones de la materia por las cuales se cambia la estructura interna y las propiedades físicas y químicas de las sustancias. Como ejemplo de procesos unitarios se indican todas las reacciones químicas, como Combustión, síntesis, neutralización, descomposición térmica, hidrogenación, sulfonación, etc.). Las operaciones y procesos unitarios se realizan en equipos industriales específicos y el flujo tecnológico se presenta mediante esquemas tecnológicos llamados diagramas de bloque o diagramas de flujo (flow –sheet) o diagramas de flujo de procesos. El diagrama de flujo o diagrama de flujo de procesos describe el flujo tecnológico completo se representa en forma simbólica cada equipo empleado en el proceso, incluyendo los equipos (símbolos técnicos), líneas de flujo (flechas) y equipos auxiliares más importantes (bombas, calentadores, agentes térmicos, etc.). Opcionalmente se incluyen parámetros operativos (temperatura, presión, flujo másico o molar). Para la elaboración de los diagramas de flujo se utilizan los símbolos técnicos. El símbolo técnico es una representación gráfica simplificada de los equipos industriales, utilizado en los distintos trabajos de tecnología. Este símbolo técnico debe mostrar clara y sugestivamente el aparato respectivo y su funcionamiento y debe permitir el fácil dibujo de los diagramas de flujo. El diagrama de bloque o diagrama de flujo de bloques representa en forma simplificada las transformaciones físicas o químicas de una o más etapas del proceso en forma de bloques rectangulares, con descripción de las líneas de flujo (secuencia lógica) y opcionalmente un balance de materiales simplificado. Cada bloque puede corresponder a un conjunto de actividades afines, sin mezclar operaciones con procesos unitarios. REQUERIMIENTOS DE LA INDUSTRIA PARA LOS DIFERENTES PROCESOS TECNOLOGICOS. Asegurar las características pre–establecidas de los productos finales requiere de las siguientes condiciones: a) Maquinaria y equipos industriales, de preferencia de tipo estándar, conociendo sus especificaciones y características para poder efectuar los cálculos de ingeniería correspondientes. b) Materiales de construcción adecuados, para evitar la corrosión prematura y el desgaste mecánico de la misma. c) Instrumentos de control y medición que permita la regulación de las operaciones y procesos unitarios. d) Permanente control de calidad de las materias primas, los productos intermedios y los productos terminados. e) Tipos de envases y almacenajes adecuados. f) Normas de seguridad industrial, para protección de los operarios y de las instalaciones. g) Ambiente óptimo de trabajo. h) Trabajar de modo científico, según las leyes y patentes existentes. i) Desarrollar permanentemente los trabajos de investigación. j) Preocupación permanente por el medio ambiental, evitando su contaminación. k) Establecer especificaciones de reciclaje de productos defectuosos y recuperación de materias primas, en donde sea posible. SIMBOLOS TECNICOS

Tipos          

de símbolos Transportes de sustancias Almacenamientos de sustancias Calentamiento, enfriamiento y cambio de fases Disminución de tamaño y clasificación Separación de mezclas heterogéneas Separación de mezclas homogéneas Reacciones Químicas Secado y Granulación Mezcla de sólidos Varios

Para los compresores, la primera imagen indica que se hace en etapas, no se puede bajar mucho la presión de una sola y ten en cuenta que la segunda imagen las líneas tienen que ser en ese ángulo y dirección La imagen es un ejemplo de un equipo de transporte de líquidos La diferencia entre el dosificador y el silo parte de la línea horizontal hasta el tamaño el dosificador es súper pequeño y el silo grande En cuanto a los tanques de gas, estos tienen que ser ovalados o esféricos pues si se encuentra un ángulo recto es probable que se quiñe (hay otra palabra) y se pierda el gas o líquido volátil. Para el tanque abierto, no se recomienda porque al estar al aire libre contamina más y se puede contaminar más el contenido al estar expuesto a material extraño.

El enfriador que es el que tiene la flecha apuntando hacia arriba es el enfriador que sirve para enfriar un fluido líquido o gaseoso a partir de un intercambio térmico con otro fluido de menor temperatura (generalmente agua), si hay cambio de fase se le llama condensador (si entra un gas y sale un líquido) El calentador es cuando necesitamos calentar un fluido, se usa un agente externo, generalmente vapor si entra líquido y sale gas se llama evaporador, flecha hacia abajo, sirve para calentar un fluido líquido o gaseoso a partir de un intercambio térmico con otro fluido de mayor temperatura (generalmente vapor), si hay cambio de fase se le llama evaporador. El intercambiador de calor (el primero) sirve para enfriar o calentar un fluido líquido o gaseoso a partir de un intercambio térmico con otro fluido que tiene una temperatura diferente (Flujos son parte del proceso) (El segundo) sirve para calentar sustancias utilizando los fluidos del proceso (la flecha interna indica dirección del calor) La flecha dice que el de abajo se calienta y el de arriba se está enfriando El tubular es un caso especial y se usa cuando en el problema te indican que se necesita una gran área para el intercambio de calor El horno sirve para calentar sustancias que se encuentran en su interior con alta temperaturas, y sus aplicaciones pueden ser: fundir, ablandar, tratar térmicamente una sustancia, producir vapor, etc. El horno de lecho fluidizado, en este horno entran solo sólidos finamente particulado, el material particulado se mantiene en suspensión por efecto del ingreso de gases a presión que entran por la parte de abajo y tiene dos funciones, ser agente térmico (calor al honro) y fluidizan el sólido, como que flote dentro del horno y pase a través del horno Los evaporadores sirven para concentrar soluciones, una solución es una mezcla entre un soluto y un solvente y la concentración es generalmente el cociente entre la cantidad de soluto y la masa total. Si quiero concentrar una solución, se puede hacer de dos formas, la primera es con un evaporador, para retirar una parte del solvente (parte volátil). La segunda forma de concentrar una solución sería añadiendo más del soluto. El primero es el que más se utiliza, hay evaporadores en serie. Es importante entender las principales fuerzas que se aplican en cuanto a la disminución de tamaño y clasificación, según el tipo de fuerza, tu puedes identificar el instrumento usado. La trituradora/chancadora, mantiene la quijada de abajo fija y la de arriba sube y baja, entonces el sólido queda atrapado, se reduce por compresión. Este es un equipo muy

grande y solo es utilizado para sólidos de tamaño y calibre muy grande, son rocones y es usado para minería, no para moler café. El molino de martillos reducción de tamaño por impacto, es un eje que va impactando hasta disminuir el tamaño. Puede ser para todos los tamaños. El único que es para gran escala es la trituradora Molino de rodillo, superficie rugosa, se pone al medio y las dos rocas se mueven a diferentes direcciones y dan productos muy finos. Da productos con mucha fineza. Reducción por compresión y fricción. Molino de bolas es un recipiente generalmente cilíndrico, que tiene una serie de bolas de diferentes materiales, la mayoría de las bolas son metálicas, entonces se pone lo que quieres triturar y moler, se cierra la tapa y todo el molino empieza a girar, cuando pasa eso todas las bolas empiezan a girar y estas van triturando todo lo que hay entre ellas. Es una reducción de tamaño por atrición. Cortador/Picador parecido al molino de martillos y en lugar de tener martillos, tiene cuchillas, las cuchillas cortan. Es como una procesadora más grande (cuchillas) Reducción de tamaño por corte. Tamiz/Zaranda : El tamiz usa diferentes medios separadores, separan por tamaños con el uso de cedazos, mallas, placas perforadas, etc. La zaranda son los tamices con movimiento (horizontal, vertical, orbital, etc.) La diferencia parte que para que se disminuya el tamaño se tiene que mover = zaranda. Siempre después de toda operación de reducción de tamaño, se pone inmediatamente un tamiz o zaranda para garantizar que el equipo te ha dado el material con el tamaño adecuado, si pasa algo muy grande se retiene y se reprocesa.

El decantador – sedimentador, reduce o la detiene el movimiento, la gravedad actúa sobre los sólidos y estos se sedimentan y cae al fondo El segundo tiene una retención hidráulica, lo grueso es lo que cae primero Sedimentador/espesador se usa para secar los lodos En los filtros, eventualmente se satura o se colmatan En el filtro de prensa , una vez que se llenan las placas, se abre el filtro, se retiran los discos sólidos que se llaman torta; separación de sólidos finos y coloidales. Hay un medio filtrante entre el medio de cada plancha. Cuando es automático hay un pistón hidráulico en lugar de

tornillo, la cosa es que esté cerrado y sea hermético. Entra el líquido, se llenan las cavidades cuando se abre cae la torta. La torta es el sólido que se retira. Separadores de fases, separa las mezclas heterogéneas por densidad, son recipientes que separan las mezclas heterogéneas por densidad o gravedad. Se puede tener líquido y sólido o líquidos miscibles o líquidos y gases, se ponen en un recipiente y por diferencia de densidad se separan, se usa mucho porque no requieren de energía. Separación de partículas sólidas de gases Corriente gaseosa con partículas sólidas, gases de chimenea con partículas de ceniza Cuando se quiere retirar los sólidos de la corriente gaseosa, ya sea por un tema ambiental (se va a la atmosfera( o para recuperar sólidos porque son útiles o porque se tiene que entrar a otro proceso. Se elige el equipo dependiendo de la concentración, alta concentración se usa un ciclón Ciclón es un recipiente de fondo cónico por donde entra tangencial cosa que partículas se choquen con las paredes y fricción hace que se caiga por gravedad y el gas sale por arriba. Filtros de manga se usa para media concentración, flauta deriva la corriente gaseosa en cada una de las mangas y cada una es un medio filtrante y a mas mangas, mas autonomía y más filtro. Más superficie de filtrado mas tiempo demora el filtro entre limpieza y limpieza Filtro electrostático es para baja concentración, corriente gaseosa pasa en campo eléctrico y este carga eléctrica, va ioniza las partículas sólidas y estas por medio de esta carga se adhieren a las paredes del filtro y el gas sin partículas van a salir. Se tiene una corriente de agua siempre para lavar el filtro y retirar las partículas sólidas que se adhirieron a él. También se usa cuando se necesita garantizar que se retirará el 100% de las partículas sólidas y no se quiere que se quede ni una traza de solido. Se puede combinar si tengo alta carga de sólidos, se puede poner 3 equipos: ciclón, manga y luego a filtro electrostático, se puede poner dos ciclones en serie si se desea. Torres de tratamiento de gases, Hay dos tipos: sólidos y líquidos En el de líquidos, se usa líquido, se puede dar dos tratamientos, si se quiere capturar un gas, usando un líquido, se llama absorción (el uso principal), sería una torre de absorción también se puede dar para lavado con arrastre, si se tiene gases con partículas sólidas y se quiere retirar las partículas sólidas, se pone una torre con agua y sería en unas torres de arrastre. El agua se adhiere a las partículas sólidas y las lava o arrastra. Si se quiere retirar partículas sólidas se da una torre de lavado por arrastre. Con aire húmedo y se quiere secar se usa ácido sulfúrico y este tiene afinidad con agua, se pone en contracorriente el aire húmedo y el acido absorbe toda la humedad y se obtiene por arriba el aire seco. En el caso de los sólidos, absorber con gas, son torres de adsorción. Se puede usar Silicagel es altamente higroscópico (es lo que se usa en las cosas que dice para que se conserve, como almohadillas lo que hay adentro es silicagel, para evitar que se deteriore) El carbón activado captura olores, desodoriza, salen gases sin olor.

Columna de destilación simple: separación de líquidos miscibles. La mezcla líquida caliente que se alimenta se separa en dos fases: vapor y líquido. La fase vapor tiene alta concentración en la sustancia más volátil; en la fase líquida se concentra en las sustancias menos volátiles. Siempre tiene que entrar caliente, antes de entrar a una columna de destilación, se tiene que ver en qué estado de agregación está, si ya está todo líquido, se debería de antes de una columna de destilación se tiene que poner un calentador (el de flecha abajo), no se pone calentador en caso se tiene que separar una mezcla líquido – gas. En este caso, se pone un condensador (flecha arriba) para que todo esté líquido. Esto separa la corriente en dos, se ordena l...