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Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Ingeniería Química eIndustrias ExtractivasDepartamento de Formación BásicaAcademia de QuímicaLaboratorio de Química GeneralSesión No. 8 “Operaciones y procesos”Nombre del alumno: Quintero Abrego HiramGrupo: “1IM6”Sección: “B”Nombre de la profesora: M...

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Departamento de Formación Básica Academia de Química Laboratorio de Química General Sesión No. 8 “Operaciones y procesos” Nombre del alumno: Quintero Abrego Hiram Grupo: “1IM6” Sección: “B” Nombre de la profesora: MEV Irma Rodríguez Hernández

OBJETIVO GENERAL Diferenciar las operaciones y los procesos unitarios, así como realizar procedimientos experimentales para manipular materiales de laboratorio.

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OBJETIVOS PARTICULARES Identificar los procedimientos y materiales adecuados para cada experimento.  Realizar las secuencias experimentales para diferenciar el manejo de material en las operaciones y en los procesos unitarios.  Valorar el orden y la limpieza en las actividades experimentales



Introducción

Un proceso químico es un conjunto de operaciones químicas y/o físicas encaminadas a la transformación de unas sustancias iniciales en productos finales diferentes.1 Un producto es diferente de otro cuando tenga distinta composición, esté en un estado distinto o hayan cambiado sus condiciones. Los procesos químicos como la destilación y cristalización se remontan a la alquimia en Alejandría, Egipto. En la descripción general de cualquier proceso químico existen diferentes operaciones involucradas. Unas llevan inherentes diversas reacciones químicas. En cambio otros pasos son meramente físicos, es decir, sin reacciones químicas presentes. Podemos decir que cualquier proceso químico que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas. Cada una de estas operaciones es una operación unitaria dentro del proceso global.

Operaciones unitarias Cuando en la industria química o áreas afines se quiere preparar o sintetizar algún producto a partir de materia prima por medio de un proceso largo y complicado, resulta conveniente dividir este proceso en etapas individuales simples que sean fáciles de analizar por separado. Estas etapas individuales que involucran un solo cambio o transformación se denominan operaciones unitarias. Una operación unitaria puede involucrar cambios tanto físicos como químicos. Estos cambios pueden ser muy variados e ir desde algo tan simple como el secado de un producto sólido, hasta una reacción controlada de polimerización catalizada en un reactor químico. La ingeniería química se basa en las operaciones unitarias. De hecho, la forma en que estas se relacionan entre sí y los equipos que se utilizan en ellas, proporcionan la base para el diseño, construcción y control de las plantas químicas.

Ejemplos de operaciones unitarias

Filtración. -Separación de las partículas sólidas en suspensión en un fluido, mediante el paso forzado de este a través de un medio filtrante o membrana sobre la cual depositan los sólidos.

Destilación. - Separación de los componentes de una mezcla liquida por vaporización de la misma. Al calentar primero se desprenden los componentes más volátiles y va quedando un residuo líquido constituido por las sustancias de punto de ebullición más alto.

Cristalización. - Es un proceso físico por el cual, a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal.

Absorción. - Consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido el cual forma solución.

Secado. - Es una operación de transferencia de masa de contacto gas- sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa.

Evaporación. - Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer a la tensión superficial.

Procesos unitarios Un " proceso unitario " es una o más operaciones agrupadas en un sistema de fabricación que pueden definirse y separarse de otras. En la evaluación del ciclo de vida (LCA) e ISO 14040(organización internacional de normalización), un proceso unitario se define como "el elemento más pequeño considerado en el análisis del inventario del ciclo de vida para el cual se cuantifican los datos de entrada y salida".

Ejemplos de procesos unitarios Neutralización. - la neutralización o neutralización es una reacción química en la que el ácido y una base reaccionan cuantitativamente entre sí.

Combustión. - Reacción química entre una sustancia oxidante (comburente) y otra reductora (combustible) con desprendimiento de calor y eventualmente de luz.

Nitración. - Es un proceso químico general para la introducción de un grupo nitro en un compuesto químico mediante una reacción química.

Pirolisis. - Es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales, excepto metales y vidrios, causada por el calentamiento a altas temperaturas en ausencia de oxígeno. Involucra cambios simultáneos de composición química y estado físico, los cuales son irreversibles.

Sulfonación.- Es el proceso mediante el cual un sustrato orgánico que cuenta con un átomo de carbono u oxígeno en capacidad de donar electrones, reacciona con un agente sulfonante como el SO3 para obtener un sulfonato.

Polimerización. - Es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, o bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional. Pueden ser por adición o condensación.

Fermentación. - es un cambio químico que produce un organismo vivo o una enzima, especialmente bacterias o microorganismos que se producen en plantas unicelulares tales como levadura, mohos u hongos.

Usualmente todo proceso u operación unitaria puede representarse mediante representaciones esquemáticas, entre las cuales tenemos:

Diagrama de bloques: es la representación del funcionamiento interno de un sistema, que se hace mediante bloques y sus relaciones, y que, además, definen la organización de todo el proceso interno, sus entradas y sus salidas.

Diagrama de flujo: Un diagrama de flujo, o flujo grama, es una representación gráfica de un proceso. Cada paso del proceso se representa por un símbolo diferente que contiene una breve descripción de la etapa de proceso. Los símbolos gráficos del flujo del proceso están unidos entre sí con flechas que indican la dirección de flujo del proceso.

Actividades previas

Diagrama de bloques Operaciones Unitarias.

Procesos Unitarios.

Nota: Colocar en un tubo de ensayo la cantidad de 5 ml de solución nitrato de plomo (II).

Dejar reposar por unos minutos hasta que se asiente el precipitado en el fondo del tubo de ensayo

Posteriormente se decantará la sustancia en otro tubo de ensayo y al residuo verterlo en un recipiente contenedor de desechos

Posteriormente se hará la evaporación del líquido usando un mechero y colocando de forma correcta el tubo directamente a la llama.

Al residuo restante se le agregara un poco de agua destilada.

Mediante el uso de un papel tornasol, se tendrá que determinar el carácter alcalino de la sustancia.

Agregar unas gotas de ácido clorhídrico hasta formar un precipitado.

Al tubo de ensayo con el que contiene el precipitado se le agregará agua acidulada para realizar lavados y eliminar impurezas.

Al nuevo tuvo con la muestra se le agregará solución de ácido nítrico gota a gota hasta la disolución del precipitado.

Agregar gota por gota de indicador (fenolftaleína) hasta notar un cambio de color magenta en la sustancia.

Si el papel no cambia de color esto dirá que es un ácido. Si cambia de color este indicará que es una base.

Añadir aproximadamente 10 gotas de agua destilada para diluir la solución.

Para un proceso de separación más rápido, es recomendable usar una centrifugadora para decantar el líquido excedente

Tomar una pequeña muestra colocarlo en un nuevo tubo de ensayo

Por último se agregara solución de tioacetamida y calentar a baño María hasta obtener un precipitado negro.

𝑃𝑎𝑝𝑒𝑙 𝑡𝑜𝑟𝑛𝑎𝑠𝑜𝑙

Diagrama de flujo

𝑁𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑜𝑚𝑜(𝐼𝐼)

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎

𝑃𝑏 𝐶𝑙2 ↓ +𝐻𝑁𝑂3

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎

𝑇𝑖𝑜𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑚𝑖𝑑𝑎 𝐹𝑒𝑛𝑜𝑙𝑓𝑡𝑎𝑙𝑒í𝑛𝑎

Tabla de formulas

No.

Formula

1

𝑃𝑏(𝑁𝑂3 )2(𝑎𝑐) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝑃𝑏𝐶𝑙2(𝑠) ↓ +𝐻𝑁𝑂3(𝑎𝑐)

2

𝑃𝑏𝐶𝑙2(𝑠) + 𝐻𝑁𝑂3(𝑎𝑐) → 𝑃𝑏(𝑁𝑂3 )2(𝑎𝑐) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐)

3

𝑃𝑏(𝑁𝑂3 )2(𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑂 + 𝐶𝐻3(𝑎𝑐) → 𝑃𝑏𝑆 ↓ +𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑁𝐻2(𝑎𝑐) + 𝐻𝑁𝑂3(𝑎𝑐)

∆

Conclusión Las operaciones y procesos unitarios son indispensables en el campo de acción de un ingeniero químico ya que en cualquier industria se llevaran a cabo distintos procesos que estarán dadas por estos pasos o procesos como lo vendría siendo la evaporación y centrifugación (solo por mencionar algunos), que estos vendrían siendo operaciones unitarias (cambios físicos) que a pesar de poderse notar en una escala más pequeña como lo vendría siendo en un laboratorio convencional estas siempre estarán presentes en la industria química, otras por mencionar que igual siempre harán acto de presencia en los campos químicos serían los procesos unitarios, que al contrario de las operaciones unitarias, estas harán cambios o reacciones químicas en las sustancias como por ejemplo podemos mencionar: la oxidación, las combustiones y la cristalización. Otra cosa muy importante que se debe de saber acerca de este tema es la importancia de los diagramas de bloques y de flujo. El diagrama de bloques nos guiará paso a paso para realizar alguna actividad y así tener un orden y no tener algún error; y en cuanto a los diagramas de flujo, estos nos guiaran como si fueran un mapa y nos mostraran una idea de cómo debe de ser los procedimientos que se llevaran a cabo.

Bibliografías

Páginas web: https://www.lifeder.com/operaciones-unitarias/ https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_qu%C3%ADmico https://www.aiteco.com/diagrama-de-flujo/...