Resumen Breve
Este video de Manuel Moya ofrece una introducción a la ingeniería química y sus operaciones unitarias. Define la ingeniería química, su rol en el desarrollo de procesos industriales y las disciplinas afines. Además, presenta una breve reseña histórica de la evolución de los procesos químicos y explica cómo cualquier nuevo proceso o producto parte de una idea, pasando por fases de investigación, desarrollo, planta piloto y finalmente, la planta industrial. El video también explica que todo proceso químico puede descomponerse en operaciones unitarias básicas, clasificándolas según el tipo de transporte que predomine: cantidad de movimiento, energía o materia.
- Definición y alcance de la ingeniería química.
- Evolución histórica de los procesos químicos.
- Descomposición de procesos en operaciones unitarias.
- Clasificación de operaciones unitarias según el tipo de transporte.
El objetivo principal de este tema es diferenciar el campo de actuación del ingeniero químico, conocer la evolución histórica de la industria química, comprender que todo proceso industrial comienza con una idea y familiarizarse con las principales operaciones unitarias de la ingeniería química. Se define la ingeniería química como la rama de la ciencia que se encarga de concebir, calcular, proyectar, construir y operar instalaciones industriales para llevar a cabo reacciones químicas u operaciones físicas de separación a escala industrial. La misión fundamental de la ingeniería química es transformar concepciones de laboratorio en procesos de fabricación eficientes.
Se resume el proceso químico industrial, que comienza con materias primas sometidas a operaciones físicas de separación y acondicionamiento. Estas materias acondicionadas se someten a una reacción química, resultando en materias primas no reaccionadas, productos y subproductos. La corriente resultante se somete a operaciones de separación y acondicionamiento para obtener el producto final deseado, reciclar las materias primas no reaccionadas y tratar o eliminar los subproductos. Las operaciones de tipo físico son las operaciones básicas de la ingeniería química, mientras que la etapa de reacción química se estudia en la ingeniería de la reacción química.
La ingeniería química se relaciona con diversas disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la química industrial para el diseño de procesos, la ingeniería de procesos para el desarrollo de proyectos, la ciencia de los materiales, la economía y optimización de procesos, la tecnología del medio ambiente, la seguridad industrial, la termodinámica, la termotecnia, la electricidad, la electrotecnia y la instrumentación y control. La optimización económica, la eficiencia ambiental y la seguridad son consideraciones clave en el diseño y operación de plantas químicas.
La química y la ingeniería química se desarrollan a partir del siglo XIX. En los siglos XI y XIV, se utilizaban reactivos naturales como ácidos débiles. En el siglo XV, se desarrollaron procedimientos para obtener ácidos fuertes. La Revolución Industrial, entre los siglos XV y XVII, impulsó la generación de energía necesaria en las plantas. La industria química científica surge a inicios del siglo XIX, con desarrollos como la fábrica azucarera de Silesia y el gas de alumbrado. En la primera mitad del siglo XX, se destacan la destilación discontinua, la producción de baquelita y amoníaco. A mediados del siglo pasado, aparecen herbicidas, teflón y resinas de poliéster. Actualmente, la industria química se enfoca en el desarrollo de nuevos procesos y productos, la modificación de procesos existentes, la conservación del medio ambiente, el tratamiento de aguas residuales y el desarrollo de nuevas energías como la biomasa.
Todo nuevo proceso o producto comienza con una idea que debe pasar por un estudio de mercado para evaluar su viabilidad económica. Si la idea es viable, se inicia la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i). Luego, se diseña y opera una planta piloto, evaluando continuamente el mercado. Si el producto es rentable, se pasa a la planta industrial, donde se sigue monitoreando el mercado y se pueden realizar modificaciones al producto o al proceso para mantener la rentabilidad. Las etapas de I+D+i, planta piloto y planta industrial son responsabilidad de la ingeniería química.
Todo proceso químico, independientemente de su escala, puede descomponerse en una serie de operaciones básicas o unitarias, como el secado, la filtración y el transporte de fluidos. El número de estas operaciones es limitado, y cada proceso individual utiliza solo algunas de ellas. El objetivo de toda operación unitaria es modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia, ya sea su masa, composición o contenido energético, para hacerla más útil. Este cambio de condiciones se puede lograr modificando su masa o composición (transporte de materia), su nivel de energía (transporte de energía) o sus condiciones de movimiento (transporte de cantidad de movimiento).
Las operaciones unitarias se clasifican en función del tipo de transporte que predomina: transporte de cantidad de movimiento, transporte de energía (transferencia de energía) o transporte de materia. Algunas operaciones involucran simultáneamente transporte de materia y energía. También existen operaciones complementarias como la trituración, molienda, tamizado y mezclado. Para etapas con reacción química, se tiene la operación unitaria química, que es la reacción química en sí.
Se presenta una clasificación de operaciones unitarias según el mecanismo de transporte mayoritario. Para transferencia de materia, se mencionan la destilación, rectificación, absorción, extracción, lixiviación, intercambio iónico, ósmosis y ósmosis inversa. Para transmisión de calor, se incluyen la evaporación y el intercambio de calor. Para la transferencia simultánea de materia y energía, se nombran la humidificación, secado, cristalización y liofilización. Para el transporte de cantidad de movimiento, se mencionan la filtración, sedimentación y centrifugación.
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0:04 [Música] en este primer tema de la asignatura bicente lo que vamos a hacer es una descripción de lo que es la ingeniería química y sus operaciones unitarias como en todos los temas siguientes la primera de las transparencia viene marcada por los objetivos que esperamos alcanzar en cada uno de los temas así en este primero el objetivo será diferenciar el campo de actuación del ingeniero químico conocer
0:50 la evolución histórica de la industria química saber que todo proceso Industrial es inicialmente una idea y conocer las principales operaciones unitari de la ingeniería química en primer lugar vamos a definir lo que es la ingeniería química así según el profesor catalá la ingeniería química es la rama de la ciencia que se ocupa de concebir calcular proyectar hacer construir y hacer funcionar las instalaciones donde poder llevar a cabo a escala Industrial una reacción química cualquiera o toda operación física de separación inmediata según el Instituto Americano de ingeniería química eh la técnica el campo de la actividad humana donde los conocimientos de la ciencia físic y naturales y de la economía se aplican A
1:35 fines útiles la misión básicamente de ingeniería química consiste en el desarrollo de los procesos industriales es decir transformar cualquier concepción de laboratorio en un proceso eficiente de fabricación básicamente por lo que acabamos de de Definir la ingeniería química se eh encarga de concebir diseñar montar y construir y hacer funcionar y mantener cualquier industria también la industria química Aquí vamos a resumir básicamente lo que es un proceso químico Industrial donde
2:20 inicialmente como observamos partimos de unas materias primas las sometemos a una serie de operaciones de tipo físico normal de separación y acondicionamiento con lo cual ya tendríamos unas materias acondicionadas estas materias las sometemos a la reacción química y saliendo de esa reacción química pues tendremos materias primas que no han reaccionado producto y su productos en el caso de que se produzca alguna reacción no deseada entonces habrá que eh someter toda esta corriente a una serie de operaciones de separación y acondicionamiento con lo cual al final obtendremos el producto final que es el deseado obtendremos las materias primas que no han reaccionado que como es
3:06 natural las volveremos al al sistema y una serie de Sub productos que de alguna forma habrá que eliminar o tratar o de alguna forma eh modificar para que no tengan eh ninguna acción perversa en el medio ambiente según las diferentes operaciones de este proceso vemos que las operaciones uno y tres son operaciones de tipo exclusivamente físico o sea son las operaciones básicas de la ingeniería química y luego tenemos la operación de reacción química la etapa química que es la parte de la de la ingeniería química que se encarga de
3:51 estudiar la reacción química se denomina ingeniería de la reacción química según todo esto la ingeniería química tiene una serie de disciplinas afines así tendríamos la ingeniería bioquímica la química Industrial para el diseño de procesos básicamente la ingeniería de proceso para el desarrollo de proyectos la ciencia de los materiales porque a la hora de construir una planta los materiales son muy importantes y sus características economía y optimización de procesos porque de alguna forma habrá que optimizar económicamente todo el proceso para que sea rentable la tecnología del medio ambiente porque la ingeniería química como es natural siempre que diseñe una planta y esté manteniendo y operando una planta el objetivo es que
4:38 sea lo más eficiente medialmente hablando también tendremos la seguridad industrial por el tema de accidentes laborales la termodinámica aplicada a la ingeniería la termotecnia la electricidad aplicada a la ingeniería la electrotecnia y la instrumentación y control porque todas las plantas más o menos estarán automatizadas entonces eh es muy importante eh controlar eh procesos y eh diferentes eh operaciones unitarias el desarrollo histórico de los procesos químicos aquí hay un resumen eh básicamente lo que es la la química y la ingeniería eh vienen a desarrollarse a partir del siglo XIX aquí por ejemplo en
5:25 los siglos xi y xiv vemos que los reactivos naturales eran los ácidos débiles o sea todo lo que existía en en el ambiente en el siglo XV empiezan a desarrollarse procedimientos para obtener ácidos fuertes en el siglo XV al siglo XVII es cuando se produce la Revolución Industrial con lo cual eh aparece la máquina de de vapor la generación de gran cantidad de energía necesaria en las plantas y ya la industria química científica pues a partir del siglo de inicio el siglo XIX Pues aquí vemos una serie de desarrollos a lo largo del tiempo empezamos por ejemplo con la fábrica azucarera de silesia o el gaz de
6:12 alumbrado y terminamos pues a finales del siglo XIX con la industria de la perfumería la destilación continua luego básicamente la primera mitad del siglo XX pues empezamos con la destinación discontinua relei la producción de baquelita la producción de amoníaco aproximadamente a mitad del siglo pasado pues tenemos herbicidas teflón resina de posi poliéster etcétera actualmente la la industria química pues eh se centra más en el desarrollo de nuevos procesos y productos en la modificación de procesos en explotación la conservación del medio ambiente tratamiento de aguas residuales
6:59 de fluente gaseoso la potabilización de agua el desarrollo de nuevas energías como la energía de biomasa etcétera y bueno Cualquier nuevo proceso o producto siempre parte de una idea esa idea como es natural tendrá que tener un estudio de mercado Por lo tanto habrá una oportunidad económica habrá que hacer la evaluación en el en caso de que económicamente no fuese viable pues automáticamente se rechazaba si esa idea puede ser posible eh según el estudio de Mercado pues entonces empezará lo que es el desarrollo de investigación desarrollo e
7:45 Innovación seguirá como es natural estudiándose económicamente en cualquier momento se puede rechazar una vez pasado la etapa de investigación desarrollo e Innovación pues se diseñará una planta piloto se habrá un escalado se diseñará la planta piloto se operará la planta piloto como es natural se irá viendo un estudio de Mercado que en cualquier momento siempre que no se cumpla la obtención de beneficio será rechazado y después de la planta piloto Pues pasaremos a la planta Industrial en la planta Industrial se seguirá haciendo como Natura estudio de Mercado en cualquier momento puede haber una modificación de y producto y el
8:31 objetivo final es el producto que va al mercado producto que como es natural tiene que rentar beneficios a la planta en caso contrario sería rechazado eh Esa planta o en cualquier momento habría que hacer una modificación de planta de proceso lo que fuera para eh volver a beneficio Pues esta etapa de investigación desarrollo e Innovación de planta piloto y la planta industrial su diseño construcción y operación es de lo que se encarga la ingeniería química ya sabemos a términos generales lo que es la ingeniería química ahora vamos a centrarnos en lo que son las operaciones unitarias de la ingeniería química todo proceso químico independientemente de la
9:17 escala que se realice puede descomponerse en una serie ordenada de operaciones denominada básica o unitaria así por ejemplo tenemos el secado la filtración transporte de fluido etcétera el número de estas operaciones básicas no es muy grande y generalmente en cada proceso individual solo intervienen algunas de ellas Esta es la definición que dio litel en 1922 o sea básicamente en la ingeniería química eh existen muy pocas operaciones unitarias y con esas poquitas operaciones unitarias eh se pueden desarrollar múltiples procesos el objetivo de toda operación unitaria
10:04 es siempre modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia así podemos hablar de cantidad movimiento de composición de contenido energético para hacerla más útil a nuestros fines Este cambio de condiciones puede hacerse únicamente por tres caminos modificando su masa o composición así tenemos separación de fases mezcla reacción química con lo cual hablaríamos de transporte de materia podemos Modificar el nivel o la calidad de la energía que posee enfriamiento vaporización aumento de presión habíamos transporte de energía o podemos modificar sus condiciones de movimiento aumentando o disminuyendo su velocidad o su dirección y estaríamos hablando de transporte de
10:50 cantidad movimiento según se observa todas las operaciones unitarias se basan básicamente en un transporte siempre de una propiedad extensiva que puede ser transporte de cantidad movimiento transporte de energía o transporte de materia así clasificaremos las operaciones unitarias Pues básicamente en función de qué transporte que se da mayoritariamente asía hablamos de operaciones unitarias eh regidas básicamente por el transporte cantidad movimiento por el transporte de energía la transferencia de energía transporte de materia o alguna que se dan
11:35 simultáneamente en igual cantidad materia y energía hay otras operaciones eh unitarias que son complementarias de estas como son la trituración y la molienda el tamizado el mezclado etcétera y luego finalmente para aquellas etapas con reacción química tendremos la operación unitaria química que es la reacción química finalmente aquí podemos ver una clasificación en base a cuál es el mecanismo de de transporte mayoritario para transferencia de materia Pues hablaríamos de destinación rectificación absorción con b absorción con d extracción lisia intercambio iónico osmosis osmosis inversa para transmisión de calor pues evaporación intercambio de
12:23 calor para la transferencia simultánea de materia y energía humidificación secado cristalización liofilización o para el transporte de cantidad de movimiento filtración sedimentación centrifugación y aquí terminamos este tema
