Transcript La Química Industrial Inorgánica
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Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
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Introducción y Conceptos Fundamentales
• La química industrial inorgánica.
• Sistema de unidades.
• Análisis dimensional.
• Tipos de industria.
• Proceso general de fabricación.
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Desde sus orígenes, el hombre ha tenido
que cubrir una serie de necesidades que
les han obligado a transformar los
productos que la naturaleza le ofrecía.
http://tecnica-10-6-10.blogspot.com/p/actividad-4.html
La Química Industrial Inorgánica
Estas necesidades se
han incrementado a lo largo de su
historia, ya que, a medida que se
satisfacían unas, aparecían otras
nuevas.
http://www.catedu.es/biogeo3/131_la_actividad_humana_y_el_medio_ambiente.html
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Esto ha traído consigo que el grado de
transformación de los productos
naturales haya sido cada vez mayor y
más complejo.
http://paralaje.org/dp-in-q-ast.htm
http://www.parlamentointernacionaldeeducacion.org/web/publicaciones
El descubrimiento del fuego origina la aplicación de las
primeras operaciones de proceso a las necesidades humanas.
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Slide 5
La industria química es el sector que se ocupa de las
transformaciones químicas a gran escala, se ocupa de
la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto
naturales como sintéticas, y de su transformación en otras
sustancias con características diferentes de las que tenían
originariamente.
Las industrias químicas se pueden clasificar en industrias
químicas de base e industrias químicas de
transformación.
Las primeras trabajan con materias primas naturales,
y fabrican productos sencillos semielaborados que son la base
de las segundas.
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Las industrias de base están localizadas en lugares próximos a
las fuentes de suministros. Las industrias químicas de base
toman sus materias primas del aire (oxígeno y nitrógeno), del
agua (hidrógeno), de la tierra (carbón, petróleo y minerales)
y de la biosfera (caucho, grasas, madera y alcaloides).
Las industrias químicas de productos inorgánicos más
importantes son la de fabricación del ácido sulfúrico, la
industria del vidrio, la de producción de aluminio, cobre,
hierro y acero, la de obtención de amoníaco y abonos
nitrogenados, y la de fabricación de sosa entre otras.
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http://www.vitcas.es/industria-del-vidrio
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http://html.rincondelvago.com/petroleo_17.html
Las industrias químicas de productos orgánicos más
importantes son la industria Carboquímica, cuya materia
prima es el carbón, la industria petroquímica, cuya materia
prima es el petróleo, y como derivadas de éstas las industrias
de los plásticos y resinas sintéticas, y las de fabricación de
detergentes.
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El sector de la química industrial inorgánica es el mayor en la
industria química e incluye todos los procesos químicos
relacionados con las materias primas inorgánicas.
Las aplicaciones en esta industria suponen un gran intervalo
de temperaturas y presiones.
Se han desarrollado nuevos procesos para aumentar la
productividad y la eficiencia.
Las reacciones se han vuelto más agresivas con temperaturas y
presiones más elevadas y catalizadores más corrosivos, lo que
ha supuesto una mayor demanda de aleaciones de alta
tecnología resistentes a la corrosión.
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Las nuevas normativas medioambientales exigen sistemas de
bucle cerrado con reagentes reciclados y productos
intermedios y presentan nuevos retos para los materiales de
base.
Los diferentes tipos de reacciones y reagentes provocan
entornos oxidantes o reductores y soluciones alcalinas o
ácidas.
Las impurezas o las sustancias corrosivas como el cloruro y el
fluoruro requieren equipos de mayor calidad.
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Sistema de Unidades
1. Unidades fundamentales:
SISTEMA
Longitud
Masa
Tiempo
Temperatura
cgs
centímetro
gramo
segundo
K; ºC
fps
pie
libra
segundo
ºR; ºF
SI
metro
kilogramo
segundo
K
Americano de
Ingeniería
pie
Libra masa
segundo
ºR; ºF
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2. Unidades derivadas:
SISTEMA
Fuerza
Energía
Observaciones
cgs
dina
ergio
fps
poundal
poundal.pie
SI
newton
joule
Uso común y científico
Americano de
Ingeniería.
libra fuerza
Btu
Usadas por ingenieros químicos
y petroleros
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3. Unidades SI básicas:
Unidad
Nombre
Símbolo
Longitud
metro
m
Masa
kilogramo
kg
Tiempo
segundo
s
Temperatura termodinámica
grado kelvin
K
Cantidad de sustancia
mol
mol
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4. Unidades SI derivadas:
Unidad
Nombre
Símbolo
Energía
joule
J
Fuerza
newton
N
Potencia
watt
W
Frecuencia
hertz
Hz
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Propiedades físicas:
1. Densidad, (d): es la relación de la masa por la unidad de
volumen; se expresa en las unidades g/cm3, kg/m3, lb/ft3
entre otras.
2. Peso específico, (p. esp.): Es la relación entre dos
densidades; (la de la sustancia de interés, A, con la
sustancia de referencia). p. esp. = dA/dref
Para líquidos y sólidos la sustancia de referencia es el agua.
Para el agua se asume que la densidad no varía con la
temperatura, siendo su valor de 1,00.
Por lo general la densidad de los líquidos varía con la
temperatura por lo que al hacer referencia al peso
específico, debe indicarse la temperatura a la cual se ha
medido la densidad.
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3. Volumen específico, (v. esp.): es la magnitud inversa a la
densidad; esto es, el volumen por unidad de masa o
cantidad unitaria de materia.
4. Fracción mol y fracción peso: En una mezcla dada, la
fracción mol se define como los moles de uno de los
componentes dividido entre los moles de todos los
componentes; de igual forma; se define la fracción peso,
como el peso de uno de los componentes dividido entre el
peso total de la mezcla.
5. Concentraciones: significa la cantidad de algún soluto por
una cantidad fija de solvente o solución en una mezcla de
dos o más componentes se expresan generalmente como
peso por unidad de volumen, moles por unidad de
volumen.
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6. Temperatura: es una medida de la energía térmica de las
partículas (átomos, moléculas o iones) de una sustancia en
equilibrio térmico. Por lo general, la temperatura se mide
en grados Célsius o centígrados (ºC), grados Fahrenheit
(ºF) o grados Kelvin (K). Las técnicas mas comunes para
medir la temperatura son: el termopar (el voltaje producido
por la unión de dos conductores diferentes, cambia con la
temperatura); el termistor (la variación de la resistencia de
un conductor con la temperatura); pirómetros, para medir
altas temperaturas, detectan la energía radiante que
despide un cuerpo caliente.
7. Presión: Es la fuerza por unidad de área. Las unidades de
presión son, dependiendo de los sistemas, libras por pulgada
al cuadrado manométricas, (psig); pulgadas de mercurio, (in
Hg); pascales, (N/m2); milímetros de mercurio (mm Hg);
pies de agua (ft H2O); Atmósferas (atm); Bares (bar);
16
kilogramo fuerza por centímetro cuadrado, (kg/cm2).
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Ejercicios
1. Reducir: 400 in3/d a cm3/min.; 20 gal/h a m3/s
2. Para el HCN líquido, un manual proporciona el siguiente
10º𝐶
dato: p. esp. = 1,2675
.
4º𝐶
¿Qué significa físicamente esta cantidad?
3. Para un recipiente conteniendo etanol, un manual
proporciona el siguiente dato:
60º𝐶
p. esp. = 0,79389
; calcule la densidad del etanol a 60ºF.
60º𝐶
4.El ácido sulfúrico comercial tiene una concentración del
98% en peso. Calcule la relación molar de ácido sulfúrico a
agua.
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5. Un recipiente contiene una solución de 1,704 lb de ácido
nítrico por lb de agua con un peso específico de 1,382 a 20ºC.
Calcule el % en peso de HNO3, las libras de ácido nítrico por
pie cúbico de solución a 20ºC y la molaridad de la solución a
la misma temperatura.
6.Un limpiador de tuberías industriales contiene 5,00 kg de
agua y 5,00 kg de NaOH. Calcule las fracciones peso y las
fracciones mol de cada componente en el limpiador.
7. Tomando como base 100 mol-libra de aire y asumiendo que
el mismo está formado por 79,0% en peso de N2 y 21,0 % en
peso de O2, calcule el peso molecular promedio del aire.
8.El porcentaje en peso de 50,0 kg de una mezcla de gases es
como sigue: 10,0% de H2, 40,0% de CH4, 30,0% de CO y
20,0% de CO2. Calcule el peso molecular promedio de la
mezcla.
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9. Las normas internacionales establecen que la cantidad
máxima de tetracloruro de carbono, CCl4 en el aire debe
ser de 12,6 mg/m3 de aire. En una muestra de aire se
encontró 4800 ppb de tetracloruro de carbono. ¿Qué puede
decir a cerca de la calidad de este aire?
10. El análisis de una piedra caliza es el siguiente: CaCO3,
92,89%; MgCO3, 5,41%; impurezas, 1,70%. ¿Cuántas libras
de CaO se pueden formar a partir de 5 ton de esta piedra?.
http://www.gacetacartagonova.com/2009/10/22/escombreras-acoge-la-planta-de-produccion-deacido-sulfurico-y-energia-mas-importante-del-mundo/
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Análisis Dimensional:
SIMBOLO: es una designacion especifica como una letra o
abreviatura para representar
cierto objeto o concepto.
d = Ø = diametro
A = area
V = volumen
DIMENSION: es un termino que se aplica a las tres unidades
básicas: masa, longitud y tiempo. En ciertos casos también a
la temperatura y a la cantidad de sustancia.
[M], [L], [t], [T], [mol]
D = [L]
A = [L2]
V = [L3]
[ ]: “tiene dimension de...”
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Slide 21
No importa cual sea el sistema de unidades que se utiliza, SI,
el de ingeniería estadounidense, el británico o el métrico; las
dimensiones de cada lado de una ecuación completa deben ser
las mismas (homogeneidad dimensional); por consiguiente es
muy útil indicar las dimensiones de cada termino para
asegurar que cada concepto tenga las dimensiones correctas.
Por ejemplo:
Para la fuerza
Para la presión
F=m.a
P = F/A
F = M (LT-1/T)
P = MLT-2/L2
F = MLT-2
P = ML-1T-2
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Proceso General de Fabricación.
Perdida de
energía
Materia
prima
PROCESO
PREVIO
PROCESO
Capital
OPERACIÓN
POSTERIOR
Productos
Subproductos
Desechos
Control
Energía
Trabajo
Esto es una descripción general que siempre encontramos en
una fabrica.
22
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El proceso previo puede ser un lavado, un acondicionamiento,
etc.
Por ejemplo, si se quiere fabricar tomates grandes en latas:
Tomate
Inútiles
SELECCIÓN
DE TAMAÑO
Tamaño
grande o
pequeño
Tamaño
ideal
ENLATADO
Subproducto
El objetivo es obtener cantidad de
productos y subproductos y la mínima
cantidad de desechos con el mayor
aprovechamiento de la materia prima.
PURE
Desechos
23
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Dependiendo del cambio que se produzca es la nomenclatura
utilizada:
Operaciones
Físicos
unitarias
Cambios
Procesos
unitarios
Químicos
PROCESO GENERAL DE FABRICACIÓN
Descripción
Discontinuos
o Bach
Continuo
Diagrama
de flujo
Másico kg/s
Molar mol/s
Volumétrico m3/s
Flujo
24
Slide 25
Principales Equipos Usados en la Química Industrial
Inorgánica:
Concentradores
25
Slide 26
Separadores
26
Slide 27
Condensadores
27
Slide 28
Vaporizadores
28
Slide 29
Recipientes de reacción
29
Slide 30
Intercambiadores de calor
30
Slide 31
Tolvas
31
Slide 32
Diluidores
32
Slide 33
Depuradores
33
Slide 34
Válvulas
34
Slide 35
Columnas de absorción
35
Slide 36
Hornos rotatorios
36
Slide 37
Calentadores
37
Slide 38
Bombas y compresores
38
Slide 39
Webgrafía
http://es.scribd.com/doc/5245299/LA-INDUSTRIA-QUIMICA
http://www.prtr-es.es/data/images/LVIC-AAF-FINAL.pdf
http://www.voestalpine.com/welding/es/spain/Industria-quimica/Quimicainorganica
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Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN
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Introducción y Conceptos Fundamentales
• La química industrial inorgánica.
• Sistema de unidades.
• Análisis dimensional.
• Tipos de industria.
• Proceso general de fabricación.
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Desde sus orígenes, el hombre ha tenido
que cubrir una serie de necesidades que
les han obligado a transformar los
productos que la naturaleza le ofrecía.
http://tecnica-10-6-10.blogspot.com/p/actividad-4.html
La Química Industrial Inorgánica
Estas necesidades se
han incrementado a lo largo de su
historia, ya que, a medida que se
satisfacían unas, aparecían otras
nuevas.
http://www.catedu.es/biogeo3/131_la_actividad_humana_y_el_medio_ambiente.html
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Esto ha traído consigo que el grado de
transformación de los productos
naturales haya sido cada vez mayor y
más complejo.
http://paralaje.org/dp-in-q-ast.htm
http://www.parlamentointernacionaldeeducacion.org/web/publicaciones
El descubrimiento del fuego origina la aplicación de las
primeras operaciones de proceso a las necesidades humanas.
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Slide 5
La industria química es el sector que se ocupa de las
transformaciones químicas a gran escala, se ocupa de
la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto
naturales como sintéticas, y de su transformación en otras
sustancias con características diferentes de las que tenían
originariamente.
Las industrias químicas se pueden clasificar en industrias
químicas de base e industrias químicas de
transformación.
Las primeras trabajan con materias primas naturales,
y fabrican productos sencillos semielaborados que son la base
de las segundas.
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Las industrias de base están localizadas en lugares próximos a
las fuentes de suministros. Las industrias químicas de base
toman sus materias primas del aire (oxígeno y nitrógeno), del
agua (hidrógeno), de la tierra (carbón, petróleo y minerales)
y de la biosfera (caucho, grasas, madera y alcaloides).
Las industrias químicas de productos inorgánicos más
importantes son la de fabricación del ácido sulfúrico, la
industria del vidrio, la de producción de aluminio, cobre,
hierro y acero, la de obtención de amoníaco y abonos
nitrogenados, y la de fabricación de sosa entre otras.
6
http://www.vitcas.es/industria-del-vidrio
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http://html.rincondelvago.com/petroleo_17.html
Las industrias químicas de productos orgánicos más
importantes son la industria Carboquímica, cuya materia
prima es el carbón, la industria petroquímica, cuya materia
prima es el petróleo, y como derivadas de éstas las industrias
de los plásticos y resinas sintéticas, y las de fabricación de
detergentes.
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El sector de la química industrial inorgánica es el mayor en la
industria química e incluye todos los procesos químicos
relacionados con las materias primas inorgánicas.
Las aplicaciones en esta industria suponen un gran intervalo
de temperaturas y presiones.
Se han desarrollado nuevos procesos para aumentar la
productividad y la eficiencia.
Las reacciones se han vuelto más agresivas con temperaturas y
presiones más elevadas y catalizadores más corrosivos, lo que
ha supuesto una mayor demanda de aleaciones de alta
tecnología resistentes a la corrosión.
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Las nuevas normativas medioambientales exigen sistemas de
bucle cerrado con reagentes reciclados y productos
intermedios y presentan nuevos retos para los materiales de
base.
Los diferentes tipos de reacciones y reagentes provocan
entornos oxidantes o reductores y soluciones alcalinas o
ácidas.
Las impurezas o las sustancias corrosivas como el cloruro y el
fluoruro requieren equipos de mayor calidad.
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Sistema de Unidades
1. Unidades fundamentales:
SISTEMA
Longitud
Masa
Tiempo
Temperatura
cgs
centímetro
gramo
segundo
K; ºC
fps
pie
libra
segundo
ºR; ºF
SI
metro
kilogramo
segundo
K
Americano de
Ingeniería
pie
Libra masa
segundo
ºR; ºF
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2. Unidades derivadas:
SISTEMA
Fuerza
Energía
Observaciones
cgs
dina
ergio
fps
poundal
poundal.pie
SI
newton
joule
Uso común y científico
Americano de
Ingeniería.
libra fuerza
Btu
Usadas por ingenieros químicos
y petroleros
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3. Unidades SI básicas:
Unidad
Nombre
Símbolo
Longitud
metro
m
Masa
kilogramo
kg
Tiempo
segundo
s
Temperatura termodinámica
grado kelvin
K
Cantidad de sustancia
mol
mol
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4. Unidades SI derivadas:
Unidad
Nombre
Símbolo
Energía
joule
J
Fuerza
newton
N
Potencia
watt
W
Frecuencia
hertz
Hz
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Propiedades físicas:
1. Densidad, (d): es la relación de la masa por la unidad de
volumen; se expresa en las unidades g/cm3, kg/m3, lb/ft3
entre otras.
2. Peso específico, (p. esp.): Es la relación entre dos
densidades; (la de la sustancia de interés, A, con la
sustancia de referencia). p. esp. = dA/dref
Para líquidos y sólidos la sustancia de referencia es el agua.
Para el agua se asume que la densidad no varía con la
temperatura, siendo su valor de 1,00.
Por lo general la densidad de los líquidos varía con la
temperatura por lo que al hacer referencia al peso
específico, debe indicarse la temperatura a la cual se ha
medido la densidad.
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3. Volumen específico, (v. esp.): es la magnitud inversa a la
densidad; esto es, el volumen por unidad de masa o
cantidad unitaria de materia.
4. Fracción mol y fracción peso: En una mezcla dada, la
fracción mol se define como los moles de uno de los
componentes dividido entre los moles de todos los
componentes; de igual forma; se define la fracción peso,
como el peso de uno de los componentes dividido entre el
peso total de la mezcla.
5. Concentraciones: significa la cantidad de algún soluto por
una cantidad fija de solvente o solución en una mezcla de
dos o más componentes se expresan generalmente como
peso por unidad de volumen, moles por unidad de
volumen.
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6. Temperatura: es una medida de la energía térmica de las
partículas (átomos, moléculas o iones) de una sustancia en
equilibrio térmico. Por lo general, la temperatura se mide
en grados Célsius o centígrados (ºC), grados Fahrenheit
(ºF) o grados Kelvin (K). Las técnicas mas comunes para
medir la temperatura son: el termopar (el voltaje producido
por la unión de dos conductores diferentes, cambia con la
temperatura); el termistor (la variación de la resistencia de
un conductor con la temperatura); pirómetros, para medir
altas temperaturas, detectan la energía radiante que
despide un cuerpo caliente.
7. Presión: Es la fuerza por unidad de área. Las unidades de
presión son, dependiendo de los sistemas, libras por pulgada
al cuadrado manométricas, (psig); pulgadas de mercurio, (in
Hg); pascales, (N/m2); milímetros de mercurio (mm Hg);
pies de agua (ft H2O); Atmósferas (atm); Bares (bar);
16
kilogramo fuerza por centímetro cuadrado, (kg/cm2).
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Ejercicios
1. Reducir: 400 in3/d a cm3/min.; 20 gal/h a m3/s
2. Para el HCN líquido, un manual proporciona el siguiente
10º𝐶
dato: p. esp. = 1,2675
.
4º𝐶
¿Qué significa físicamente esta cantidad?
3. Para un recipiente conteniendo etanol, un manual
proporciona el siguiente dato:
60º𝐶
p. esp. = 0,79389
; calcule la densidad del etanol a 60ºF.
60º𝐶
4.El ácido sulfúrico comercial tiene una concentración del
98% en peso. Calcule la relación molar de ácido sulfúrico a
agua.
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5. Un recipiente contiene una solución de 1,704 lb de ácido
nítrico por lb de agua con un peso específico de 1,382 a 20ºC.
Calcule el % en peso de HNO3, las libras de ácido nítrico por
pie cúbico de solución a 20ºC y la molaridad de la solución a
la misma temperatura.
6.Un limpiador de tuberías industriales contiene 5,00 kg de
agua y 5,00 kg de NaOH. Calcule las fracciones peso y las
fracciones mol de cada componente en el limpiador.
7. Tomando como base 100 mol-libra de aire y asumiendo que
el mismo está formado por 79,0% en peso de N2 y 21,0 % en
peso de O2, calcule el peso molecular promedio del aire.
8.El porcentaje en peso de 50,0 kg de una mezcla de gases es
como sigue: 10,0% de H2, 40,0% de CH4, 30,0% de CO y
20,0% de CO2. Calcule el peso molecular promedio de la
mezcla.
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9. Las normas internacionales establecen que la cantidad
máxima de tetracloruro de carbono, CCl4 en el aire debe
ser de 12,6 mg/m3 de aire. En una muestra de aire se
encontró 4800 ppb de tetracloruro de carbono. ¿Qué puede
decir a cerca de la calidad de este aire?
10. El análisis de una piedra caliza es el siguiente: CaCO3,
92,89%; MgCO3, 5,41%; impurezas, 1,70%. ¿Cuántas libras
de CaO se pueden formar a partir de 5 ton de esta piedra?.
http://www.gacetacartagonova.com/2009/10/22/escombreras-acoge-la-planta-de-produccion-deacido-sulfurico-y-energia-mas-importante-del-mundo/
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Análisis Dimensional:
SIMBOLO: es una designacion especifica como una letra o
abreviatura para representar
cierto objeto o concepto.
d = Ø = diametro
A = area
V = volumen
DIMENSION: es un termino que se aplica a las tres unidades
básicas: masa, longitud y tiempo. En ciertos casos también a
la temperatura y a la cantidad de sustancia.
[M], [L], [t], [T], [mol]
D = [L]
A = [L2]
V = [L3]
[ ]: “tiene dimension de...”
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No importa cual sea el sistema de unidades que se utiliza, SI,
el de ingeniería estadounidense, el británico o el métrico; las
dimensiones de cada lado de una ecuación completa deben ser
las mismas (homogeneidad dimensional); por consiguiente es
muy útil indicar las dimensiones de cada termino para
asegurar que cada concepto tenga las dimensiones correctas.
Por ejemplo:
Para la fuerza
Para la presión
F=m.a
P = F/A
F = M (LT-1/T)
P = MLT-2/L2
F = MLT-2
P = ML-1T-2
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Proceso General de Fabricación.
Perdida de
energía
Materia
prima
PROCESO
PREVIO
PROCESO
Capital
OPERACIÓN
POSTERIOR
Productos
Subproductos
Desechos
Control
Energía
Trabajo
Esto es una descripción general que siempre encontramos en
una fabrica.
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El proceso previo puede ser un lavado, un acondicionamiento,
etc.
Por ejemplo, si se quiere fabricar tomates grandes en latas:
Tomate
Inútiles
SELECCIÓN
DE TAMAÑO
Tamaño
grande o
pequeño
Tamaño
ideal
ENLATADO
Subproducto
El objetivo es obtener cantidad de
productos y subproductos y la mínima
cantidad de desechos con el mayor
aprovechamiento de la materia prima.
PURE
Desechos
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Dependiendo del cambio que se produzca es la nomenclatura
utilizada:
Operaciones
Físicos
unitarias
Cambios
Procesos
unitarios
Químicos
PROCESO GENERAL DE FABRICACIÓN
Descripción
Discontinuos
o Bach
Continuo
Diagrama
de flujo
Másico kg/s
Molar mol/s
Volumétrico m3/s
Flujo
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Principales Equipos Usados en la Química Industrial
Inorgánica:
Concentradores
25
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Separadores
26
Slide 27
Condensadores
27
Slide 28
Vaporizadores
28
Slide 29
Recipientes de reacción
29
Slide 30
Intercambiadores de calor
30
Slide 31
Tolvas
31
Slide 32
Diluidores
32
Slide 33
Depuradores
33
Slide 34
Válvulas
34
Slide 35
Columnas de absorción
35
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Hornos rotatorios
36
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Calentadores
37
Slide 38
Bombas y compresores
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Webgrafía
http://es.scribd.com/doc/5245299/LA-INDUSTRIA-QUIMICA
http://www.prtr-es.es/data/images/LVIC-AAF-FINAL.pdf
http://www.voestalpine.com/welding/es/spain/Industria-quimica/Quimicainorganica
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