Unidad 3 Procesos Químicos en la Industria PDF

UNIDAD 3 Procesos químicos en la industria Ing. Ruth P. Guamán  UNIDAD 3 3.1 Industria química básica. 3.2 Industria petroquímica. 3.3 Industria farmacéutica. 3.4 Industria de los alimentos 3.5 Industria de los fertilizantes. 3.6 Industria de los solventes. 3.7 Indus...

UNIDAD 3 Procesos químicos en la industria Ing. Ruth P. Guamán  UNIDAD 3 3.1 Industria química básica. 3.2 Industria petroquímica. 3.3 Industria farmacéutica. 3.4 Industria de los alimentos 3.5 Industria de los fertilizantes. 3.6 Industria de los solventes. 3.7 Industria de los pesticidas. 3.8 Industria de los plásticos. RESULTADO DE APRENDIZAJE Entiende y compara los distintos procesos químicos presentes en la industria. Universidad Politécnica Salesiana  3.1 Industria química básica. Universidad Politécnica Salesiana  La química industrial utiliza procesos químicos y físicos para transformar las materias primas en productos beneficiosos para la humanidad. Plástica Ingeniería Civil Reactivos Químicos Universidad Politécnica Salesiana  PROCESOS INDUSTRIALES QUÍMICOS Algunos ejemplos de estas operaciones unitarias son la molienda de las materias primas sólidas, el transporte de fluidos, la destilación de las mezclas de líquidos, la filtración, la sedimentación, la cristalización de los productos y la extracción de materiales de matrices complejas. Las Operaciones Unitarias estudian la transferencia y los cambios de energía, la transferencia y los cambios de materiales que se llevan a cabo por medios físicos, pero también por medios fisicoquímicos Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana Proceso de Obtención del Azúcar Universidad Politécnica Salesiana Proceso de Refinación del azúcar Universidad Politécnica Salesiana Proceso y esquema de refino Universidad Politécnica Salesiana  OBTENCIÓN DEL ÁCIDO SULFÚRICO La reacción principal para obtener ácido sulfúrico es la oxidación del anhídrido sulfuroso SO2, en presencia del agua; pero ésta oxidación, tan fácil en teoría, es muy difícil en la práctica, en la que se necesita la intervención de cuerpos oxidantes que cedan con facilidad su oxígeno al SO2 en presencia de la humedad y lo transformen en SO3, por el oxígeno del aire. Se exponen brevemente ambos procedimientos de obtención. https://www.youtube.com/watch?v=_9SDUs1AXIo Universidad Politécnica Salesiana Procedimiento de las cámaras de plomo: El método de oxidación del SO2 con óxidos de nitrógeno se llama método de las cámaras de plomo, por ser en éstas donde se realiza la oxidación del SO2. Universidad Politécnica Salesiana H2SO4 Método de Contacto Patentado en 1831 por un comerciante de vinagre británico, Peregrine Phillips, y permite obtener un ácido sulfúrico de mayor pureza y concentración. Utiliza una catálisis heterogénea, es decir, el catalizador empleado está en una fase de agregación distinta, (V2O5), se obtiene el H2SO4 al 98% en peso (es decir, 98 gramos de ácido sulfúrico por cada 100 gramos de disolución; los dos gramos restantes son agua). Universidad Politécnica Salesiana H2SO4 Método de Contacto Primera etapa: producción de dióxido de azufre, SO2 La producción del dióxido de azufre se lleva a cabo a partir de azufre puro sólido, hay muchas plantas de producción de sulfúrico que emplean otras fuentes para la producción inicial de SO2. Una fuente usada muy habitualmente es la pirita, mineral disulfuro de hierro, FeS2, que por tostación con exceso de aire produce óxido de hierro(III) y dióxido de azufre en una reacción redox. 4FeS2(s) + 11O2(g) ⇒ 2Fe2O3(s) + 8SO2(g) Universidad Politécnica Salesiana H2SO4 Método de Contacto Segunda Etapa: producción de trióxido de azufre, SO3, a partir de SO2 La producción de trióxido de azufre a partir de la reacción del dióxido de azufre con el oxígeno es una reacción exotérmica y reversible. 2SO2(g) + O2(g) V⇔ 2O5 2SO3(g) ΔH = -196kJ·mol-1 400 y 450ºC En plantas que se obtiene el SO2 por tostación de pirita, a menudo contienen arsénico. El arsénico no se puede eliminar en su totalidad de la corriente de gases producidos y envenena el platino en el convertidor. En cuanto a la presión, se mantiene a 1 o 2 atmósfera, pues si bien un aumento de la presión favorecería el desplazamiento de la reacción a la derecha (principio de Le Châtelier) supondría un sobrecoste no asumible del proceso industrial. De hecho, esto ocurre a menudo y es una limitación importante en la industria: las mejores condiciones para el proceso químico no tienen porqué ser (y generalmente nunca son) las mejores condiciones para el bolsillo de la industria, principalmente considerando los costes de la energía eléctrica. Universidad Politécnica Salesiana H2SO4 Método de Contacto Universidad Politécnica Salesiana H2SO4 Método de Contacto Tercera etapa: Conversión del SO3 en ácido sulfúrico La reacción SO3 + H2O ⇒ H2SO4 es incontrolable y crea una niebla de ácido sulfúrico y de trióxido de azufre que afecta negativamente al proceso. Por ello, lo que se hace primero es disolver el trióxido de azufre en ácido sulfúrico concentrado, lo que produce ácido disulfúrico H2SO4(l) + SO3(g) ⇒ H2S2O7(l) A este ácido también se le denomina ácido sulfúrico fumante, por su tendencia a emitir vapores. El H2S2O7(l) sí que puede reaccionar con agua de forma segura en una reacción favorable termodinámicamente, descomponiéndose para producir ácido sulfúrico concentrado del 97 al 99%. H2S2O7(l) + H2O(l) ⇒ 2H2SO4(l) Universidad Politécnica Salesiana Aplicaciones El ácido sulfúrico tiene la propiedad de combinarse con cantidades variables de su anhídrido y formar compuestos distintos que se caracterizan por la cantidad de SO3 que contienen en su molécula. El mas importante de todos estos compuestos es el S2O7H2, llamado ácido pirosulfúrico y vulgarmente oleum, muy empleado en la industria de los colorantes artificiales y en la de explosivos. Para obtener oleum de elevada concentración se destila oleum de 30 % en caldera de hierro y el SO3 que se desprende se recoge en oleum de 30% con lo cual se obtiene un producto mas rico en SO3. Una nueva destilación permite obtener un producto conteniendo hasta un 75% de SO3. Para rebajar el título de un oleum muy concentrado no debe jamás adicionarse agua a éste, sino diluirlo con ácido sulfúrico concentrado hasta el grado deseado. Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana  Proceso Industrial del ácido clorhídrico DEBER No1 https://www.youtube.com/watch?v=wcFndIVUEpc Observa el video y responde las siguientes preguntas 1. ¿Cuales son las propiedades del HCl? 2. ¿Cuales son los métodos de producción industrial del HCl?. Explica con tus propias palabras 3. ¿Cuales son los usos del HCl? 4. ¿Cual es su impacto ambiental? Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana https://www.youtube.com/watch?v=T7cBkI3N2-Q Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana https://www.youtube.com/watch?v=6AtAHyio5oM  3.2 Industria petroquímica. Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA El petróleo es una mezcla de hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos, de olor desagradable, color negro, pegajoso al tacto y se adhiere (mancha) a cualquier superficie. Comúnmente en la industria petrolera, el petróleo se le denomina crudo, por ejemplo crudo Barinas, crudo Boscán, crudo San Joaquín. La composición elemental (masa/masa), de un crudo promedio es como sigue; C: 83 –87%; H: 1,4 a 14%; impurezas: 0,5-5%. Las siguientes cifras apoyarán la importancia de esta gran industria: para el año 1.900 el consumo mundial fue de 15 millones de Tm; para 1970 alcanzó los 2.000 millones de Tm y actualmente está por la cifra de los 3.000 millones de Tm. Este consumo que crece de manera exponencial, hace temer el agotamiento de las reservas mundiales registradas (para 1.990, 90.000 millones de Tm), lo cual ha aumentado las operaciones de exploración por parte de las compañías dedicadas a estas tareas. Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA https://www.youtube.com/watch?v=tFJ064TLW4E Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA Una vez descubierto el yacimiento, se procede a determinar su extensión, la posición de las capas de agua salada y de gas, el espesor, la porosidad y permeabilidad de la roca madre. Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA Origen a) Origen inorgánico. Teoría que trata de explicar su formación a partir de compuestos catalogados como inorgánicos; por ejemplo, a altas temperaturas y presiones elevadas, el agua puede reaccionar con el CaCO3 y el CaSO4 para producir mezclas de hidrocarburos. No se ha comprobado experimentalmente. b) Origen orgánico. Los yacimientos petrolíferos se deben a la descomposición de grandes acumulaciones de restos vivientes, (principalmente peces y algas), localizados en las profundidades de los mares antiguos; Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA Después viene la perforación para pinchar la capa de roca impregnada de aceite, por lo general, éste fluye por la perforación, impulsado por la presión del yacimiento; pero cuando no es así, o cuando el pozo llega a perder presión con el tiempo, se fuerza la salida perforando sobre las capas de gas o de agua e inyectando una u otra para suplementar la presión. Otras veces, a través de un tubo concéntrico al de extracción, se inyecta gas a presión para hacer subir el aceite por el tubo centra. En todo caso, las bolsas de petróleo, no son oquedades del manto sedimentario rellenas de petróleo, sino estratos de rocas porosas impregnadas de petróleo, gas y agua salada de manera análoga a como un líquido se empapa en una esponja. Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA Constitución y Caracterización Del Petróleo Como promedio, la composición elemental es aproximadamente 85% de carbono, 12% de hidrógeno y un 3% de (azufre, oxígeno y nitrógeno) y varios elementos metálicos en trazas tales como níquel, vanadio y cromo. Se trata de hidrocarburos, desde metano, C1 hasta especies complejas tipo C40 y aún mayores que no pueden destilarse sin que experimenten alguna descomposición. Los compuestos oxigenados del petróleo están representados principalmente por fenoles y ácidos alifáticos; los nitrogenados se presentan como bases orgánicas tales como piridina y sus derivados y los azufrados son de gran significación, no solo por la cantidad, sino por la corrosividad, olor y otras propiedades desagradables causantes de problemas ambientales, se presentan bajo la forma de tiofenos, mercaptanos, sulfuros y disulfuros orgánicos. Los compuestos conocidos como afaltos son, en realidad, estructuras complejas de CHOS. Universidad Politécnica Salesiana EQUIPOS Universidad Politécnica Salesiana INDUSTRIA PETROQUÍMICA Las diferentes fracciones del crudo se separan mediante la técnica de destilación, obteniéndose en el siguiente orden: Este esquema general puede alterarse de acuerdo a las necesidades del mercado y de Partes ligeras (22%) acuerdo con la naturaleza del crudo, así: Gases (2%)