OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA, PETROQUIMICA Y FARMACEUTICA

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA, PETROQUIMICA Y FARMACEUTICA

PROFESOR

RICARDO ORTIZ

PROCESOS INDUSTRIALES

INTEGRANTES

LAURA BETANCOURT LOPEZ

ZINDY TATIANA MONTOYA

JULY SALAZAR SANCHEZ

CARLOS ANDRES CASTAÑO R.

CENTRO COLOMBIANO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

PROGRAMA DE TECNOLOGIA INDUSTRIAL

CALI - VALLE

2018

OPERACIONES UNITARIAS        3

Introducción        3

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS        4

Operaciones Unitarias de Transporte de Cantidad de Movimiento        4

Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia        4

Operaciones Unitarias de Transmisión de Calor        5

Operaciones Unitarias de transferencia simultánea de materia-calor        6

Operaciones Unitarias Complementarias        6

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA PETROQUIMICA        7

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA        9

BIBLIOGRAFIA        11

OPERACIONES UNITARIAS

Introducción

En los procesos productivos que se llevan a cabo en las industrias, sin importar su actividad económica se presentan varias transformaciones, estas pueden ser químicas o físicas; en estos procesos de transformación se llevan a cabo modificaciones de las características de los componentes o un desplazamiento de estos.

Las operaciones unitarias pueden ser utilizadas en diferentes procesos industriales, en los cuales no siempre se obtiene el mismo resultado. Estas operaciones servirán para describir las diferentes etapas que se presentan en un proceso industrial para obtener el producto final deseado.

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Para la elaboración de alimentos se debe tener en cuenta la constante disponibilidad de las materias primas, manteniendo los parámetros establecidos de calidad y cantidad requeridos        para garantizar la homogeneidad del producto terminado final.

A continuación, se relacionan las operaciones unitarias de mayor relevancia que se presentan en la industria alimentaria.

Operaciones Unitarias de Transporte de Cantidad de Movimiento

En esta categoría se Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de cualquier fluido de un punto a otro y se pueden clasificar en:

• Circulación Interna de Fluidos: En esta categoría se encuentran el transporte de fluidos que es realizado a través de tuberías, para realizar estas operaciones se debe tener en cuenta el comportamiento de los fluidos cuando se le aplican presiones externas (Cuando el volumen del fluido es independiente de su presión y temperatura se trata de un fluido incompresible; por el contrario, si su volumen varia, el fluido es comprensible)
• Circulación Externa de Fluidos: Aquí los fluidos son transportados por el exterior de un sólido, un lecho poroso fijo (se presentan en procesos de adsorción, filtración, donde las partículas solidas se depositan en el mecanismo de filtración, dejando que el fluido pasa hacia la siguiente etapa), Lecho Fluidizado y transporte neumático
• Movimiento de sólidos en el seno de fluidos: donde se realiza la separación de un sólido insoluble que se halla en inmerso en una suspensión de sólido y líquido, el cual pasa a través de una membrana que se encarga de separar los sólidos del líquido. En esta categoría se encuentran entre otras, las siguientes operaciones: Sedimentación, Filtración (Osmosis: paso de un fluido a través de una membrana semipermeable, Osmosis Inversa: sirve para eliminar los iones, moléculas y partículas más grandes del agua potable, en forma inversa) y Ultrafiltración (Filtración por membranas, la presión hidrostática fuerza un líquido contra una membrana semipermeable).

Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia

Aquí se encuentran las siguientes operaciones:

• Destilación: En este proceso se separan los componentes mediante evaporación que componen la mezcla que presentan una diferencia de volatilidad.

• Absorción: Es la separación de varios componentes de una mezcla gaseosa, pasando a un estado líquido.

• Desorción: Es una operación inversa a la absorción, donde se puede realizar pasando una corriente de aire u otro gas para invertir el equilibrio de adsorción, pasando una corriente por el lecho del adsorbente para mejorar las propiedades de este o elevando la temperatura.

• Extracción: Se basa en la disolución de una mezcla (liquida o solida) en un disolvente selectivo. Puede ser: Líquido-Líquido o Sólido-Líquido. Esta última también se la denomina, Lavado, Lixiviación, etc.

• Adsorción: Consiste en la separación de un componente de un fluido en una superficie solida llamada adsorbente.

• Intercambio Iónico: Sustitución de uno o varios iones de una disolución por otros del agente intercambiador.

• Difusión: Movimiento de un componente individual a través de una mezcla, llegando en algunos casos a moverse por una segunda mezcla que se encuentra en contacto con la primera. Para ello es necesaria la influencia de un estímulo físico, y se puede llegar a una separación total o parcial de este componente.

Operaciones Unitarias de Transmisión de Calor

En esta categoría se encuentran las operaciones en las que se transfiere calor, se encuentran divididas en:

• Conducción: Donde el calor se conduce en un sólido en una dirección o en doble sentido, teniendo en cuenta las propiedades de este y controlando las posibles pérdidas de calor con capas aislantes.
• Convección: Donde el flujo de calor que está presente en in solido es transmitido a una porción del fluido que hace contacto con el sólido y posteriormente el calor es transportado a todo el fluido clon el movimiento del mismo. Esta convección puede ser natural o forzada
• Radiación: Se realiza a través de la penetración de energía al producto mediante ondas electromagnéticas que tienen una frecuencia establecida. No se necesita un medio material para su transmisión.
• Cocción: En esta operación se transforma física y químicamente el aspecto, la textura, la composición y el valor nutricional de los alimentos por acción del calor con objeto de mejorar sus características organolépticas.

Operaciones Unitarias de transferencia simultánea de materia-calor

Dentro de esta clasificación se encuentran las siguientes operaciones:

• Humidificación: Su finalidad consiste en aumentar la humedad del ambiente mediante el incremento del vapor presente en una corriente Tienen tres finalidades: Humidificación
• Congelación: Es uno de los procesos as usados para la conservación de los alimentos, se basa en la solidificación del agua contenida en estos.
• Refrigeración: Se usa para bajar la temperatura de los alimentos sin llegar a temperaturas de congelación para retardar el proceso de maduración o reducir la actividad microbiana.
• Cristalización: Es un proceso donde se forman partículas solidas en una fase homogénea.
• Deshidratación: Se usa para reducir la actividad de agua en un alimento con el fin de prolongar la vida útil este.
• Liofilización: Donde se congela el producto para, posteriormente separar el líquido congelado que está presente en cámaras al vacío, con el fin de reducir las pérdidas de sabor y aroma que están presentes en dicho producto.
• Secado: Consiste en la eliminación de la humedad de un producto.
• Evaporación: Éste es un caso especial de transferencia de calor, que estudia la evaporación de un disolvente volátil (como el agua), de un soluto no volátil como la sal o cualquier otro tipo de material en solución.
• Esterilización: Es un método muy usado para destruir los microorganismos patógenos que están presentes en los alimentos, aplicando temperaturas que oscilan entre los 110 y 115 grados centígrados.
• Pasteurización: Es un tratamiento térmico que sirve para destruir los microorganismos patógenos, pero que no destruye sus esporas, y en donde se aplican temperaturas que oscilan entre los 75 y 85 grados centígrados

Operaciones Unitarias Complementarias

• Tamizado: Separación de fracciones de sólidos por tamaños, empleando mallas metálicas trenzadas.

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA PETROQUIMICA

• Exploración: Es la búsqueda de hidrocarburos en terrenos donde se presume que puede estar estos, analizando la composición del subsuelo.

• Extracción: Se realiza una perforación del lecho rocoso hasta donde esta ubicado el yacimiento para que el combustible pueda se extraído ya se con ayuda de la presión que ejercen los gases o el agua que esta en el terreno o inyectando estos para poder realizar la operación de extracción.

• Estabilización: Se realiza un proceso de separación del crudo de los otros componentes como son sólidos, gases y agua para poder transportar el crudo.

• Fraccionamiento: En esta operación se separa el crudo en gasolina, gasoil, Kerosen, entre otros.

• Craqueo: sirve para convertir las fracciones mas pesadas del crudo en componentes principales de la gasolina, ya sea rompiendo las moléculas o polimerizando los gases olefinicos hasta el tamaño molecular deseado. Se subdivide en:

• Craqueo Térmico: se realiza a través de calentamiento controlado.
• Craqueo Catalítico: Se usan catalizadores que aumentar la velocidad de reacción para obtener los componentes básicos de la gasolina.

• Refinación: En esta operación se elimina el azufre, pasando la mezcla a través de absorbentes o a través de la separación física de las materias asfálticas o aceites del crudo, se relacionan las operaciones que se presentan dentro del refinación:

• Destilación Atmosférica: Primera etapa de la destilación de crudos; consiste en la separación por destilación a presión ambiente de las diversas fracciones o constituyentes, apoyándose para tal fin en su diferencia de temperatura de ebullición (o volatilidad).
• Destilación al Vacío: Proceso de destilación de crudos a una presión de vacío, funciona como paso intermedio para extraer, del residuo atmosférico, el gasóleo usado como carga a las plantas de desintegración catalítica FCC, así como las fracciones para la elaboración de los aceites lubricantes.
• Hidrotratamiento: Proceso cuyo objetivo es estabilizar catalíticamente los petrolíferos, además de eliminar los componentes contaminantes que contienen, haciéndolos reaccionar con hidrógeno a temperaturas comprendidas entre 315 y 430 °C a presiones que varían de 7 a 210 kg/cm2 , en presencia de catalizadores diversos.
• Hidrodesulfuración: Proceso por medio del cual se elimina el azufre de los hidrocarburos tales como gasolina, turbosina, diésel, lubricantes y residuales. La hidrodesulfuración se lleva a cabo en un reactor bajo condiciones de presión y temperatura, la presencia de hidrógeno y de un catalizador que acelera la reacción para eliminar el azufre de los hidrocarburos que entran al reactor.
• Reformación: Proceso que mejora la calidad antidetonante de fracciones de la gasolina modificando la estructura molecular. Cuando se lleva a efecto mediante calor, se le conoce como reformación térmica y como reformación catalítica, cuando se le asiste mediante un catalizador.
• Isomerización: Proceso mediante el cual se altera el arreglo fundamental de los átomos de una molécula sin adherir o sustraer nada de la molécula original.
• Alquilación: Comprenden la combinación de una olefina con un hidrocarburo parafínico o aromático en presencia de un catalizador. En refinación el proceso involucra la unión de propileno o butilenos, principalmente de las plantas de desintegración catalítica, así como de hidrodesintegración, reductoras de viscosidad y coquizadoras; con isobutano en presencia de ácido fluorhídrico o sulfúrico como catalizador, para formar una isoparafina denominada alquilado ligero.

OPERACIONES UNITARIAS EN LA INDUSTRIA FARMACEUTICA

• Extracción: Separación de una mezcla de sustancias por disolución de cada componente, sirviéndose de uno o varios disolventes, donde siempre se obtienen por lo menos dos componentes: la solución extraída en su disolvente (extracto) y su residuo. Al embeber el medicamento con el líquido de extracción se disuelven primero las sustancias a los que el disolvente puede llegar sin obstáculos. Al triturar el medicamento se destruyen varias células donde el grado de finura creciente favorece la disolución. Las sustancias que están contenidas en la droga son lavadas y arrastradas de los fragmentos celulares por los disolventes mediante un proceso denominado lavado celular, simultáneamente transcurre el proceso de difusión celular. El tiempo necesario para el equilibrio de concentraciones es parcialmente dependiente del tipo de droga y el grado de trituración. La extracción termina cuando se produce un equilibrio de concentraciones. En la industria farmacéutica los 2 procedimientos de extracción básica son: Maceración y Percolación.
• Destilación: en la industria farmacéutica se trata de separar por medio del calor una sustancia volátil de otras más fijas, enfriando luego su vapor para reducirla nuevamente a líquido.
• Evaporación: En esta operación el líquido es convertido en vapor mediante variaciones de temperatura y/o presión.
• Alcoholaturos: Son formas farmacéuticas liquidas obtenidas por la acción disolvente del alcohol sobre materias primas vegetales frescos, cuyos principios activos pierden total o parcialmente por la desecación; se emplea alcohol de 80º-95º.
• Molienda: Es una operación unitaria que tiene como objetivo la reducción de tamaño de las partículas. Se usan materias primas sintéticas y derivados de fuentes animales.
• Mezcla: Es una operación unitaria que tiene por objeto conseguir que cualquier porción de una mezcla de materiales tenga idéntica composición que otra porción y que el total de la muestra.
• División de sólidos - Reducción de Tamaño de Partículas: Es una operación consistente en la reducción del tamaño de una partícula (droga, sustancia medicamentosa o excipiente). También se denomina pulverización
• Tamizado: Operación unitaria que tiene por objeto separar las distintas fracciones de una mezcla pulverulenta o granulado en función de su tamaño.
• Secado: Operación mediante la cual se elimina agua y otros solventes o sustancias volátiles de un cuerpo sólido. Todo proceso de secado requiere de un intercambio de calor.
• Liofilización: Se busca eliminar un disolvente de un producto que ha sido congelado.
• Fermentación: Es un proceso bioquímico en el que se utilizan microorganismos seleccionados y técnicas microbiológicas para obtener un producto químico. Los procesos de fermentación discontinua comprenden tres etapas básicas: preparación del inóculo y siembra, fermentación y recuperación o aislamiento del producto
• Filtración: sirve para separar las partículas solidas que se encuentran en un fluido por medio de presión o gravedad.
• Esterilización: Operación en la que se elimina los microorganismos presentes en el producto.
• Granulación: Se granulan sólidos secos y húmedos para modificar sus propiedades físicas.
• Molturación: Se muelen sólidos secos para modificar las características de sus partículas y producir polvos de flujo libre.
• Compresión: Se comprimen sólidos secos, o bien se golpean para compactarlos, cambiando las propiedades de sus partículas.

BIBLIOGRAFIA

• Albert Ibarz, Gustavo V. Barbosa-Cánovas, “Operaciones Unitarias en la ingeniería de Alimentos”, España, 2005
• J.G. Brennan, J.R. Butters, N.D. Cowell, A.E.V. Lilley, “Las operaciones de la ingeniería de los alimentos”, 3ra Edición, España, 1998
• Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott, “operaciones unitarias
• En ingenieria quimica”, 4ta Edición, España, 1991
• Christie J. Geankoplis, “Procesos de transporte y operaciones unitarias”, 3ra Edición, Mexico, 1998
• Secretaria de Energía, “Prospectiva de Petróleo Crudo y Petrolíferos 2015-2029”, Mexico, 2015
• http://farmaco-tecnia.blogspot.com/2007/07/capitulo-viii-operaciones-farmaceuticas.html

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