Procesos con reacción química

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CIUDAD JUÁREZ

[pic 1]

Procesos Unitarios

Unidad 3: Procesos con reacción química

Resultado de aprendizaje

Alumna: Dayana Joselyn González Vargas

Matricula: 21320354

Docente: Maricruz Rocha Rubio

Grupo: INTM21

RESULTADO DE APRENDIZAJE

DAYANA JOSELYN GONZÁLEZ VARGAS

2 avr. 2022

Objetivo

El alumno mediante un reporte, realiza un análisis de un artículo científico, en el cual especifica la descripción del proceso ilustrado en un diagrama de flujo, así como también identifica y describe las operaciones unitarias y procesos unitarios, las condiciones de operación y el balance de materia.

Introducción

El presente trabajo se basa en un artículo científico de la Universidad Autónoma de Baja California (TiO2 obtenido por el proceso sol gel asistido con microondas), en la cual emplean el método sol gel asistido con microondas y el proceso empleado reporta un tiempo de síntesis de 3.5 min y tiempo de envejecido de 24 horas.

Para esté reporte, se identificarán todas las operaciones y proceso unitarios, así como detalladamente se hará un balance de materia hipotéticamente para obtener el TiO2.

Marco teórico

Balance de materia de un proceso industrial es una contabilidad exacta de todos los materiales que entran, salen, se acumulan o se agotan en un intervalo de operación dado. (Ingeniería química, 2012)

Las etapas en donde se producen cambios netamente físicos se denominan operaciones unitarias y las etapas donde se produce una reacción química se llaman procesos unitarios. (Rocha Rubio, 2021)

La parte más importante de cualquier planta química es el reactor, donde ocurre el cambio químico de reactivos a productos, esto es conocido como la zona de reacción. (Rocha Rubio, 2021)

Antes de que los reactivos lleguen al reactor pueden pasar por diferentes equipos los cuales conforman la zona de preparación de carga. El objetivo de estos aparatos es colocar estos compuestos en las condiciones apropiadas de presión, temperatura, fase, etc., necesarias en el reactor. (Rocha Rubio, 2021)

Después de que los productos abandonan esta unidad deben ser procesados en la zona de purificación, modificando así su temperatura, presión, pureza, etc., para poder salir al mercado. (Rocha Rubio, 2021)

Descripción del proceso.

Diagrama 1.1 Diagrama de flujo del proceso[pic 2]

Materiales y equipo.

• Isopropóxido de Titanio (Aldrich Chemistry al 97%).
• Isopropanol (CTIR UPS al 99.986%).
• Agua desionizada.
• Vaso de precipitado PYREX de 80 ml.
• 3 vasos de precipitado PYREX de 10 ml.
• Cristalizador PYREX
• Platina de calentamiento.
• Agitador magnético.
• Microondas Whirpool.
• Matraz Kitasato PYREX de 500 ml.
• Embudo Büchner.
• Papel filtro No. 6 Whatman.
• Termómetro.

Metodología

El proceso de la obtención de nanopartículas de dióxido de titanio (NPs TiO2), se llevó a cabo a partir del método sol gel, el cual consiste en utilizar un precursor(isopropóxido de titanio), en el cual mencionan que se utilizó en tres diferentes concentraciones. De igual forma se utilizó el isopropanol como reactor en un vaso de precipitados con agitador magnético. (Mota González, 2018)

En las concentraciones por separado se les agregó un sistema de solventes compuesto de 1 ml de isopropanol y 0.52 ml de agua desionizada.

La sinless se lleva a cabo en un baño de calentamiento con aceite común a 80*C, alternando los tiempos de 1 minuto en cada adición y agitación constante a 800 rap en todo el proceso, con un total de 3.5 minutos el tiempo de reacción.

Enseguida de la agitación, se retiró del baño de aceite y se cubrió con parafilm. Se forma un precipitado el cual se dejará reposar 24 horas y la fase líquida se separa y posteriormente se retira pasado el tiempo de reposo. Cuando se logra esto se cubre con papel secante. (Mota González, 2018)

El secado se hizo mediante un microondas durante 6 minutos(20 seg realizando intervalos de 4 s de exposición y 40 s de reposo, alternadamente).

Se lavó el solito en 40 ml de agua desgonzada a 37°C y con ayuda de un matraz Kitasato con embudo Büchner y papel filtro se filtra a vacío.

En suma los polvos de TiO2 se secaron en una platina de calentamiento a 37°C durante 5 minutos. (Mota González, 2018)

Identificación y descripción de las operaciones unitarias y procesos unitarios y condiciones de operación.

Diagrama 1.2 Identificación de procesos unitarios y operaciones, así como también variables.(datos sacados de(Mota González, 2018))[pic 3]

Identificando la primera zona de carga, tenemos la agitación del isopropóxido de titanio en tres diferentes concentraciones con 40 ml de isopropanol respectivamente. Enseguida tenemos un un proceso unitario debido a que se incorporan los solventes a la solución anterior.

En la zona de reacción tenemos primeramente un proceso unitario, calentando a baño maría la soluci (Mota González, 2018)ón con aceite común a 80*C, con una agitación constante de 800 revoluciones por minuto por 3.5 minutos seguidos, se sella la solución con parafilm y se deja reposar durante 24 horas para obtener dos fases una líquida y una sólida. Después de esperar el tiempo, se retira la fase líquida y se deje el precipitado de ahí se pone en papel secante y se deja secar en el microondas durante seis minutos entre intervalos definidos.

Al terminar este proceso, se lava el sólido en 40 ml de agua de ionizada a 37 °C seguido se filtra al vacío, después se ponen una platina para secar los polvos de dióxido de titanio a 37° durante cinco minutos, para finalmente obtener nanopartículas de dióxido de titanio con tamaños menores de 500 nanómetros.

Diagrama 1.3 Identificación de zonas en el proceso (datos sacados de(Mota González, 2018))[pic 4]

Diagrama 1.4 Delimitación de operaciones unitarias en zona de carga y zona de purificación en la obtención de NPs de TiO2 por el método sol-gel. (datos sacados de(Mota González, 2018)) [pic 5]

...