Operacions en la Indústria Química: Guia Completa

Operacions Bàsiques a la Indústria Química

Preparació de les Substàncies Reactives

Per obtenir una velocitat de reacció ràpida, cal que les substàncies estiguin molt juntes. Per això, cal preparar-les abans:

• Desintegració de substàncies sòlides: Cal aconseguir que les substàncies tinguin una superfície de contacte molt gran.
  • Trossejament: per obtenir trossos d'uns 3 cm.
  • Trituració: per obtenir gruixos de 3 a 9 mm. Màquines de rodets, vis sense fi...
  • Mòlta: per moldre les gravetes fins a formar farina d'una mida de 100 µm. Molí de boles, molí pendular...
• En el cas dels líquids, l'augment de la seva superfície s'aconsegueix polvoritzant el líquid amb discs o difusors.
• La mescla

Quan intervenen diferents substàncies que han de reaccionar, hem de fer que estiguin repartides homogèniament per tenir la mateixa reacció. S'utilitza l'agregació, que consisteix a unir íntimament i de manera homogènia les substàncies.

Quan es tracta d'agregar un gas amb un líquid, s'anomena absorció. Consisteix en la penetració d'una substància en una altra a escala molecular formant una solució. Quan es tracta d'un gas amb un sòlid, es procedeix a la divisió molecular per mitjà d'una sublimació gasosa. Entre líquids es fan servir aparells amb dispositius remenadors. Entre líquid i sòlid es poden fer dissolucions a partir d'un remenador mecànic. Entre sòlids es fan servir tambors mescladors o molins de boles.

Separació de les Substàncies

Els sistemes més importants per separar substàncies són els tèrmics i els mecànics, tot i que també hi ha els elèctrics:

Sistemes Tèrmics

Les substàncies es poden separar de diferents maneres:

• En líquids podem fer servir la vaporització, que és la separació de mescles líquides escalfant els seus components, sempre que tinguin punts d'ebullició diferents.
• La destil·lació és la vaporització d'una mescla de líquids amb condensació dels vapors que surten de la vaporització. S'usa un vaporitzador, un condensador que també refrigera i el recol·lector del destil·lat.
• Quan s'han de separar mescles líquides amb punts de fusió pròxims, s'utilitza la rectificació, que consisteix a repetir moltes vegades el procés de destil·lació.
• Per separar substàncies sòlides molt solubles en un líquid calent, però al mateix temps una és molt soluble en un líquid fred, utilitzem la cristal·lització. Consisteix a refredar la solució i que la substància menys soluble es precipiti en forma cristal·lina i la podem separar de l'altra.
• L'absorció és la captació d'un gas per mitjà d'un líquid. Es dona quan un gas és molt soluble en un líquid. Llavors fem circular el líquid absorbent de dalt a baix i el gas que s'ha d'absorbir de baix a dalt dins d'unes columnes.
• L'adsorció és la captació de gasos o impureses dissoltes en un líquid per mitjà d'un sòlid.

Sistemes Mecànics

Quan apareixen barreges de líquids i matèria sòlida en suspensió, s'utilitzen els següents mètodes:

• La decantació és la separació per gravetat. S'utilitza per a grans quantitats de material en suspensió. El decantador és un dipòsit que es va omplint del líquid que s'ha de decantar. Aquest cap pel sobreeixidor i deixa en el fons part de les partícules sòlides.
• La filtració és la separació de sòlids i líquids amb l'ajut d'un filtre que reté la substància sòlida. S'aplica quan la suspensió és molt fina.
• La centrifugació és la separació de sòlids i líquids o líquids. Les mescles es posen dins d'un tambor que gira. Les partícules sòlides es dipositen a la paret del tambor, que són permeables, mentre que el líquid passa a través seu.

La Reacció de Substàncies

Quan per obtenir un producte cal variar l'estructura molecular o trencar els enllaços atòmics i crear-ne de nous, cal fer reaccions químiques. Les fermentacions són fetes per microorganismes com ara llevats, bacteris o fongs. Aquestes reaccions es duen a terme en reactors.

Reactors que Funcionen per Càrregues

En aquests reactors es barregen les substàncies des del començament durant el temps necessari perquè es produeixi la reacció. S'obtindran productes nous, matèries primeres que no s'han transformat, dissolvent, catalitzador i alguns subproductes.

Té avantatges com obtenir productes en quantitats petites i totalment diferents. El desavantatge és que quan carrega i descarrega no produeix, per tant, cal un control humà més acurat.

Els reactors que es fan servir són l'autoclau, la caldera, el gresol, etc.

Reactors que Funcionen en Procés Continu

Els reactius s'introdueixen contínuament en el reactor juntament amb altres components. El producte final, les matèries no transformades, etc. també surten contínuament. Té l'avantatge que permet un alt grau d'automatització, amb estalvi d'energia i la manca d'escapament de gasos. Però té un cost econòmic elevat a causa dels aparells de control. Els reactors més rendibles són els tubulars i les calderes contínues amb remenador.

Reactors que Funcionen en Procés Semicontinu

Són els reactors alimentats per càrregues i que donen un producte continuadament.

Envasament de Productes

L'envasament ha de garantir el transport, l'emmagatzematge i la conservació. L'envàs dependrà de l'estat físic i de la perillositat del producte. S'utilitzen sacs, envasos metàl·lics i plàstics o vidre. La majoria d'indústries tenen plantes d'envasament continu, on els envasos circulen per cintes transportadores i són omplerts i etiquetats contínuament.