9788490773970

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NUEVA INTRODUCCIÓN 
A LA INGENIERÍA QUÍMICA
VOLUMEN II
OPERACIONES DE SEPARACIÓN,
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
Y ESTUDIO DE PROCESOS QUÍMICOS
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NUEVA INTRODUCCIÓN 
A LA INGENIERÍA QUÍMICA
VOLUMEN II
OPERACIONES DE SEPARACIÓN,
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
Y ESTUDIO DE PROCESOS QUÍMICOS
Guillermo Calleja Pardo (Editor)
Francisco García Herruzo
José Iglesias Morán
Antonio de Lucas Martínez
José Miguel Rodríguez Maroto
© Guillermo Calleja Pardo (Editor), Francisco García Herruzo, José Iglesias Morán,
Antonio de Lucas Martínez, José Miguel Rodríguez Maroto
© EDITORIAL SÍNTESIS, S. A.
Vallehermoso, 34 - 28015 Madrid
Teléf.: 91 593 20 98
http://www.sintesis.com
ISBN: 978-84-9077-397-0
ISBN Obra Completa: 978-84-9077-398-7
Depósito Legal: M-33.675-2016
Impreso en España - Printed in Spain
Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones 
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por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, 
sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o 
por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito 
de Editorial Síntesis, S. A.
RELACIÓN DE AUTORES.................................................................................................................... 9
NOMENCLATURA ................................................................................................................................ 11
PRÓLOGO .............................................................................................................................................. 19
1. INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE MATERIA ........................................................ 21
Resumen ........................................................................................................................................... 21
Glosario ............................................................................................................................................ 22
1.1. Generalidades ......................................................................................................................... 23
1.2. Transporte molecular de materia: difusión ............................................................................. 24
1.2.1. Difusión ordinaria simple en mezclas binarias .......................................................... 28
1.2.2. Difusión en materiales porosos .................................................................................. 41
1.3. Transporte turbulento: coeficientes de transferencia de materia ............................................ 44
1.4. Transferencia de materia entre fases. Coeficientes globales .................................................. 49
1.5. Determinación experimental de los coeficientes de transferencia de materia ........................ 54
Problemas propuestos ....................................................................................................................... 55
2. OPERACIONES BáSICAS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA ............................................ 59
Resumen ........................................................................................................................................... 59
Glosario ............................................................................................................................................ 60
2.1. Introducción ............................................................................................................................ 61
2.2. Operaciones básicas de transferencia de materia .................................................................... 62
2.2.1. Operaciones gas-líquido y líquido-vapor ................................................................... 62
2.2.2. Operaciones líquido-líquido. Extracción .................................................................... 68
2.2.3. Operaciones líquido-sólido ........................................................................................ 71
2.2.4. Operaciones de separación por membranas ............................................................... 78
2.3. Ecuaciones básicas de diseño para contacto discontinuo ....................................................... 85
2.4. Destilación y rectificación de mezclas binarias ...................................................................... 87
2.4.1. Destilación diferencial abierta .................................................................................... 89
2.4.2. Destilación súbita (flash) ............................................................................................ 92
2.4.3. Rectificación continua ................................................................................................ 95
2.4.4. Rectificación discontinua .......................................................................................... 112
2.5. Ecuaciones básicas de diseño para contacto continuo ............................................................ 121
2.6. Absorción en columnas de relleno .......................................................................................... 123
ÍNDICE
2.6.1. Absorción-desabsorción de mezclas diluidas ............................................................. 125
Problemas propuestos ....................................................................................................................... 138
3. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA ...................................... 143
Resumen ........................................................................................................................................... 143
Glosario ............................................................................................................................................ 144
3.1. Generalidades ......................................................................................................................... 145
3.2. Clasificación de las reacciones químicas ................................................................................ 146
3.3. Velocidad de reacción y ecuación cinética ............................................................................. 148
3.4. Tipos de reacciones según su estequiometría ......................................................................... 152
3.5. Análisis de las ecuaciones de velocidad ................................................................................. 153
3.5.1 Reacciones homogéneas .............................................................................................. 157
3.5.2 Reacciones heterogéneas. Etapas físicas y químicas ................................................... 164
3.6. Reacciones catalíticas ............................................................................................................. 168
3.6.1. Catálisis heterogénea .................................................................................................. 174
3.7. Mecanismo de la catálisis. Adsorción ..................................................................................... 175
3.8. Catalizadores sólidos .............................................................................................................. 179
3.8.1. Composición y características .................................................................................... 179
3.8.2. Desactivación ............................................................................................................. 181
3.8.3. Clasificación de los catalizadores ..............................................................................182
3.8.4. Propiedades fisicoquímicas de los catalizadores ........................................................ 184
3.8.5. Preparación de los catalizadores ................................................................................ 188
Problemas propuestos ....................................................................................................................... 190
4. REACTORES QUÍMICOS ............................................................................................................ 195
Resumen ........................................................................................................................................... 195
Glosario ............................................................................................................................................ 196
4.1. Introducción ............................................................................................................................ 197
4.2. Diseño de reactores ideales ..................................................................................................... 201
4.3. Reactores homogéneos ideales ............................................................................................... 203
4.3.1. Reactor discontinuo .................................................................................................... 203
4.3.2. Reactor de flujo de mezcla completa ......................................................................... 211
4.3.3. Reactor tubular .......................................................................................................... 215
4.3.4. Reactor tubular con recirculación .............................................................................. 221
4.3.5. Balance de energía en reactores de flujo .................................................................... 224
4.4. Estudio comparativo de reactores............................................................................................ 228
4.5. Reactores heterogéneos ........................................................................................................... 236
4.5.1. Reactor por cargas ...................................................................................................... 239
4.5.2. Reactor de lecho fijo .................................................................................................. 240
4.5.3. Reactor de lecho fluidizado ........................................................................................ 243
4.5.4. Otros tipos de reactores heterogéneos ........................................................................ 246
Problemas propuestos ....................................................................................................................... 249
5. ENERGÍA E INDUSTRIA QUÍMICA ............................................................................................ 253
Resumen ........................................................................................................................................... 253
Glosario ............................................................................................................................................ 254
6 Nueva introducción a la Ingeniería Química. Volumen II
5.1. Introducción ............................................................................................................................ 255
5.2. Recursos energéticos fósiles ................................................................................................... 261
5.2.1. Carbón ........................................................................................................................ 262
5.2.2. Petróleo ....................................................................................................................... 265
5.2.3. Gas natural .................................................................................................................. 271
5.3. Recursos energéticos con bajas emisiones de CO2 ................................................................. 274
5.3.1. Energía solar ............................................................................................................... 275
5.3.2. Energía eólica ............................................................................................................. 280
5.3.3. Energía de la biomasa ................................................................................................. 283
5.3.4. Energía geotérmica ..................................................................................................... 290
5.4. Energía nuclear ....................................................................................................................... 292
5.5. El hidrógeno: portador energético .......................................................................................... 298
5.6. Gestión y eficiencia energética en la industria ....................................................................... 304
5.7. Perspectivas futuras en el uso de la energía ............................................................................ 308
6. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA AMBIENTAL .................................................................. 313
Resumen ........................................................................................................................................... 313
Glosario ............................................................................................................................................ 314
6.1. Generalidades ......................................................................................................................... 316
6.2. La contaminación ambiental: origen y efectos ....................................................................... 317
6.2.1. Contaminación atmosférica ........................................................................................ 318
6.2.2. Contaminación de las aguas ....................................................................................... 330
6.2.3. Contaminación de los suelos ...................................................................................... 332
6.2.4. Residuos sólidos ......................................................................................................... 335
6.3. Tecnologías de depuración ..................................................................................................... 340
6.3.1. Depuración de efluentes gaseosos .............................................................................. 340
6.3.2. Depuración de efluentes líquidos ................................................................................ 344
6.3.3. Tratamiento de residuos sólidos .................................................................................. 352
6.3.4. Técnicas de descontaminación de suelos .................................................................... 359
6.4. Prevención de la contaminación. Criterios ambientales en el diseño de procesos y productos ... 366
6.4.1. Desarrollo sostenible y ecología industrial ................................................................ 368
6.4.2. Ecoeficiencia ............................................................................................................... 373
7. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE PROCESOS .............................................................. 379
Resumen ........................................................................................................................................... 379
Glosario ............................................................................................................................................ 380
7.1. Introducción.............................................................................................................................380
7.2. Ingeniería de procesos ............................................................................................................ 383
7.2.1. Síntesis de procesos ................................................................................................... 385
7.2.2. Análisis de procesos .................................................................................................. 389
7.3. Control de procesos ................................................................................................................ 401
8. ECONOMÍA EN LOS PROCESOS QUÍMICOS ........................................................................... 409
Resumen ........................................................................................................................................... 409
Glosario ............................................................................................................................................ 410
8.1. Generalidades ......................................................................................................................... 412
Índice 7
8.1.1. Pronóstico económico de los procesos químicos ....................................................... 415
8.1.2. Evaluación económica de proyectos químicos ........................................................... 417
8.2. Empresa y rentabilidad ........................................................................................................... 419
8.2.1. Rentabilidad porcentual del capital ............................................................................ 420
8.2.2. Plazo de recuperación ................................................................................................ 421
8.2.3. Valor actual neto (VAN) ............................................................................................. 421
8.2.4. Tasa interna de rentabilidad (TIR) .............................................................................. 423
8.3. El capital: definición, estimación y financiación .................................................................... 426
8.3.1. Estimación del capital inmovilizado PI ...................................................................... 427
8.3.2. Estimación del capital circulante ................................................................................ 436
8.3.3. Estimación del capital previo ..................................................................................... 437
8.3.4. Financiación del capital .............................................................................................. 437
8.4. Los costes y su distribución .................................................................................................... 443
8.4.1. Estructura de los costes comerciales o de producción y de gestión ........................... 444
8.4.2. Estimación de los costes ............................................................................................. 445
8.4.3. El coste de amortización ............................................................................................ 446
8.4.4. Distribución de los costes generales de fabricación y de gestión .............................. 447
8.4.5. Relación entre costes y producción............................................................................. 449
8.5. El precio y las ventas de los productos ................................................................................... 453
8.5.1. Determinación del precio ........................................................................................... 453
8.6. Optimización económica de operaciones y procesos ............................................................. 460
8.6.1. Optimización económica de operaciones básicas ...................................................... 461
8.6.2. Optimización económica de procesos ........................................................................ 464
Cuestiones ........................................................................................................................................ 465
Problemas propuestos ....................................................................................................................... 465
9. PROCESOS DE LA INDUSTRIA QUÍMICA ................................................................................ 469
Resumen ........................................................................................................................................... 469
Glosario ............................................................................................................................................ 470
9.1. Aprovechamiento químico industrial de las materias primas ......................................... 471
9.2. La industria química inorgánica: la fabricación de amoniaco y derivados .................... 473
9.2.1. Fabricación de amoniaco ......................................................................................... 474
9.2.2. Fabricación del ácido nítrico ................................................................................... 482
9.2.3. Fabricación de urea .................................................................................................. 484
9.2.4. Fabricación de fertilizantes químicos .................................................................... 485
9.3. La industria química orgánica: el refino del petróleo y la industria petroquímica ....... 488
9.3.1. El refino del petróleo .............................................................................................. 489
9.3.2. La industria petroquímica ....................................................................................... 500
9.4. La industria del hidrógeno .................................................................................................. 506
9.4.1. Producción de hidrógeno ........................................................................................ 506
9.4.2. Almacenamiento de hidrógeno .............................................................................. 507
9.4.3. Pilas de combustible ................................................................................................ 509
SOLUCIONARIO ............................................................................................................................... 513
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 519
ANEXO ................................................................................................................................................ 525
8 Nueva introducción a la Ingeniería Química. Volumen II
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