En la entrada anterior, se establecieron de forma descriptiva, algunas diferencias entra la Ingeniería Química y la Ciencia Química, debido a lo frecuente de la confusión. Para comprender mejor ese punto, se utilizó como ejemplo un caso práctico (reactor de hidrodesulfuración). Teniendo esa base previa, se debe definir ahora con mayor precisión: ¿qué es la ingeniería química?
En términos sencillos, el Instituto de la Ingenierìa Quìmica del Reino Unido (Institution of Chemical Engineering, IChemE) señala lo siguiente en una de sus websites:
"Chemical engineering is all about changing raw materials into useful products you use everyday in a safe and cost effective way". (La ingeniería química es todo lo relacionado a la transformación de materias primas en productos útiles de uso cotidiano, de forma económica y segura). [1]Por su parte, la Universidad de Almería (España), refiere en su portal web una definición más precisa acerca de la ingeniería química:
"Ingeniería Química es la rama de la Ingeniería que se dedica al estudio, síntesis, desarrollo, diseño, operación y optimización de todos aquellos procesos industriales que producen cambios físicos, químicos y/o bioquímicos en los materiales". [2]Finalmente, si se quiere un enfoque aùn màs específico, la Universidad de Cádiz (España) cita lo siguiente en su website:
"La Ingeniería Química es una disciplina que sistematiza los conceptos físicos, químicos y de otras áreas auxiliares para su aplicación al diseño, desarrollo y operación de procesos a escala industrial. La Ingeniería Química participa no sólo en la industria química que le es propia, sino en otros sectores industriales como la minería, la metalurgia, los materiales de construcción, la tecnología de los alimentos, el tratamiento de vertidos y residuos, la producción de energía, etc". (Callejo y col., 1999). [3]
Como se puede apreciar, las tres definiciones coinciden en la siguiente idea fundamental: procesos industriales donde una materia prima sufre cambios físicos y químicos. Conviene recordar aquí el principio de conservación de la materia, descubierto por el químico francès Antoine Lavoissier (1782): "la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma". La filosofía de la ingeniería química, se encuentra en ese principio.
Existe una amplísima variedad de procesos industriales químicos, cada uno con sus propias características y diversos grados de complejidad. De hecho, un mismo producto puede obtenerse a partir de diferentes procesos. Sin embargo, la mayoría de los procesos cumplen a rasgos generales, con el siguiente esquema que se muestra continuación:
Los bloques indican etapas de proceso, mientras que las flechas señalan las corrientes (flujos) de materia. La alimentación fresca, se refiera a la materia prima, tal como es recibida por la planta industrial. Luego se mezcla con una corriente de recirculación (esto se explicará más adelante), formando así la alimentación bruta con una nueva composición. El nuevo material se somete entonces a la etapa de tratamiento, en la cual ocurren varios cambios fìsicos. Esto sirve como acondicionamiento previo a la etapa de reacción, (transformación química).
¿Qué sucede luego de la reacción química? Generalmente, se obtiene una mezcla de reactivos (materia prima) y productos, debido a que los procesos no son perfectos y no se logra la conversión total de los reactivos. Además, suelen presentarse dos escenarios:
a) De los productos obtenidos, sólo uno o dos son los deseados (por su valor comercial y utilidad), mientras que los demás no (bien por su escaso valor comercial y utilidad, o bien porque son contaminantes).
Ejemplo: en el proceso de síntesis de úrea (NH2CONH2), ingresan diòxido de carbono (CO2) y amoníaco (NH3) como reactivos; se forma entonces carbamato de amonio (NH2COONH4) como producto intermediario, que se descompone en úrea y agua. La reacción no ocurre en forma completa, por lo cual queda un remanente de CO2 y NH3. En ese proceso, sólo interesa la úrea como producto (precursor para fertilizantes), mientras que el agua no tiene valor económico, y el carbamato es contaminante y tóxico.
CO2 + 2 NH3 ----> NH2COONH4
NH2COONH4 ----> NH2CONH2 + H2O
b) Se obtienen diversos productos, todos con potencial valor económico pero sólo si cada uno de ellos tiene un alto grado de pureza.
Ejemplo: El gas natural contiene metano, etano, propano, butanos y otros hidrocarburos; todos sirven como combustibles. Ademàs, el metano se utiliza como gas vehicular, y gas de sintesis para la industria petroquìmica; el etano y el propano son claves para la producción de polietilenos y polipropilenos, respectivamente; mientras que los butanos sirven como propelentes y gas doméstico.
En ambos escenarios, el problema se resuelve en la etapa de separación. Aplicando procesos fìsicos denominados operaciones unitarias, se logra recuperar el producto final deseado con una alta pureza. El resto del material se separa y se deriva en dos corrientes: una de recirculaciòn, que se mezcla con la alimentación fresca para aprovechar la materia prima que no reaccionó (pero que igual la empresa compró, cabe destacar); y otra de purga, para retirar del sistema los compuestos no deseados.
La etapa de separación es muy importante, ya que permite mejorar la eficiencia global del proceso, aún cuando la eficiencia del reactor no es la mejor. Inclusive, existen algunos procesos que NO tienen reacciones químicas, y se encuentran dentro de la ingeniería química (por irónico que suene). Un ejemplo es el proceso de producción de azúcar a partir de la caña. En este proceso, no ocurre una reacción, pero sí una gran cantidad de operaciones unitarias: molienda, cristalización, evaporación y filtración.
En una próxima publicación, se abordará el tema de las operaciones unitarias.
Referencias
Disponible en: http://www.icheme.org/
No hay comentarios:
Publicar un comentario