FUNDAMENTOS DE PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES Procesos Químicos Industriales

Procesos químicos: Materia prima  Productos Deben ser útiles, y generar un beneficio. El mejor cliente es la industria misma. Los productos de una pueden ser la materia prima de otros. La I.Q. nace como disciplina en 1910 en el MIT, como necesidad de crear un enfoque adecuado para el diseño de plantas químicas (operaciones unitarias y “procesos unitarios” sugeridos inicialmente por Groggins en 1930).

DESARROLLO SOSTENIBLE Y SOSTENIBILIDAD

DESARROLLO SOSTENIBLE COMPONENTE SOCIO-CULTURAL COMPONENTE ECONÓMICO COMPONENTE AMBIENTAL Fuente: Mariana Loayza Bienestar socio – cultural - económico (y equidad) Materias primas para la producción industrial y sumidero de residuos y desechos industriales Calidad de vida y derechos humanos

¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL? Chuquicamata, Chile

¿QUÉ ES UN PROCESO INDUSTRIAL? 1. Conjunto de etapas requeridas para que las materias primas e insumos se transformen en productos, subproductos y residuos. 2. Las etapas de un proceso industrial son actividades unitarias, donde se dan cambios físicos, trasformaciones químicas o ambos, de acuerdo a determinadas condiciones de operación: presión, temperatura y otras. 3. Existe un rendimiento, una conversión y una selectividad, dependiendo de la actividad unitaria. 4. Cada actividad unitaria requiere un equipo principal y equipos complementarios. 5. El proceso industrial es conceptual y se operativiza en una instalación industrial (planta).

FUNDAMENTOS PARA EL DISEÑO DE UN PROCESO SOSTENIBLE (PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE)

PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA QUÍMICA INGENIERÍA VERDE QUÍMICA VERDE DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA CUNA BIOMIMETISMO ECOLOGÍA INDUSTRIAL FUNDAMENTOS

BIOMIMETISMO (Janine Benyus, 1997) El biomimetismo se inspira en la naturaleza para poder tomar ideas y resolver problemas. En la hoja de una planta, minúsculos reactores realizan la función fotosintética y la falla de uno o varios de estos reactores, no induce en ningún caso a la falla global del proceso. Por ello, se está buscando la intensificación de los procesos utilizando microrreactores.

DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA CUNA (Mc Donough y Braungard, 2002) Reconcepción de los sistemas y de sus problemas. La reconcepción es más beneficiosa que la reingeniería y esta a su vez de la simple optimización BENEFICIOS INVERSIÓN Reconcepción del problema Reingeniería del sistema Optimización del sistema actual

ECOLOGÍA INDUSTRIAL En la naturaleza los “residuos” no existen como tales, ya que los desechos de unos individuos son los alimentos (y fuente de energía) de otros (cadenas tróficas). Los procesos industriales deben encadenarse productivamente. Se deben utilizar energías renovables, siempre que sea posible.

PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA PARA EL DISEÑO DE PROCESOS Y PLANTAS INDUSTRIALES Selección de etapas para transformar las materias primas e insumos en productos y subproductos, mediante el consumo racional de energía. Selección de equipos para favorecer la transferencia de masa y energía. Diseño de equipos para efectuar reacciones químicas con elevados rendimientos. Minimización de costos asociados a la producción, sin descuidar los costos ambientales (control de contaminantes, tratamiento de residuos y manejo de desechos).

LA QUÍMICA VERDE Y LA SÍNTESIS IDEAL Utiliza materiales fácilmente disponibles Reacción simple Operación segura Rendimiento del 100% Minimiza la cantidad de solventes Un sólo paso Cero residuos Ambiental- mente saludable SÍNTESIS IDEAL

Etapas del proceso industrial Preparación de materias primas Alimentación al proceso Transformación SEPARACIÓN Productos finales Subproductos Recepción de materias primas Almacenamiento Desechos Otro proceso

Transformaciones Físicas Cambio de estado: Evaporación, condensación, licuefacción, sublimación, congelación, fusión. Reducción de tamaño: Trituración o molienda. Cambio de propiedades: Expansión, Compresión, calentamiento o enfriamiento.

Transformaciones Químicas Alcohólisis, aminación Calcinación, combustión Deshidratación, deshidrogenación Esterificación, fermentación, halogenación, hidrogenación Hidrólisis, intercambio iónico, neutralización, nitración Oxidación, pirólisis, polimerización Sulfonación y sulfatación, etc…

Parámetros químicos básicos Conversión: Que tanta materia prima reacciona y se transforma. Rendimiento: Que fracción de la materia prima transformada lo hace al producto final de interés

CINETICA

Medición más fácil. Instrumentación más barata. Pequeñas cantidades. Control de variables es más díficil. Menos uniforme en la calidad. Cantidades más grandes Equipos más pequeños Instrumentación más costosa. Más estables. Calidad mucho más uniforme Procesos por lotes vs. Procesos continuos

Diagramas de flujo Tanque Válvula Válvula de control Reactor Bomba Columna de platos Columna empacada Intercambiador de tubos y coraza Filtro

Almacenamiento Fluidos: Tanques (Cilíndricos de fondo plano, hemiesférico y cónico, esféricos) Sólidos: Apilamiento, Silos, Bodegas Objetivo: Preservar las propiedades de los productos por un largo tiempo.

Almacenamiento Tanques Cilíndricos de fondo plano: Líquidos sin sólidos en suspensión. Tanque Cilíndricos de fondo cónico: Suspensiones con sólidos (decantadores) Tanques cilíndricos de fondo hemiesférico o tanques esféricos: Gases a media y alta presión.

Manejo de residuos Producción más limpia: Reciclaje de los subproductos al proceso Almacenamiento en zonas seguras y aisladas Tratamiento antes del vertimiento a fuentes superficiales de agua o suelo. Evitar lixiviación o volatilización de los desechos. Buscar una utilidad práctica que pueda ser redituable.

Resumen Definir el beneficio del producto final del proceso. Establecer las etapas de proceso de fabricación del producto. Esquematizar el proceso con un diagrama de flujo sencillo que describa todas las etapas. Elegir adecuadamente la forma de almacenamiento del producto final y de la disposición de los subproductos o residuos del mismo.

CONCLUSIONES 1.Los nuevos procesos industriales deben diseñarse tomando en cuenta los principios de la ingeniería química, la química verde, la ingeniería verde, el diseño integrado de la cuna a la cuna, el biomimetismo y la ecología industrial, entre otros. 2.Los procesos existentes deben hacerse sostenibles mediante el uso racional de los recursos naturales, potenciando el uso de catalizadores, sustituyendo o minimizando los componentes peligrosos, generando una menor cantidad de residuos y en caso de producirlos aprovecharlos, es decir transformarlos en subproductos. 3.Los procesos sostenibles debe ser seguros, tanto para los que trabajan en las plantas industriales como para la comunidad. 4.Los procesos industriales deben contribuir al logro del desarrollo sostenible, que es un nuevo modelo de desarrollo que busca la sostenibilidad (equilibrio de los componentes económicos, sociales y ambientales).

Bibliografía Austin, G. Manual de los Procesos Químicos de la Industria. McGraw Hill. 1ra ed. en español. México, 1992.