Ingeniería química300x300pxGeneralidades Esquema Historia ÍndiceFundamentos Industria Ingeniero Proceso Operación unitaria Cinética Fenómenos de transporteAspectos Transferencia de calor Transferencia de masa Dinámica de fluidos Diseño de procesos Control de procesos Termodinámica química Ingeniería de reacción Modelado de procesos químicosProcesos Unitarios Planta química Reactor químico Diagrama de flujo de proceso Proceso de separaciónGlosarios Glosario de química Glosario de ingeniería derecha|miniaturadeimagen|326x326px| BASF Chemical Plant Portsmouth Site en el área de West Norfolk de Portsmouth, Virginia, Estados Unidos. La planta es servida por el Commonwealth Railway. Una planta química es una planta de procesamiento industrial que fabrica (o procesa de otro modo) productos químicos, generalmente a gran escala. El objetivo general de una planta química es crear nuevas riquezas materiales mediante la transformación química o biológica y/o la separación de materiales. Las plantas químicas utilizan equipos, unidades y tecnología especializados en el proceso de fabricación. Otros tipos de plantas, tales como polímeros, productos farmacéuticos, alimentos, y algunas instalaciones de producción de bebidas, plantas de energía, refinerías de petróleo o de otras refinerías, procesamiento de gas natural y plantas bioquímicas, tratamiento de agua y aguas residuales y la contaminación del equipo de control de uso muchas tecnologías que tienen similitudes a la tecnología de plantas químicas tales como sistemas de fluidos y sistemas de reactores químicos. Algunos considerarían que una refinería de petróleo o un fabricante de productos farmacéuticos o polímeros es efectivamente una planta química.
Las plantas petroquímicas (plantas que utilizan químicos del petróleo como materia prima o materia prima) se ubican adyacentes a una refinería de petróleo para minimizar los costos de transporte de las materias primas producidas por la refinería. Las plantas químicas de especialidad y química fina suelen ser mucho más pequeñas y no tan sensibles a la ubicación. Se han desarrollado herramientas para convertir el costo base de un proyecto de una ubicación geográfica a otra.
Procesos químicos Las plantas químicas utilizan procesos químicos, que son métodos detallados a escala industrial, para transformar productos químicos de materias primas en productos. El mismo proceso químico se puede utilizar en más de una planta química, con capacidades posiblemente escaladas en cada planta. Además, una planta química en un sitio puede construirse para utilizar más de un proceso químico, por ejemplo, para producir múltiples productos.
Una planta química generalmente tiene recipientes grandes o secciones llamadas unidades o líneas que están interconectadas por tuberías u otros equipos de movimiento de material que pueden transportar corrientes de material. Dichos flujos de material pueden incluir fluidos (gas o líquido transportado en tuberías) o, a veces, sólidos o mezclas tales como lodos. Un proceso químico en general se compone de pasos llamados operaciones unitarias que ocurren en las unidades individuales. Una materia prima que ingresa a un proceso químico o una planta como entrada para convertirla en un producto se denomina comúnmente materia prima, o simplemente alimentación. Además de las materias primas para la planta en su conjunto, una corriente de entrada de material a procesar en una unidad particular puede considerarse de manera similar como alimentación para esa unidad. Los flujos de salida de la planta en su conjunto son productos finales y, a veces, los flujos de salida de unidades individuales pueden considerarse productos intermedios para sus unidades. Sin embargo, los productos finales de una planta pueden ser productos químicos intermedios utilizados como materia prima en otra planta para su posterior procesamiento. Por ejemplo, algunos productos de una refinería de petróleo pueden usarse como materia prima en plantas petroquímicas, que a su vez pueden producir materias primas para plantas farmacéuticas.
La(s) corriente(s) de alimentación, producto(s), o ambos pueden ser compuestos individuales o mezclas. A menudo no vale la pena separar completamente los componentes de estas mezclas; Los niveles específicos de pureza dependen de los requisitos del producto y la economía del proceso.
Operaciones Los procesos químicos se pueden ejecutar en operación continua o por lotes.
Operación por lotes En la operación por lotes, la producción se produce en pasos de tiempo secuencial en lotes discretos. Un lote de materias primas se alimenta (o carga) en un proceso o unidad, luego se lleva a cabo el proceso químico, luego se eliminan los productos y cualquier otra salida. Dicha producción de lotes puede repetirse una y otra vez con nuevos lotes de materia prima. La operación por lotes se usa comúnmente en plantas de menor escala, como la producción de productos químicos farmacéuticos o especializados, con el fin de mejorar la trazabilidad y la flexibilidad. Las plantas continuas generalmente se usan para fabricar productos básicos o productos petroquímicos, mientras que las plantas discontinuas son más comunes en la producción de químicos finos y de especialidades, así como en la fabricación de ingredientes farmacéuticos activos (API).
Operación continua En la operación continua, todos los pasos son continuos en el tiempo. Durante la operación continua habitual, la alimentación y la eliminación del producto son corrientes continuas de material en movimiento, que junto con el proceso en sí, se llevan a cabo de manera simultánea y continua. Las plantas o unidades químicas en operación continua usualmente están en un estado estable o en un estado estable aproximado. El estado estacionario significa que las cantidades relacionadas con el proceso no cambian a medida que pasa el tiempo durante la operación. Dichas cantidades constantes incluyen velocidades de flujo de corriente, velocidades de calentamiento o enfriamiento, temperaturas, presiones y composiciones químicas en cualquier punto (ubicación) determinado. La operación continua es más eficiente en muchas operaciones a gran escala como las refinerías de petróleo. Es posible que algunas unidades operen continuamente y otras que estén en operación por lotes en una planta química. La cantidad de materia prima primaria o producto por unidad de tiempo que una planta o unidad puede procesar se conoce como la capacidad de esa planta o unidad. Por ejemplo: la capacidad de una refinería de petróleo puede darse en términos de barriles de petróleo crudo refinado por día; alternativamente, la capacidad de la planta química se puede dar en toneladas de producto producido por día. En la operación diaria real, una planta (o unidad) operará a un porcentaje de su capacidad total. Los ingenieros normalmente asumen un tiempo de operación del 90% para las plantas que trabajan principalmente con fluidos y el 80% del tiempo de actividad de las plantas que trabajan principalmente con sólidos.
Unidades y sistemas de fluidos Las operaciones de unidades específicas se llevan a cabo en tipos específicos de unidades. Aunque algunas unidades pueden funcionar a temperatura o presión ambiente, muchas unidades funcionan a temperaturas o presiones más altas o más bajas. Los recipientes en plantas químicas a menudo son cilíndricos con extremos redondeados, una forma que puede ser adecuada para mantener alta presión o vacío. Las reacciones químicas pueden convertir ciertos tipos de compuestos en otros compuestos en reactores químicos. Los reactores químicos pueden ser lechos compactos y pueden tener catalizadores sólidos heterogéneos que permanecen en los reactores a medida que los fluidos se mueven a través de ellos, o simplemente pueden ser vasos agitados en los cuales ocurren las reacciones. Dado que la superficie de los catalizadores sólidos heterogéneos a veces se puede "envenenar" de depósitos como el coque, la regeneración de catalizadores puede ser necesaria. Los lechos fluidizados también se pueden usar en algunos casos para asegurar una buena mezcla. También puede haber unidades (o subunidades) para mezclar (incluso disolver), separación, calentamiento, enfriamiento o alguna combinación de estos. Por ejemplo, los reactores químicos a menudo tienen agitación para mezclar y calentar o enfriar para mantener la temperatura. Cuando se diseñan plantas a gran escala, se debe considerar el calor producido o absorbido por las reacciones químicas. Algunas plantas pueden tener unidades con cultivos de organismos para procesos bioquímicos como la fermentación o la producción de enzimas. derecha|miniaturadeimagen|395x395px| Unidad de destilación en Italia Los procesos de separación incluyen filtración, sedimentación (sedimentación), extracción o lixiviación, destilación, recristalización o precipitación (seguida de filtración o sedimentación), ósmosis inversa, secado y adsorción. Los intercambiadores de calor se utilizan a menudo para calentar o enfriar, incluso hervir o condensar, a menudo en combinación con otras unidades, como las torres de destilación. También puede haber tanques de almacenamiento para almacenar materia prima, productos intermedios o finales, o desperdicios. Los tanques de almacenamiento comúnmente tienen indicadores de nivel para mostrar qué tan llenos están. Puede haber estructuras que sostienen o soportan unidades a veces masivas y su equipo asociado. A menudo hay escaleras, escaleras u otros pasos para que el personal llegue a los puntos en las unidades para muestreo, inspección o mantenimiento. Un área de una planta o instalación con numerosos tanques de almacenamiento a veces se denomina depósito de tanques, especialmente en un depósito de petróleo.
Los sistemas de fluidos para transportar líquidos y gases incluyen tuberías y tubos de diversos diámetros, varios tipos de válvulas para controlar o detener el flujo, bombas para mover o presurizar líquidos y compresores para presurizar o mover gases. Los tanques, tuberías y, a veces, otros equipos a alta o muy baja temperatura generalmente están cubiertos con aislamiento para la seguridad del personal y para mantener la temperatura en el interior. Los sistemas y unidades de fluidos comúnmente tienen instrumentos como sensores de temperatura y presión y dispositivos de medición de flujo en ubicaciones seleccionadas en una planta. Los analizadores en línea para el análisis de propiedades químicas o físicas se han vuelto más comunes. Los solventes a veces pueden usarse para disolver reactivos o materiales tales como sólidos para extracción o lixiviación, para proporcionar un medio adecuado para que ciertas reacciones químicas se desarrollen, o para que puedan ser tratados como fluidos.
Diseño de la planta química derecha|miniaturadeimagen|364x364px| Diagrama de flujo para una refinería de petróleo típica Hoy en día, los aspectos fundamentales del diseño de plantas químicas son realizados por ingenieros químicos . Históricamente, este no fue siempre el caso y muchas plantas químicas se construyeron de forma fortuita antes de que se estableciera la disciplina de la ingeniería química. La ingeniería química se estableció por primera vez como una profesión en el Reino Unido cuando George E. Davis impartió el primer curso de ingeniería química en la Universidad de Mánchester en 1887 en forma de doce conferencias sobre diversos aspectos de la práctica química industrial. Como consecuencia, George E. Davis es considerado como el primer ingeniero químico del mundo. Hoy en día, la Ingeniería Química es una profesión y aquellos Ingenieros Químicos Profesionales con experiencia pueden obtener el estatus de Ingeniero "Autorizado" a través de la Institución de Ingenieros Químicos .