Ingeniería Química
La ingeniería química es un campo de la ingeniería que se ocupa del estudio del funcionamiento y diseño de plantas químicas, así como de los métodos para mejorar la producción. Los ingenieros químicos desarrollan procesos comerciales económicos para convertir las materias primas en productos útiles. La ingeniería química utiliza los principios de la química, la física, las matemáticas, la biología y la economía para utilizar, producir, diseñar, transportar y transformar energía y materiales de manera eficiente. El trabajo de los ingenieros químicos puede abarcar desde la utilización de nanotecnología y nanomateriales en el laboratorio hasta procesos industriales a gran escala que convierten productos químicos, materias primas, células vivas, microorganismos y energía en formas y productos útiles. Los ingenieros químicos participan en muchos aspectos del diseño y la operación de plantas, incluidas las evaluaciones de seguridad y peligros, el diseño y análisis de procesos, el modelado, la ingeniería de control, la ingeniería de reacciones químicas, la ingeniería nuclear, la ingeniería biológica, las especificaciones de construcción y las instrucciones de funcionamiento.
Los ingenieros químicos suelen tener un título en ingeniería química o ingeniería de procesos. Los ingenieros en ejercicio pueden tener una certificación profesional y ser miembros acreditados de un organismo profesional. Dichos organismos incluyen la Institución de Ingenieros Químicos (IChemE) o el Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE). En India, el organismo se denomina Instituto Indio de Ingenieros Químicos (IIChE), que también realiza eventos de colaboración con AIChE e ICheE. Un título en ingeniería química está directamente relacionado con todas las demás disciplinas de ingeniería, en diversos grados.
Etimología
Un artículo de 1996 cita a James F. Donnelly por mencionar una referencia de 1839 a la ingeniería química en relación con la producción de ácido sulfúrico. En el mismo documento, sin embargo, a George E. Davis, un consultor inglés, se le atribuye haber acuñado el término. Davis también trató de fundar una Sociedad de Ingeniería Química, pero en cambio, fue nombrada Sociedad de Industria Química (1881), con Davis como su primer secretario. La Historia de la ciencia en Estados Unidos: una enciclopedia sitúa el uso del término alrededor de 1890. "Ingeniería química", que describe el uso de equipos mecánicos en la industria química, se convirtió en un vocabulario común en Inglaterra después de 1850. Para 1910, la profesión, "ingeniero químico," ya era de uso común en Gran Bretaña y los Estados Unidos.
Historia
Nuevos conceptos e innovaciones
En la década de 1940, quedó claro que las operaciones unitarias por sí solas eran insuficientes para desarrollar reactores químicos. Si bien el predominio de las operaciones unitarias en los cursos de ingeniería química en Gran Bretaña y los Estados Unidos continuó hasta la década de 1960, los fenómenos del transporte comenzaron a experimentar un mayor enfoque. Junto con otros conceptos novedosos, como la ingeniería de sistemas de procesos (PSE), un "segundo paradigma" Fue definido. Los fenómenos de transporte dieron un enfoque analítico a la ingeniería química, mientras que PSE se centró en sus elementos sintéticos, como el sistema de control y el diseño de procesos. Los desarrollos en ingeniería química antes y después de la Segunda Guerra Mundial fueron incitados principalmente por la industria petroquímica; sin embargo, también se lograron avances en otros campos. Los avances en ingeniería bioquímica en la década de 1940, por ejemplo, encontraron aplicación en la industria farmacéutica y permitieron la producción en masa de varios antibióticos, incluidas la penicilina y la estreptomicina. Mientras tanto, el progreso en la ciencia de los polímeros en la década de 1950 allanó el camino para la "era de los plásticos".
Evolución de la seguridad y los peligros
Durante este período también se plantearon inquietudes sobre la seguridad y el impacto ambiental de las instalaciones de fabricación de productos químicos a gran escala. Primavera Silenciosa, publicado en 1962, alertó a sus lectores sobre los efectos nocivos del DDT, un potente insecticida. El desastre de Flixborough de 1974 en el Reino Unido resultó en 28 muertes, así como daños a una planta química y tres pueblos cercanos. El desastre de Bhopal en India en 1984 resultó en casi 4.000 muertes. Estos incidentes, junto con otros incidentes, afectaron la reputación del comercio, ya que se prestó más atención a la seguridad industrial y la protección ambiental. En respuesta, el IChemE exigió que la seguridad fuera parte de todos los cursos de grado que acreditara después de 1982. Para la década de 1970, se instituyeron agencias de supervisión y legislación en varios países, como Francia, Alemania y los Estados Unidos.
Progreso reciente
Los avances en informática encontraron aplicaciones para diseñar y administrar plantas, simplificando cálculos y dibujos que antes debían hacerse manualmente. La finalización del Proyecto del Genoma Humano también se considera un avance importante, no solo en el avance de la ingeniería química, sino también en la ingeniería genética y la genómica. Se utilizaron principios de ingeniería química para producir secuencias de ADN en grandes cantidades.
Conceptos
La ingeniería química implica la aplicación de varios principios. Los conceptos clave se presentan a continuación.
Diseño y construcción de plantas
El diseño de ingeniería química se refiere a la creación de planes, especificaciones y análisis económicos para plantas piloto, plantas nuevas o modificaciones de plantas. Los ingenieros de diseño a menudo trabajan en una función de consultoría, diseñando plantas para cumplir con los requisitos de los clientes. necesidades. El diseño está limitado por varios factores, incluidos la financiación, las reglamentaciones gubernamentales y las normas de seguridad. Estas restricciones dictan la elección de procesos, materiales y equipos de una planta.
La construcción de la planta está coordinada por ingenieros y gerentes de proyecto, según el tamaño de la inversión. Un ingeniero químico puede hacer el trabajo de ingeniero de proyectos a tiempo completo o parte del tiempo, lo que requiere capacitación adicional y habilidades laborales o actuar como consultor del grupo del proyecto. En los EE. UU., la educación de los graduados en ingeniería química de los programas de bachillerato acreditados por ABET no suele enfatizar la educación en ingeniería de proyectos, que se puede obtener mediante capacitación especializada, como optativas o de programas de posgrado. Los trabajos de ingeniería de proyectos son algunos de los mayores empleadores para los ingenieros químicos.
Diseño y análisis de procesos
Una operación unitaria es un paso físico en un proceso de ingeniería química individual. Las operaciones unitarias (como cristalización, filtración, secado y evaporación) se utilizan para preparar reactivos, purificar y separar sus productos, reciclar reactivos no gastados y controlar la transferencia de energía en los reactores. Por otro lado, un proceso unitario es el equivalente químico de una operación unitaria. Junto con las operaciones unitarias, los procesos unitarios constituyen una operación de proceso. Los procesos unitarios (como la nitración, la hidrogenación, el hidrocraqueo y la oxidación) implican la conversión de materiales por medios bioquímicos, termoquímicos y de otro tipo. Los ingenieros químicos responsables de estos se denominan ingenieros de proceso.
El diseño de procesos requiere la definición de tipos y tamaños de equipos, así como también cómo se conectan y los materiales de construcción. Los detalles a menudo se imprimen en un diagrama de flujo de proceso que se utiliza para controlar la capacidad y la confiabilidad de una fábrica de productos químicos nueva o existente.
La educación para ingenieros químicos en el primer título universitario de 3 o 4 años de estudio enfatiza los principios y prácticas del diseño de procesos. Las mismas habilidades se utilizan en plantas químicas existentes para evaluar la eficiencia y hacer recomendaciones para mejoras.
Fenómenos de transporte
El modelado y análisis de fenómenos de transporte es esencial para muchas aplicaciones industriales. Los fenómenos de transporte involucran la dinámica de fluidos, la transferencia de calor y la transferencia de masa, que se rigen principalmente por la transferencia de cantidad de movimiento, la transferencia de energía y el transporte de especies químicas, respectivamente. Los modelos a menudo involucran consideraciones separadas para fenómenos a nivel macroscópico, microscópico y molecular. El modelado de fenómenos de transporte, por lo tanto, requiere una comprensión de las matemáticas aplicadas.
Aplicaciones y práctica
Los ingenieros químicos "desarrollan formas económicas de usar materiales y energía". Los ingenieros químicos utilizan la química y la ingeniería para convertir las materias primas en productos utilizables, como medicamentos, productos petroquímicos y plásticos en un entorno industrial a gran escala. También están involucrados en la gestión de residuos y la investigación. Tanto las facetas aplicadas como las de investigación podrían hacer un uso extensivo de las computadoras.
Los ingenieros químicos pueden participar en investigaciones industriales o universitarias donde se les asigna la tarea de diseñar y realizar experimentos, ampliando las reacciones químicas teóricas, para crear métodos mejores y más seguros para la producción, el control de la contaminación y la conservación de recursos. Pueden estar involucrados en el diseño y construcción de plantas como ingenieros de proyectos. Los ingenieros químicos que actúan como ingenieros de proyectos utilizan su conocimiento para seleccionar métodos de producción y equipos de planta óptimos para minimizar los costos y maximizar la seguridad y la rentabilidad. Después de la construcción de la planta, los gerentes de proyectos de ingeniería química pueden participar en las actualizaciones de equipos, la resolución de problemas y las operaciones diarias, ya sea en funciones de tiempo completo o de consultoría.