Ingeniería Química , el desarrollo de procesos y el diseño y operación de plantas en las que los materiales sufren cambios en su estado físico o químico. Aplicado en todas las industrias de procesos, se basa en los principios de química , física y matemáticas.
Las leyes de la física química y física gobiernan la practicabilidad y eficiencia de operaciones de ingeniería química. Los cambios de energía, derivados de consideraciones termodinámicas, son particularmente importantes. Las matemáticas son una herramienta básica en optimización y modelado. Optimización significa disponer los materiales, las instalaciones y la energía para producir una operación lo más productiva y económica posible. El modelado es el construcción de matemática teórica prototipos de sistemas de procesos complejos, comúnmente con la ayuda de computadoras.
La ingeniería química es tan antigua como las industrias de procesos. Su herencia data de la fermentación y evaporación procesos operados por civilizaciones tempranas. La ingeniería química moderna surgió con el desarrollo de operaciones de fabricación de productos químicos a gran escala en la segunda mitad del siglo XIX. A lo largo de su desarrollo como entidad independiente disciplina , la ingeniería química se ha dirigido a resolver problemas de diseño y operación de grandes plantas para producción continua.
La fabricación de productos químicos a mediados del siglo XIX consistía en modestas operaciones artesanales. El aumento de la demanda, la preocupación del público por la emisión de efluentes nocivos y la competencia entre procesos rivales proporcionaron incentivos para una mayor eficiencia. Esto llevó a la aparición de cosechadoras con recursos para operaciones más grandes y provocó la transición de una industria artesanal a una basada en la ciencia. El resultado fue una demanda de químicos con conocimiento de los procesos de fabricación, conocidos como químicos industriales o tecnólogos químicos. El término ingeniero químico fue de uso general alrededor de 1900. A pesar de su aparición en la fabricación de productos químicos tradicionales, fue a través de su papel en el desarrollo de la industria del petróleo que la ingeniería química se estableció firmemente como una disciplina única. La demanda de plantas capaces de operar procesos de separación física de forma continua con altos niveles de eficiencia era un desafío que no podía ser satisfecho por el químico o el ingeniero mecánico tradicionales.
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Un hito en el desarrollo de la ingeniería química fue la publicación en 1901 del primer libro de texto sobre el tema, por George E. Davis, un consultor químico británico. Este se concentró en el diseño de elementos de la planta para operaciones específicas. La noción de una planta de procesamiento abarcando una serie de operaciones, como el mezclado, la evaporación y la filtración, y siendo estas operaciones esencialmente similares, cualquiera que sea el producto, llevaron al concepto de operaciones unitarias. Esto fue enunciado por primera vez por el ingeniero químico estadounidense Arthur D. Little en 1915 y formó la base para una clasificación de la ingeniería química que dominó el tema durante los siguientes 40 años. El número de operaciones unitarias, los componentes básicos de una planta química, no es grande. La complejidad surge de la variedad de condiciones bajo las cuales se llevan a cabo las operaciones unitarias.
De la misma manera que una planta compleja se puede dividir en operaciones unitarias básicas, las reacciones químicas involucradas en las industrias de procesos se pueden clasificar en ciertos grupos o procesos unitarios ( p.ej. polimerizaciones, esterificaciones y nitraciones), que tienen características comunes. Esta clasificación en procesos unitarios trajo la racionalización al estudio de la ingeniería de procesos.
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El enfoque unitario adolecía de la desventaja inherente en tales clasificaciones: una perspectiva restringida basada en la práctica existente. Desde Segunda Guerra Mundial , un examen más detenido de los fenómenos fundamentales involucrados en las diversas operaciones unitarias ha demostrado que estos dependen de las leyes básicas de la transferencia de masa, transferencia de calor y flujo de fluido. Esto ha dado unidad al diverso operaciones unitarias y ha llevado al desarrollo de la ciencia de la ingeniería química por derecho propio; como resultado, se han encontrado muchas aplicaciones en campos fuera de la industria química tradicional.
El estudio de los fenómenos fundamentales en los que se basa la ingeniería química ha requerido su descripción en forma matemática y ha dado lugar a técnicas matemáticas más sofisticadas. La llegada de las computadoras digitales ha permitido realizar con rapidez laboriosos cálculos de diseño, abriendo el camino a una optimización precisa de los procesos industriales. Variaciones debidas a diferentes parámetros , como la fuente de energía utilizada, el diseño de la planta y los factores ambientales, se pueden predecir con precisión y rapidez para que se pueda elegir la mejor combinación.
Los ingenieros químicos se emplean en el diseño y desarrollo de procesos y elementos de la planta. En cada caso, los datos y las predicciones a menudo deben obtenerse o confirmarse con experimentos piloto. La operación y el control de la planta es cada vez más la esfera del ingeniero químico en lugar del químico. La ingeniería química proporciona una base ideal para la evaluación económica de nuevos proyectos y, en el sector de la construcción de plantas, para la comercialización.
Los principios fundamentales de la ingeniería química son la base de la operación de procesos que se extienden mucho más allá de los límites de la industria química, y los ingenieros químicos se emplean en una variedad de operaciones fuera de las áreas tradicionales. Plásticos, polímeros y sintético Las fibras implican problemas de ingeniería de reacción química en su fabricación, con el flujo de fluido y las consideraciones de transferencia de calor que dominan su fabricación. El teñido de una fibra es un problema de transferencia de masa. La fabricación de pulpa y papel implica consideraciones de flujo de fluidos y transferencia de calor. Si bien la escala y los materiales son diferentes, estos también se encuentran en la producción continua moderna de productos alimenticios. La industria farmacéutica presenta problemas de ingeniería química, cuyas soluciones han sido esenciales para la disponibilidad de medicamentos modernos. La industria nuclear impone exigencias similares a los ingenieros químicos, en particular para la fabricación y el reprocesamiento de combustibles. Los ingenieros químicos están involucrados en muchos sectores de la industria de procesamiento de metales, que se extiende desde la fabricación de acero hasta la separación de metales raros.
Otras aplicaciones de la ingeniería química se encuentran en las industrias de combustibles. En la segunda mitad del siglo XX, un número considerable de ingenieros químicos se han involucrado en la exploración espacial, desde el diseño de pilas de combustible hasta la fabricación de propulsores. De cara al futuro, es probable que la ingeniería química proporcione la solución a al menos dos de los principales problemas del mundo: el suministro de agua dulce adecuada en todas las regiones mediante la desalinización del agua de mar y el control ambiental mediante la prevención de la contaminación.
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