TEMA I:

LA INGENIERÍA QUÍMICA Y SU ENTORNO

Industria química: Industria que se ocupa de transformar químicamente materias primas o productos iniciales (de origen natural) en otros de mayor interés, valor añadido y utilidad.

Elaboración de productos naturales usando el fuego: Cocción cerámica, preparación de pigmentos, obtención de vidrio y metales, conservación de alimentos y otras materias orgánicas.

Evolución artesanal y movimiento alquimista (siglo XIV): Relación de ciencia y tecnología experimentando al azar (destiladores, cristalizadores, evaporadores, hornos).

Revolución Industrial (Gran Bretaña, siglo XVIII): Invención de la máquina de vapor aplicada a nuevas industrias; textil, papel, jabón, vidrio; se necesitaban grandes cantidades de ácidos y álcalis fuertes.

Procesos innovadores:

• Obtención de ácido sulfúrico por el método de las cámaras de plomo (Roerbruck, 1749).
• Obtención de carbonato sódico mediante el proceso Leblanc (Leblanc, 1789).

En siglo XIX se establecen las leyes químicas: Avanza la industria química, descubriéndose nuevos productos y procesos; colorantes artificiales, neumáticos, productos farmacéuticos, explosivos, plásticos.

Renovación de los procesos clásicos:

• Obtención de ácido sulfúrico por el método de contacto (Phillips, 1870).
• Obtención de carbonato sódico mediante el proceso Solvay (Solvay, 1863).

I Guerra Mundial: En EE.UU. desarrollan plantas de amoníaco para producir explosivos y craqueo térmico para obtener gasolina para los automóviles que Ford fabrica en serie.

II Guerra Mundial: En EE.UU. desarrollan el proceso de fabricación de caucho artificial para producir neumáticos y el de reformado catalítico para obtener combustible octanado para aviones de combate; en Alemania desarrollan la obtención de gasolinas a partir de carbón y gas natural (proceso Fischer-Tropsch).

En la segunda mitad del siglo XX se desarrolla la Petroleoquímica (combustibles, plásticos, química fina) compitiendo al mismo nivel las industrias químicas alemanas (BASF, Bayer, Hoechst) y estadounidenses (Du Pont).

A principios del siglo XXI la industria química está madura y ha evolucionado respecto a dos condicionantes externos: crisis energética y deterioro del medio ambiente.

España posee algunas materia primas (pirita, sal común, silvinita), pero se incorpora tarde al movimiento social producido por la Revolución Industrial.

A finales del siglo XIX se comienzan a instalar empresas químicas en España, pero el estancamiento económico debido a la I Guerra Mundial, a la recesión de 1928 y a la Guerra Civil Española limitan el desarrollo (CEPSA, 1930; UNQUINESA, 1939).

Los Planes de Desarrollo (1964) crean los "polos" de Huelva, Tarragona y Puertollano, principalmente dedicados a la Petroleoquímica.

Debido a su dependencia del petróleo, se produce una crisis en la industria química española entre 1975 y 1981.

En la década de 1980 se supera la crisis racionalizando los procesos productivos, pero en la década de 1990 vuelve a producirse una crisis de inversión y producción debido a la globalización de los mercados.

A comienzos del siglo XXI el futuro de la industria química española está ligado al de la Unión Europea, siendo necesario favorecer innovaciones tecnológicas que mejoren la competitividad.

Los procesos químicos los llevan a cabo las empresas químicas, que fabrican sus productos en la plantas químicas.

Factores que determinan la localización de la planta química:

• Posibilidad comercial del producto: Capacidad de producción.
• Disponibilidad y coste de materias primas: Selección de la fuente de suministro.
• Tecnología disponible: Elección del procedimiento.
• Servicios auxiliares necesarios: Combustibles, electricidad, agua, vapor.
• Consideraciones socio-económicas: Disponibilidad y coste de la mano de obra, coste del terreno, incentivos económicos.
• Consideraciones ambientales: Normativa legal, mercado de subproductos.

Características de la industria química:

• Elevada inversión en investigación y desarrollo (I+D) de nuevos productos.
• Reducción del intervalo de tiempo comprendido entre la aparición de un nuevo producto y su fabricación industrial.
• Gran cantidad de capital necesario para la construcción y puesta en marcha de una planta industrial.
• Creciente automatización de los procesos.
• Disminución progresiva de la mano de obra necesaria, debido a la automatización.
• Aumento de la fracción de capital invertido en ahorro de energía y depuración.
• Tendencia a la integración vertical de la actividad empresarial (obtención de toda una gama de productos, desde los más básicos hasta los más transformados), para absorber las fluctuaciones en la demanda de productos.

• Productos básicos (commodities): son aquéllos de gran volumen de producción y coste reducido obtenidos a partir de las materias primas naturales, utilizándose cada uno de ellos en la fabricación de un gran número de otros más elaborados (ácido sulfúrico, amoníaco, etileno).
• Productos intermedios (pseudocommodities): son aquéllos de gran volumen de producción que se obtienen a partir de materias primas o de productos básicos, utilizándose cada uno de ellos en la fabricación de unos pocos productos más elaborados (fenol, cloruro de vinilo).
• Productos de química fina (fine chemiclas): son aquellos productos intermedios de elevada pureza y especificaciones rigurosas, obtenidos en cantidades moderadas, y que se emplean en la fabricación de aditivos, fármacos o reactivos (aminoácidos, vitaminas).
• Especialidades (specialties): son aquellos productos que tienen las características deseada (incluido su envasado) para su utilización final y que se fabrican en menor escala pero en un gran número, siendo su valor añadido muy elevado (insecticidas, detergentes, desodorantes, ambientadores).

Ingeniería Química: Disciplina que aporta un patrón de análisis y solución de los problemas de la industria química.

Orígenes europeos (G.E. Davis, Gran Bretaña, 1887) pero rápida expansión americana (L.M. Norton, EE.UU., 1888); en Alemania prevalece el "ingeniero de procesos" ("Verfahrensingenieur") hasta 1960.

Primera etapa: Descripción de secuencias de operaciones que tienen lugar en los procesos químicos.

Operación básica (A.D. Little, 1918): Primera herramienta conceptual que considera etapas comunes a diferentes procesos que pueden ser estudiados de forma independiente.

Fenómenos de transporte (R.B. Bird, 1960): Nuevo concepto que hace énfasis en la comprensión de los principios físicos; las operaciones básicas se fundamentan en el transporte de tres propiedades, cuya analogía puede permitir un tratamiento unificado.

Independencia de las disciplinas madres (generalización y abstracción): Estudio de los procesos químicos mediante un conocimiento detallado de las operaciones básicas que se fundamentan en el transporte de propiedades (materia, energía, momento), la termodinámica y la cinética química.

Etapa de diversificación: Tecnología ambiental, energética y alimentaria; polímeros, plásticos, materiales cerámicos y materiales compuestos; dinámica, simulación y control de procesos; economía y estrategia de procesos.

Principios del siglo XXI: Técnicas de cálculo para resolver modelos complejos, utilización de ordenadores como herramientas de análisis y diseño.

Modelos paralelos desde 1922 (modelo alemán), adecuados a las circunstancias de la industria química española:

• Licenciado en Química (Especialidad Industrial), por las Facultades de Ciencias o Facultades de Química, considerando la Ingeniería Química como un anexo sobre ingeniería.
• Ingeniero Industrial (Especialidad Química), por las Escuelas Técnicas Superiores de Ingenieros Industriales, considerando la Ingeniería Química como un anexo sobre química.

En la década de 1980 ambas enseñanzas incluían programas homologables internacionalmente; se hacía Ingeniería Química sin existir Ingenieros Químicos.

Se publica el Real Decreto 923/1992, de 17 de julio (B.O.E. nš 206, de 27/08/92), por el que se establece el título universitario oficial de Ingeniero Químico y la aprobación de las directrices generales propias de los planes de estudio conducentes a la obtención de aquél.

A comienzos del siglo XXI se dispone en España del marco que permitirá impartir los contenidos conceptuales propios de la Ingeniería Química, con un carácter de independencia plenamente consolidado.

Procesos:

• Desarrollo de procesos socialmente aceptables.
• Desarrollo de procesos con materias primas alternativas.
• Diseño de plantas de menor tamaño.
• Desarrollo de procesos híbridos.

Productos:

• Productos ambientalmente aceptables.
• Materiales avanzados.
• Productos químicos especiales.

Herramientas:

• Instrumentación avanzada.
• Simulación por ordenador.
• Aplicaciones de la inteligencia artificial:
• Sistemas expertos.
• Redes neuronales.
• Lógica difusa.
• Algoritmos genéticos.