Historia de la Ingeniería Química resumen PDF

Preview

Summary

Historia de la Ingeniería Química resumen, cada aspecto visto en la historia y el tiempo sobre el descubrimiento de esta nueva profesion que evolucionada la actualidad....

Description

La Ingeniería Química nace como profesión en 1888. Aún si el término Curso X era utilizado desde comienzo del año 1880 en el medio, no había ningún programa oficial para la formación de esta clase de ingenieros. En la época eran ingenieros mecánicos que habían adquirido un cierto dominio de los equipos químicos, o supervisores de industrias químicas con poca formación pero mucha experiencia, o simplemente un químico con una sólida experiencia en la industria química. En 1880, un primer intento fallido de Georges Davis para unificar estos profesionales de diferentes formaciones por medio de la “ Society of Chemical Engineer” fracasa. Sin embargo, esta condición un poco caótica de la profesión cambia en 1888 cuando el profesor Lewis Norton del célebre Massachusetts Institute of Technology (MIT) presenta el programa Curso X que unifica de esta manera la formación de ingenieros químicos con un diploma oficial. Otros establecimientos, como Manchester Technical School en el Reino Unido y la University of Pennsylvania o todavía la Tulane University (Penn & Tulane) siguen rápidamente el ejemplo y crean sus programas de formación de ingenieros químicos con una duración de 4 años hacia finales del siglo 19. La industria química en el siglo pasado La ingeniería química solicitada en Inglaterra Como la Revolución Industrial creaba nuevas necesidades, ciertos productos químicos se convierten en esenciales para mantener este crecimiento industrial. El ácido sulfúrico es uno de estos primeros productos químicos industriales. En esta época, era común medir el poder económico de un país a partir de su capacidad de producción de ácido sulfúrico. Teniendo esta información, no es de extrañarse que los Industriales ingleses de la época se hayan esforzado física y económicamente para mejorar el proceso industrial para la fabricación de ácido sulfúrico. Producción del ácido sulfúrico Para fabricar el ácido sulfúrico, el método utilizado desde hacía años (1749) era conocido bajo el nombre de la cámara de plomo (Lead-Chamber) y necesitaba aire, agua, dióxido de azufre, nitrato, y finalmente, una gran cámara de plomo. De estos elementos, el nitrato era el insumo más costoso ya que en la última etapa del proceso, el nitrato, bajo la forma de óxido nítrico, se perdía en la atmósfera y se debía agregar más, constantemente. Las cantidades agregadas, bajo la forma de nitrato de sodio (nitratos), era importado de Chile y era por este hecho el más costoso! En1859, John Glover ayuda a solucionar este problema introduciendo una torre de transferencia de masa para recuperar una parte del nitrato que se perdía en el aire. En esa misma torre, el ácido sulfúrico (conteniendo todavía nitratos) fluía hacia abajo

en contracorriente con respecto a un flujo de gases de combustión. El gas absorbía así una parte de los nitratos. Posterior de esta operación, los gases eran redirigidos hacia la cámara de plomo donde los nitratos eran reutilizados. La torre de Glover fue adoptada por la industria química a finales del siglo 19; implementación forzada por los poderes económicos, quienes exigían la modernización de las industrias químicas, obligando a utilizar de la manera más económica posible los productos químicos. Así pasó con otras innovaciones. Los alcalinos y el proceso Le Blanc Otra industria química muy antigua y competitiva se posiciona para la fabricación de productos alcalinos como el Na2CO 3, K2 CO3 y otras sales carbonatadas. Estos compuestos encuentran un amplio campo de aplicaciones, dentro de las cuales se incluye: la fabricación del vidrio, el jabón y los textiles, de gran demanda para la época. Al final de los años 1700, cuando los árboles son más escasos en Inglaterra, la sola fuente de Na2 CO3 sobre las islas británicas eran las algas marinas (kelp) que eran transportadas sobre las playas por las olas. Las importaciones de productos alcalinos, provenientes del continente americano bajo la forma de ceniza de madera, de España bajo la forma de barilla (una planta contiendo un 25 % en productos alcalinos), o todavía de una mina egipcia, permitieron de suplir la carencia, a pesar de un costo elevado de transporte. Sin embargo, la dependencia inglesa se termina cuando un francés llamado Nicolas Le Blanc inventa un proceso químico para convertir la sal de mar en Na2CO3 . El proceso Le Blanc fue adoptado en 1810 y fue constantemente mejorado durante los 80 años siguientes, con trabajos de ingeniería del proceso. Una gran parte de las innovaciones eran dirigidas hacia la recuperación del ácido clorhídrico, de los óxidos de nitrógeno (Torre de Glover), del azufre, del manganeso, y del cloro, que eran todos generados por el proceso. Carbonato de sodio y el proceso Solvay En 1873, un proceso esperado desde hacía mucho hace su aparición en Inglaterra remplazando rápidamente al método Le Blanc para producir Carbonato de Sodio. La química del proceso innovador, el Proceso Solvay, es mucho más directo que el antiguo proceso Le Blanc, pero a un costo ingenieril mucho más complejo. La química simple de este proceso había sido descubierta en 1811 por Fresnel pero los esfuerzos para llevarla a la escala industrial habían fracasado durante 60 años, ya que los ingenieros químicos todavía no estaban disponibles y formados para este tipo de trabajos. Es por esto que el proceso no porta el nombre de Fresnel. En el centro del proceso, se encuentra una torre de carbonatación de gran eficiencia de una altura de 80 ft. En ella, salmuera amoniacada fluye mientras que CO 2 es difundido hacia lo alto de la columna. Estos productos reaccionan para formar bicarbonato de sodio. En consecuencia, la ingeniería de Solvay conduce a un proceso continuo operando sin subproductos peligrosos y un producto fácilmente

purificable. En 1880, era evidente que este proceso convertiría al proceso Le Blanc obsoleto. El “Alkali Inspector” George Davis, un Alkali Inspector de la región de Midland en Inglaterra, el investigaba en las industrias químicas de su región y medía la contaminación según la Ley de 1863. Es de esta manera que observando en los distintos procesos (LeadChamber, Solvay y Le Blanc) los cambios profundos que habían sufrido, luego del progreso de la industria química, se dio a la tarea de mostrar la necesidad de una nueva raza de ingenieros familiarizados con la química aplicada y la ingeniería. En 1880, George Davis propone la creación de la Society of Chemical Engineers. El no lo logra, pero continua, sin embargo, a promover la Ingeniería Química. En 1884, Davis se convierte en consultor independiente y aplica sus conocimientos de ingeniería química que el aprendió durante todos esos años. En 1887, el prepara una serie de 12 cursos (cátedras) tratanto el tema de la ingeniería química, que el presenta al Manchester Technical School. Organizados alrededor de unidades individuales, ellas se convertirán en las »Operaciones Unitarias» de la ingeniería química. Davis explora estas operaciones de forma empírica y presenta prácticas de operación empleadas en la industria química inglesa. Algunos pensaban en esa época que los cursos revelaban los secretos de operación de las fábricas inglesas al resto del mundo. Estos cursos interesaban particularmente a los estadounidenses quienes constataron rápidamente toda la importancia estratégica de la ingeniería química. La Ingeniería Química en los Estados Unidos. En 1888, los estadounidenses estaban asombrados por las noticias publicadas en sus diarios sobre los eventos que ocurrían del otro lado del Atlántico. Pero no era la aparición de la ingeniería química que animaba al pueblo! Un cierto Jack el destripador había acaparado la primicia de los diarios, asesinando seis mujeres en el Londres nublado y frío. Con todo este sensasionalismo, la prensa explotó a fondo este tema escabroso. Parecería lógico que la aparición de la ingeniería química hubiese pasado desapercibida. Afortunadamente, el modelo de formación de Davis había sido apreciado de forma justa por algunas mentes perspicaces. El Curso X del MIT Solamente algunos meses después de la iniciativa de Georges Davis, Lewis Norton, un químico y profesor en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) , crea el primer programa de duración de cuatro años en Ingeniería Química, el Curso X (diez). Rápidamente, otros establecimientos universitarios como la University of Pennsylvania y la Tulane University (Penn & Tulane) , siguieron al MIT y crearon programas de enseñanza de Ingeniería Química también de cuatro años.

Estos programas surgieron de departamentos de química y buscaban la aplicación de los conocimientos desarrollados en el área de la química en el siglo anterior. Estos pioneros se orientaron igualmente hacia las necesidades de la industria. Siguiendo la vía trazada por Davis, ellos desarrollaron cursos basados en ingeniería mecánica y la química industrial con enfoque ingenieril. Desde el comienzo, la ingeniería química fue desarrollada para satisfacer las necesidades de la industria, tanto para los Estados Unidos como para Inglaterra. La competencia entre los industriales era feroz, todos buscaban producir al costo más bajo. Para alcanzar este objetivo, los industriales poco escrupulosos utilizaban tácticas no profesionales como los sobornos para que los repartidores contaminaran los productos de sus competidores! A fin de conservar la delantera, las fábricas debían ser optimizadas como por ejemplo la operación continua de reactores, contrario a la operación discontinua, el reciclaje de reactivos no convertidos, y la purificación de manera económica de productos. Estos desarrollos necesitaban en retorno de la elaboración de nuevos sistemas de conductos (para los cuales los químicos no estaban preparados para realizar su concepción) y un conocimiento de la química (que los ingenieros mecánicos no tienen). Los nuevos ingenieros químicos capaces de concevir y de operar los procesos de industrias químicas cada vez más complejas emergen rápidamente.

Personas importantes

George E. Davis (1850 - 1906) Un inspecteur de Manchester. En 1880, el propone sin éxito la creación de la Society of Chemical Engineers. En 1887, su serie de 12 cursos (cátedras) presenta las bases de lo que iba a convertirse en las Operaciones Unitarias de la Ingeniería Química, en el Manchester Technical School. En 1901, publica el Handbook of Chemical Engineering, un manual pedagógico que se vende rápidamente, reeditado en 1904. En dicho compendio, enfatiza sobre la importancia de la experimentación a gran escala (precursor del piloto industrial), las prácticas de seguridad y una aproximación a las operaciones unitarias. Él es el responsable de la apelación de Ingeniero Químico para esta nueva profesión, y es en gran parte el responsable de haber definido la profesión tal como se conoce hoy en día.

Lewis Mills Norton (1855 - 1893) Un profesor de química orgánica e industrial en el Massachusetts Institute of Technology. El enseña en el primer programa de Ingeniería Química, el Curso X. Muere a la edad de 38 años. William Page Bryant En 1891, el es el primer diplomado de los siete estudiantes del Curso X y se convierte en el primer Ingeniero Químico formado en una institución educativa. Seguía una carrera que le aseguraba su futuro!

Lugares importantes Manchester Technical School : Lugar donde se dieron los primeros cursos de ingeniería química, los 12 cursos (cátedras) de Davis (1887) Massachusetts Institute of Technology (MIT): fundada en 1861 en Boston y transferida a Cambridge en 1916: Ofrece el Curso X en 1888, el primer programa de ingeniería química enseñado por Lewis Norton. Este programa ofrece una mezcla de ingeniería mecánica y de química industrial, pero con énfasis neto sobre la ingeniería. El MIT funda un Departamento de Ingeniería Química indepependiente en 1920. En la actualidad, esta institución prestigiosa ha formado a más de 5000 ingenieros químicos y su programa es reconocido como uno de los mejores en ingeniería química, detrás de la University of Minnesota. University of Pennsylvania: Se convierte oficialmente, en 1892, en la segunda escuela en ofrecer un programa de cuatro años en ingeniería química. Como el MIT, el énfais es en ingeniería mecánica, aún si este surge del departamento de química. Tulane University: En 1894, se convierte en la primera universidad del sur (Nueva Orleans) y la tercera de Estados Unidos en ofrecer un programa de ingeniería química con duración de 4 años.

La industria química Ácido sulfúrico (aceite de vitriol) Durante el siglo 19, el ácido sulfúrico era necesario para la producción de sales alcalinas y tintes, dos gigantes de la industria química de la época. Hoy en día su principal uso es para la fabricación de fertilisantes. Es también esencial en la purificación de petróleo, la producción de acero y las baterías de automóviles. Adicionalmente, la producción de TNT, la nitroglicerina, el ácido pícrico y otros ácidos minerales e inorgánicos necesitan igualmente del ácido sulfúrico. Además, el ácido sulfúrico fumante contiene un exceso de trióxido de azufre y libera humos, cuando está expuesto al aire, de allí su nombre. Lead-Chamber Method (método de la cámara de plomo) Desarrollado en Inglaterra en 1749 para producir ácido sulfúrico. Una mezcla de dióxido de azufre, aire, agua y un nitrato reacciona en una cámara de plomo para producir ácido sulfúrico. Nitrato de potasio (salitre, KNO 3 ) Proveniente principalmente de la India y utilizado para la fabricación de fósforos, explosivos y fertilizantes. Chile tiene igualmente abundancia de fuentes alternativas como el nitrato de sodio; proveniente de lugares de nidificación de aves de mar de la costa pacífica, resultado de una acumulación de los excrementos de dichas aves (guano) durante miles de años. Igualmente, el nitrato de calcio está igualmente disponible en Noruega. Carbonato de Sodio (soda ash, sal soda, washing soda, Na2 CO3) y el Bicarbonato de Sodio (baking soda, NaHCO3 ) Utilizados para la manufactura de vidrio, textiles, papel, como desinfectante, agente de limpieza y suavizante de agua, sin mencionar su utilización para mantener los refrigeradores sin olores. Carbonato de potasio (potasa, K2 CO3 ) Producto que se obtiene haciendo correr suavemente agua sobre las cenizas de madera (lixiviación) y haciendo ebullir la solución resultante en grandes recipientes (de allí el nombre potash en anglais: pots of ash). Puede ser utilizado en lugar del carbonato de sodio en la elaboración de vídrio o jabón. Hidróxidos de alcali (en inglés comúnmente llamados simplemente Alkali) Utilisados para producir vidrio, textiles, papel, tintes para textiles, durante la refinación del petróleo, el blanqueamiento y para la preparación del cuero. El NaOH (soda caústica) y el KOH, son los dos productos más importantes de esta

familia. En 1863, el Acta de trabajos con Alkali fue creada por el gobierno británico. Esta ley limita las emisiones químicas con el fin de limitar los estragos sobre el medio ambiente y que habían golpeado la región de Midland durante unos 150 años. Proceso Le Blanc Método para convertir la sal en carbonato de sodio utilisando ácido sulfúrico, carbonato de calcio, y carbón como materia prima, y produciendo ácido clorhídrico como subproducto. Fue inventado en 1789 por Nicolas Le Blanc, un químico industrial francés. En 1794, justo después de la revolución, el gobierno francés decomisa el proceso Le Blanc y su fábrica, sin pagarle un peso. Aunque su proceso le generó una vasta fortuna, el muere en la pobreza. Se dice que su proceso fue el comienzo de la industria química moderna. Aunque la química de su proceso era desconocida durante cerca de 10 años, se encuentra más tarde las siguientes etapas: a) 2 NaCl (sal) + H2 SO4 (ácido sulfúrico) => Na2SO4 (saltcake, intermediario) + 2 HCl (ácido clorhídrico, un desecho muy peligroso!) b) Na2SO4 (saltcake) + CaCO 3 (carbonato de calcio) + 4 C(s) (carbón) => Na2 CO3 + CaS (desecho de sulfuro de calcio impuro) + 4 CO Proceso de Solvay (Solvay) Proceso perfeccionado en 1863 por el químico belga Ernest Solvay quién se apoyó en el descubrimiento de su química hacía 50 años, por Fresnel. Este último demostró en 1811 que el bicarbonato de sodio podía ser precipitado en una solución de sal conteniendo bicarbonato de amonio. La química era mucho más simple que la del proceso Le Blanc pero los obstáculos de operación a escala industrial debían resolverse. 60 años de esfuerzo habían fracasado y la contribución de Solvay en el dominio de la ingeniería química fue la solución, ya que el problema estaba en la operación y no en el principio químico. La esencia de su proceso fue una torre de altura de 80 pies, en donde se ponía en contacto una solución salina amoniacada con dióxido de carbono. Las placas y la concepción de los platos de contacto de la torre creaban una gran superficie de contacto para la reacción. Este proceso tenía muchas ventajas en relación al proceso Le Blanc: 1. Operación continua 2. Producto fácil de purificar 3. Auscencia de subproductos peligrosos o difíciles de tratar

Preguntas a discutir ¿Cuáles son los eventos que conducen a la creación de esta profesión? ¿Esta profesión era en verdad necesaria? ¿Por qué surge al final del siglo XIX? ¿Por qué Inglaterra necesitaba Ingenieros Químicos? ¿Cómo los Estados Unidos se convierten en la cuna de esta nueva profesión?...