Ingeniería química

En la década de 1940, quedó claro que las operaciones unitarias por sí solas eran insuficientes para el desarrollo de reactores químicos . Si bien la predominancia de las operaciones unitarias en los cursos de ingeniería química en Gran Bretaña y Estados Unidos continuó hasta la década de 1960, los fenómenos de transporte comenzaron a recibir mayor atención. ^{[ 8 ]} Junto con otros conceptos novedosos, como la ingeniería de sistemas de procesos (PSE), se definió un "segundo paradigma". ^{[ 9 ] [ 10 ]} Los fenómenos de transporte proporcionaron un enfoque analítico a la ingeniería química ^{[ 11 ]} mientras que la PSE se centró en sus elementos sintéticos, como los de un sistema de control y el diseño de procesos . ^{[ 12 ]} Los desarrollos en ingeniería química antes y después de la Segunda Guerra Mundial fueron impulsados ​​principalmente por la industria petroquímica ; ^{[ 13 ]} sin embargo, también se realizaron 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 , incluyendo la penicilina y la estreptomicina . ^{[ 14 ]} Mientras tanto, los avances en la ciencia de los polímeros en la década de 1950 allanaron el camino para la "era de los plásticos". ^{[ 15 ]}

Durante este período también surgieron preocupaciones sobre la seguridad y el impacto ambiental de las instalaciones de fabricación de productos químicos a gran escala. Primavera silenciosa , publicada en 1962, alertó a sus lectores sobre los efectos nocivos del DDT , un potente insecticida . ^{[ 16 ]} El desastre de Flixborough de 1974 en el Reino Unido provocó 28 muertes, así como daños a una planta química y tres pueblos cercanos. ^{[ 17 ]} El desastre de Bhopal de 1984 en la India provocó al menos 4000 muertes. ^{[ 18 ]} Estos incidentes, junto con otros , afectaron la reputación del sector, ya que se prestó mayor atención a la seguridad industrial y la protección del medio ambiente . ^{[ 19 ]} En respuesta, el IChemE exigió que la seguridad formara parte de todos los cursos de grado que acreditaba después de 1982. Para la década de 1970, se instituyeron leyes y agencias de control en varios países, como Francia, Alemania y Estados Unidos. ^{[ 20 ]} Con el tiempo, la aplicación sistemática de los principios de seguridad a las plantas químicas y de otros procesos comenzó a considerarse una disciplina específica, conocida como seguridad de procesos . ^{[ 21 ]}

Los avances en informática encontraron aplicaciones para el diseño y la gestión de plantas, simplificando cálculos y dibujos que antes debían realizarse manualmente. Se desarrollaron programas como Aspen HYSYS para completar múltiples cálculos de ingeniería química. La finalización del Proyecto Genoma Humano también se considera un avance importante, que no solo impulsó la ingeniería química, sino también la ingeniería genética y la genómica . ^{[ 22 ]} Se utilizaron principios de ingeniería química para producir secuencias de ADN en grandes cantidades. ^{[ 23 ]}

El diseño en ingeniería química se ocupa de la creación de planes, especificaciones y análisis económicos para plantas piloto , plantas nuevas o modificaciones de plantas existentes. Los ingenieros de diseño suelen trabajar como consultores, diseñando plantas para satisfacer las necesidades de los clientes. El diseño está limitado por varios factores, como la financiación, las regulaciones gubernamentales y las normas de seguridad. Estas limitaciones determinan la elección del proceso, los materiales y el equipo de una planta. ^{[ 24 ]}

La construcción de plantas es coordinada por ingenieros y gerentes de proyecto, ^{[ 25 ]} dependiendo del tamaño de la inversión. Un ingeniero químico puede desempeñar el rol de ingeniero de proyecto a tiempo completo o parcial, lo que requiere capacitación y habilidades laborales adicionales, o bien actuar como consultor para el grupo del proyecto. En los EE. UU., la formación de los graduados en ingeniería química de los programas de licenciatura acreditados por ABET no suele hacer hincapié en la ingeniería de proyectos, la cual puede obtenerse mediante capacitación especializada, como asignaturas optativas o en programas de posgrado . Los puestos de ingeniería de proyectos son algunos de los mayores empleadores para ingenieros químicos. ^{[ 26 ]}

Una operación unitaria es un paso físico en un proceso individual de ingeniería química. Las operaciones unitarias (como la cristalización , la filtración , el secado y la evaporación ) se utilizan para preparar reactivos, purificar y separar sus productos, reciclar reactivos no utilizados y controlar la transferencia de energía en los reactores. ^{[ 27 ]} 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 y la oxidación ) implican la conversión de materiales por medios bioquímicos , termoquímicos y otros. Los ingenieros químicos responsables de estos se denominan ingenieros de procesos . ^{[ 28 ]}

El diseño de procesos requiere la definición de los tipos y tamaños de los equipos, así como su conexión y los materiales de construcción. Los detalles suelen plasmarse en un diagrama de flujo de procesos , que se utiliza para controlar la capacidad y la fiabilidad de una fábrica química, ya sea nueva o existente. ^{[ 29 ]}

La formación de los ingenieros químicos en la primera carrera universitaria (3 o 4 años de estudio) hace hincapié en los principios y prácticas del diseño de procesos. Estas mismas habilidades se utilizan en las plantas químicas existentes para evaluar la eficiencia y formular recomendaciones para su mejora. ^{[ 30 ]}

La modelización y el análisis de los fenómenos de transporte son esenciales para numerosas aplicaciones industriales. Estos fenómenos involucran la dinámica de fluidos , la transferencia de calor y la transferencia de masa , las cuales se rigen principalmente por la transferencia de momento , la transferencia de energía y el transporte de especies químicas , respectivamente. Los modelos suelen considerar por separado los fenómenos a nivel macroscópico , microscópico y molecular . Por lo tanto, la modelización de los fenómenos de transporte requiere un conocimiento de las matemáticas aplicadas. ^{[ 31 ]}