Los reactores fluido-sólido no catalíticos, en los orígenes de la

actual sociedad tecnológicaEnsayo sobre la Ingeniería Química y su evolución hasta mediados Siglo XX

José Á Dávila-Gómez y otros

En preparación al comienzo

• En lo que sigue se desarrolla una cierta historia unida por un hilo de tiempo que, partiendo de la Revolución industrial llega a nuestros días y se proyecta al futuro (si bien esta primera parte se detiene a mediados del siglo XX).

• Su objeto de estudio es la tecnología química desde el origen mismo de nuestra actual sociedad manteniendo como visión cosmológica al Hombre y su conocimiento del manejo de las tecnologías.

• Se desarrolla como un ensayo: introducción, desarrollo, reflexión, proyección y conclusión.

Reconocimientos

Su autor es tu profesor de los cursos dereactores homogéneos y heterogéneos,enriquecido por muchos colegas, notablementepor las Dras. Mayra Noemí Levy del InstitutoSuperior Politécnico José Antonio Echeverría deLa Habana y Marlena Castellanos Castro, de laAcademia de Ciencias de Cuba, reconocida conel Premio Nobel de la Paz 2007 por sus trabajosen Economía Sustentable en el GrupoIntergubernamental de Cambio Climático

Método

Se te pide sigas con atención este documento y completa las actividades solicitadas conforme se avance en el mismo; al final tendrás una actividad de texto libre para que puedas comentar lo que gustes respecto del material ofrecido.

Introducción: En busca de los orígenes

• La Tecnología Química y los Reactores Definamos la tecnología química como el conjunto de herramientas, técnicas y procedimientos empleados en las diversas ramas de la industria química.

En general se identifica por los cambios de concentración de los componentes químicos de sus materiales. La tecnología química es impensable sin reactores químicos en su corazón mismo.

Tecnología Química y Revolución Industrial

La revolución industrial es un fenómeno de los siglos XVIII y XIX ligado notablemente a la explotación extensiva de la hulla y caracterizado por la desaparición más o menos total de la empresa artesanal -de origen feudal-, por la concentración de trabajadores en talleres debido a la generalización del uso de las máquinas y por el comienzo de la emigración del campo a la ciudad.

Carbón Mineral o Hullas (Coal, en)¿Qué son? ¿Cómo se clasifican? • Combustible mineral fósil sólido proveniente de

microorganismos y vegetales que se transformaron, en el curso de la historia geológica, adquiriendo gran poder calorífico.

Se estudian en cuatro clases:• 1. Antracíticas (95% Carbono, lhyc*), o de flama corta;

gasificables.• 2. Bituminosas (90% Carbono), o de flama larga; pirolíticas.• 3. Subbituminosas (85% Carbono); degradables o reactivas.• 4. Ligníticas; blandas o espirituosas

¿Pre-Reactores (antes de IQ)?

Reconocemos que el uso de las diferentes clases de hullasderivó en aplicaciones, en dispositivos, en actividadeshumanas tecnológicas perfectamente diferenciables por sunaturaleza inicial:1. Así, las hullas gasificables produjeron hierro, las hullas

pirolíticas calor y las demás, por su reactividad o utilidad permitieron la obtención de gas de iluminación y de síntesis o pigmentos.

2. La enorme concentración de la población migrante en las ciudades trajo como consecuencia la realización de grandes fábricas y nuevos servicios, en una dinámica revolvente que continúa en nuestros días en estadios superiores.

Producción de Hierro

• El Alto Horno es un reactor representativo de esa tecnología productiva

(espacio para colocar una imagen de un Alto Horno)

La producción de hierro es al origen de las tecnologías que dieron nacimiento a las Ing. de Minas y Metalurgia.

1. Hulla(s) + Aire(g) -> CO(g) + Inertes(s,g)

2. Mineral Fierro (s) + CO(g) -> Fierro(l)+ CO2(g)

Producción de Energía (Calor)Origen de: Ingeniería Térmica (que después fue Mecánica).

Reactores representativos: Hornos Combustores y Generadores de Vapor • Hulla(s) + Aire(g) -> CO(g) + Inertes(s,g) (Proceso de

gasificación= oxidación lenta); + antorcha de activación; en combinación con:• Hulla(s) + Calor (de la gasificación) -> Materia Volátil

(Pirólisis) + Materia carbonosa (coquización)seguidas de un proceso de oxidación rápida • CO, MV (g) + Aire (g) -> CO2(g) + H2O(g) + Sobrantes e

Inertes (g)

Otras máquinas, tuberías, combustibles sintéticos, materiales

Producción gas, breas, tintas, gasificadoresintensivos de las subbituminosas dieron origen a la Ingeniería del Gas y del Carbón. • Gas de iluminación (similar al grisú),• Alquitranes (resinas, condensables de la materia

volátil de las hullas; breas y ceras),• Coque (combustible y pigmento), • Gases de síntesis: CO(g) + Vapor(g) --> CO2(g) +

H2(g) (proceso de reformación)

Actividad

Resume el contenido de cada uno de los incisos que vienes de leer:

Tecnología del carbón y de minerales

Los anteriores desarrollos conforman la tecnología del carbón primigenia. La diferenciación de las actividades, la necesidad creciente de allegarse y del manejo de nuevos minerales, abocaron la utilización específica de los conocimientos químicos de los materiales y sus productos. Así, en los hechos, desde el inicio de todo, con la revolución industrial, nació la Ingeniería Química, como la expresión última y excelsa de las especialidades que tan sólo se sintetizaron.

Ingeniería Química, una mezcla de…Conocimientos de las tecnologías de• Industria de los metales• Industria de la generación de calor y sus dispositivos: de la

construcción mecánica• Industria de los gases y derivados: industria de la distribución, tuberías

y conexiones• Los minerales y los nuevos materiales• Los conocimientos de las transformaciones químicas (muchos

alquímicos aún)se tiene en consecuencia: La Industria “Química” (Siglo XIX), fue conformada por una tecnología de los minerales en general (el petróleo apenas se conoce) • Las empresas: Charbonnages de France (carbón); Industries Saint

Gobain (Vidrio); Cementos Portland (USA), Carborundum (USA) son ejemplos tempranos de la síntesis mineral-carbón-sales y óxidos, que hicieron la Ingeniería Química.

Revolución, en tiempos de paz

La revolución industrial se realiza, de manera digamos que explosiva, en el siglo XIX y fue pacífica, en lo que cabe. Después de la gran revolución francesa, las guerras napoleónicas y la de secesión norteamericana pasando por las independencias de las Américas, las nuevas riquezas y potencialidades técnicas dieron ciertamente paso a cientos de guerras localizadas; pero el propio dinamismo científico tecnológico inyectado por las nuevas tecnologías, modificó de tajo la sociedad rural previa. Un ejemplo en el sentido de que no son sólo las grandes guerras sino también las grandes ideas las que mueven al mundo. "...no lo hacemos porque sea fácil sino porque sabemos es difícil. JFKennedy", al anunciar el programa espacial USA, para llevar al Hombre a la Luna.

Reflexión

Escribe una reflexión personal sobre lo que vienes de leer, en el apartado o en todo el pptavanzado hasta aquí. “LAS GUERRAS, SON VERDADERAMENTE UN CAUSAL DE NUEVAS TECNOLOGIAS? HAY CAUSALES DE NUEVAS TECNOLOGIAS SIN GUERRAS, ES DECIR, EN TIEMPOS DE PAZ?

TRANSICIÓN: Del carbón a las gasolinas y gasóleos

Del fogón a las máquinas de combustión internaLas aplicaciones de la tecnología vehicular parten del uso intensivo del vapor y el aire caliente (máquinas de vapor: trenes, barcos) a los motores de combustión interna (MCI), tanto de chispa (gasolina) como de compresión (diesel), dando origen a los automóviles en las postrimerías del siglo XIX y en los inicios del siglo XX; de igual manera, el sueño de volar de Da Vinci, se volvió una realidad. • Tecnología vehicular (trenes, barcos, autos: Motores a

Gasolina (Ciclo Otto) y Motores Diesel (de aire, de petróleo), Ford (USA) y Astilleros Southampton (Titanic, UK).

Tecnología del petróleo, en síntesis

Del crudo al refinado, las consecuencias• Tecnología de la exploración, la explotación, la

refinación, la distribución y la comercialización del petróleo.

• Refinación del Petróleo. Crudos y fracciones. • El desarrollo de la aeronáutica y otras

industrias.

IQ y Siglo XX

• La Ingeniería Química se inició formalmente por el reconocimiento que hizo el Massachussets Institute of Technology (MIT, USA), incorporando en sus planes de estudio la especialidad a principios del siglo XX.

• En Francia le siguieron algunas Grandes Escuelas de Ingeniería, en particular, la de Limoges especializada en las tecnologías aplicables al manejo y utilización de la cerámica (la porcelana de Limoges es una de las más pretigiadas del Mundo), y la de Toulouse.

• Ciertos países, como Alemania, no consideraron la ingeniería química como una nueva especialidad hasta bien entrados los 80s del siglo XX.

Objeto de estudio de la IQ

El nombre en francés deriva de una parte de la palabra Ingeniería (ingénierie, maquinaria) para indicar al profesional: Génie Chimique (genio químico). • Les siguieron otras escuelas, politécnicos y

universidades, en particular en el periodo comprendido entre las dos guerras mundiales.

El objeto de estudio dependió mucho de los países, siendo el petróleo uno de los intereses más importantes de la nueva especialidad. • En los países de América, más que el petróleo, fueron

los consorcios azucareros (ingenios), los que dinamitaron su incorporación.

La evolución a nuestros días• ¿Cómo se construye una especialidad? La ingeniería química es una especialidad

joven de la ingeniería, muy dinámica y no con pocos avances y retrocesos. De hecho no se sabe bien qué es o en qué se ha convertido.

• Las orientaciones torales de reactores y de procesos industriales que identifican a la Ingeniería Química no concretaron aún en muchos de nuestros países, por un desarrollo alternativo básicamente excluyente de la industria y de las escuelas (en otros países, las escuelas se iniciaron al interior de las empresas con el objeto de cubrir sus requerimientos de personal capacitado apropiado).

• Así, la certidumbre inicial ha cedido a modas derivadas de los avances tecnológicos de otras especialidades no necesariamente de ingeniería sino de las ciencias naturales y las matemáticas así como de las económicas - administrativas.

• Especialidades que, como la Computación y los Sistemas, han extraido de ella lo mejor para banalizarla luego, al convertirla de sujeto principal de estudio a objeto secundario de referencia.

• Los nuevos conceptos, biólogicos y genómicos notablemente, han acotado su desarrollo para el corto y mediano plazos.

¿Hacia dónde va la Ingeniería Química en el siglo XXI y sus reactores fs?

• Hasta aquí, hemos realizado un recorrido que considero arranca desde el origen mismo de nuestra actual civilización.

• Identificar los reactores que utilizaremos o continuaremos utilizando en las décadas venideras aún están borrosos, corresponde lo mismo a la Ingeniería Química, evolucionar y permanecer o no hacerlo y desaparecer.

• No nos queda duda alguna que serán fluido-sólido más que cualquier otro. ¿Por qué? la versatilidad de la fase sólida, que desaparezca o se desactive, es alta. En los últimos años la ingeniería química ha sido perfectamente identificada con los reactores de lecho fluidizado, más que con algunos otros ¿podrán los reactores de membrana reemplazarlos?

A propósito

• Apenas hemos avanzado un poco en esta historia relacionada con los reactores químicos

• En otra oportunidad continuaremos con lo siguiente

• Hagamos un alto retomando el resumen anterior, las reflexiones y las imágenes, para escribir, cada uno, una mejor historia.