2007 CSB UDO/IQ - Universidad de Los Andes · C1/ 66 átedra Simón Bolívar Universidad de Oriente...

Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20071/ 66

Presentado porJean-Louis Salager

Laboratorio FIRP (www.firp.ula.ve)

Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 2007 Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20072/ 66

Siglo XIX = Revolución industrial

Las limitaciones de tiempo y espacio La calidad de los materiales El ambiente Los costos La legislación

Pocos científicos, pero muchos ...perfeccionadores y usuarios de descubrimientos INGENIEROSINGENIEROSEl ingeniero tiene que tomar en cuenta


La Ingeniería Química MIT (1888) Ingeniería Química como

opción del depto. de Química Europa (1890 -1900) > Química industrial Arthur Little (1915) introduce el concepto

de OPERACION UNITARIA A partir de 1920 … integración de

– Balances de masa y energía– Termodinámica multicomponente– Proceso de conversión, catálisis ...

A partir de 1970 … computadoras– Cambia escala de tiempo y complejidad de cálculos


1970 ... hace 35 años La UCV graduó 30 Ingº Químicos

CNU decidió crear carreras de Ingeniería Química en UDO, LUZ, ULA, USB …


Problema Nº 1 creacción de Escuela IQ

¿que ingº químico se necesitaba ... ... en Venezuela? en 1970 ... 30 graduados y 200 puestos de ingº químicos a llenar de inmediato.

nos preguntamos en aquel tiempo: ¿Que va a hacer el Ing. Químico en el año 1980 ... 1990 … 2000?


Tuvimos que leer en la bola de cristaly quizás no nos equivocamos mucho

porque nuestras Escuelas han producidoun ingeniero químico ... reconocido en todo el país con formación que ... ... “cuadra” mas o menos con la

demanda en muy diversos sectores

Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20077/ 66 Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20078/ 66

Pensum actual Ciencias básicas Termodinámica Fenómenos de transporte Operaciones unitarias Procesos de conversión Ingeniería de procesos Especialización

– Petróleo, pulpa y papel, ambiente,alimentos, catálisis, controlfenómenos interfaciales ...


Actividades enVenezuela

Transformación de materias primas:– Refinación del petróleo y petroquímica– Conversión de crudos extrapesados– Metales: hierro, aluminio– Pulpa y papel … etc

Operación de planta, optimización, diseño Desarrollo de productos Investigación-desarrollo


Las mismas preguntas que en 1970 ¿que ingeniero necesitamos formar? ¿que hará el ing° químico en 20-30 años? ¿que actividades? ¿que sector de la sociedad?

Es importante contestar por muchas razones enparticular la sobrevivencia de la especie “IQ” !!!


Campo de acción delIngeniero Químicoen el tercer milenio

en realidad soloen los próximos

20 - 30 años

¡ Lo que alcancela bola de cristal !


¡ Hay que anticipar !

para estar listo al momento para reducir el retraso al cambio para “forzar” el cambio para cumplir mejor con nuestro papel … en una sociedad cuya necesidades

evolucionan rápidamente


evolución = se acelera aplicación cada vez más inmediata en 10 años 50% productos nuevos en 4 años x 2 veces más información

en ciertos sectores ... ... obsolescencia en menos de 10 años ... y a veces menos de 5 años

! hay que adaptarse al cambio permanente !


adaptación en la universidad seguimiento de las tendencias reducción de la inercia al cambio atrevimiento e innovación pragmatismo > PRODUCCION además

de (docencia + investigación + extensión)

FORMACION CONTINUA diploma a validar cada 5 ó 10 años !!!


adaptación en el trabajo cambio frecuente de actividad / profesión trabajo a distancia (via red) trabajo pluridisciplinario - integral

menos información a nivel individual menos experticia a nivel individual

globalización cultural y económica

mucha flexibilidad sicologia mucha flexibilidad técnicarequiere


¿ en que trabajará elingeniero químico en10 ó 20 ó 30 años ? en lo de siempre ... ... (que no habrá cambiado)

en nuevos sectores de actividad tipos de actividad

Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200717/ 66 Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200718/ 66

la ingeniería química cubre25% de la industria

PRODUCTOS QUIMICOS PETROLEO / PETROQUIMICA FERTILIZANTE, FITOSANITARIOS PLASTICOS, CAUCHOS CEMENTO, CERAMICAS, VIDRIO PULPA Y PAPEL FIBRAS Y TEXTILES METALES NO–FERROSOS ALIMENTOS Y BEBIDAS PINTURAS Y BARNICES HIGIENE – SALUD FARMACOS Y COSMETICOS DETERGENTES, DESINFECTANTES etc

gran variedad

de sectores


y también gran variedad de ... ESCALAS ( molécula Km 2 )

PROBLEMAS

ACTIVIDADES LABORALES

variedad de industrias

$ científicos tecnológicos económicos

operación, supervisión,gerencia, adiestramientodiseño, modelaje, computación


y recuerde que los ingenieros químicosfueron pioneros en ...Ingeniería de Control Ingeniería de Procesos

Ingeniería de Sistemas

Ingeniería Industrial


en Venezuela

Transformación de materias primasOperación de Planta, Optimización,Diseño, Rehabilitación, Ing. ProcesosInvestigación – Desarrollo

IngenieríaQuímica

HOY


La ingeniería química de mañana


nuevas fronteras

1. Biotecnología - bioingeniería 2. Nuevos materiales 3. Protección ambiental 4. Energía - Recursos naturales 5. Interfases - micro/nano-estructuras 6. Ingeniería de procesos computarizada

Ingeniería de productosy evolución hacia


1. Biotecnología

EXTRACCION y SINTESIS de FARMACOS, ENZIMAS, PROTEINAS etc ... BIOREACTORES SEPARACION PURIFICACION


1. Bioingeniería

ORGANOS ARTIFICIALES protesis, materiales inertes

DIALISIS (Membranas) KITS de DIAGNOSTICO LIQUIDOS BIOCOMPATIBLES

µemulsiones perfluoradas FORMULACIONES ACTIVAS

µemulsiones para disolver cálculos


enzima

vitaminaprotegida

intercambioCO 2

micela surfactante fluorado

y O2

Emulsificación

conmembrana

conmicrocanales

Nanoemulsiónbiocombustiblevector parenteral

microemulsiones


Mecanismo de transferencia enmembrana líquida con transportador

Transportador

membrana

El transportador esun agente acomplejanteque hace soluble laespecie a separar en lamembrana.Puede ser muy especifico:Selectividad


2. Nuevos Materialesultrapuros

ELECTRONICA, SEMICONDUCTORES MICROCIRCUITOS GRABADOS MEDIOS MAGNETICOS FIBRAS OPTICAS

Procesos deultrapurificación

BCl 3SiF4

etcO2

SiCl 4GeCl 4

O2H2


2. Nuevos Materialespolímeros

POLIMEROS ORIENTADOS POLIMEROS CONDUCTORES FIBRAS ULTRARESISTENTES MEDIOS POROSOS

MATERIALES COMPUESTOS FIBRAS + EPOXI o RESINA ORGANOGELES


2. Nuevos Materialescerámicas

INTRUMENTOS DE CORTE ALETAS DE TURBINA REFRACTARIOS, AISLANTES, PROTESIS DIODO LASER, DIODO OPTICO SUPERCONDUCTORES PIEZOELECTRICOS


Pigmento opaco para pintura (TiO2) La opacidad resulta de la difusión de luz por laspartículas dispersadas en la matriz polimérica.

Indice de refracción muy diferente de la matrizBaja absorción en el espectro visibleDiámetro de partícula = λ / 2 o sea 300 nmRecubrimiento aislante (TiO2 es fotocatalítico)Hidrofobadas (para no apelmazar)

MineralilmenitaFeTiO3

Sulfato detitanilo

Cristales derutilo (TiO2)

Recubrimientode óxidos

(SiO2, Al2O3)

Proteccióncoloidal

(Poliols, siliconas)

Lixiviación H2SO4

Precipitación, calcinación

Ejemplo: Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200732/ 66

3. Protección del Ambiente


3. Protección y Remediación TRATAMIENTO DE DESECHOS LIQ-SOL. HUMOS DE COMBUSTION E INCINERACION, IMPACTO ECOLOGICO DE LA INDUSTRIA, NUEVOS PROCESOS DE SEPARACION–PURIFICACION ELIMINACION DE RESIDUOS

ejemplos: tratamiento de fosas, de ripios


Eliminación de fenolFenol más soluble en agua a pH 10 que a pH 7

Fenol enagua apH 7

Emulsión W/Ocon agua a pH 10

Emulsión múltipletranferencia fenol

Separación faseaceite con gotasde agua a pH 10

cargadas de fenol

Agua a pH7 sin fenol

ejemplo:


Extracción de Zinc mediante emulsiones múltiples: Esquema del proceso

Agua de desecho(500 ppm Zn)

Emulsión W1/O

Refinado (3 ppm Zn)

Fasedespojadora(W1)

Torr

e de

des

poja

mie

nto

Separador

Fase acuosarica en zinc(60 g/L)

Esquema de separación deZinc de agua de desecho deuna planta textil ubicada enGraz, Austria.

El Zn del efluente se reduce de500 ppm a menos de 3 ppm.Por otro lado el Zinc seconcentra a 60 g/L.En este caso ocurre unatransferencia del Zinc encontra de su gradiente deconcentración.

Se utilizan transportadores.

W1W2

W2

EmulsiónmúltipleW1/O/W2

Fase O

Emulsor


Recuperación mejorada del petróleo– Procesos Alcali-Surfactante-Polímero– Combustion in-situ, inyección de vapor, CO2 etc

Aprovechamiento crudos extrapesados– Conversión profunda, orimulsion®

Aprovechamiento desechos orgánicos Carbón, carboquímica, combustibles

– Combustibles emulsionados (aquazol)– Biocombustibles, etanol, hidrogeno …

Procesos de extracción y separción– Enriquecimiento de alta selectividad

4. Energía - Recursos naturales


4. Energía - Recursos naturales Recuperación mejorada Control de inyección (espuma / emulsión)

1 Pozoinyector 4 Pozos

productores

banco de aceite


Reservas mundiales de Petróleo

RESERVASCONOCIDAS

PRODUCIDO

115

130 100-15020-30

?

PORDESCUBRIR

CRUDOS CONVENCIONALES CRUDOSX-PESADOS

RESERVAS

cifras en MMM toneladas


Crudos convencionales( > 20 °API)

RESERVAS

PRODUCIDO

MEDIOORIENTE(50%)

VENEZUELA(3%)

Recuperación25 - 30%

Cifras x 10 9

Miles de Millones de BarrilesCRUDO EN YACIMIENTOS

OTROS600


Crudos pesados (entre 10 y 20°API)y XP - bitúmenes (< 10 °API)

(90% en la FAJA del ORINOCO)

VENEZUELA CANADA(45 %)

CP y XP en YACIMIENTOS VENEZOLANOS

Recuperación10 - 20%

Cifras x 10 9

Miles de Millones de Barriles

RESERVAS

(45 %)


Faja Petrolíferadel Orinoco (FPO) Reservas considerables A poca profundidad (300 m) Arenas no consolidadas Clima favorable Producción posible por :

-> inyección de vapor -> inyección de solvente -> mecanismo de espumeo

Rio Orinoco

700 Km

x 100 Km


CXP Faja Petrolífera del Orinoco Gravedad 8-12 ºAPI (biodegradado) Viscosidad 500-2500 cP @ T,P yacim. Presión fondo 700-1300 psi @ 50-70ºC Gas/Aceite 100-150 ft3/Bl SARA 10-20 / 40-50 / 30-40 / 10-20 Azufre 3-4 % Vanadio 30-400 ppm Clima tropical CANADA


Usos potenciales de los CP-CXP

mezclado con liviano

conversión profunda pirólisis (crudo sintético) hidrogenación con H2

hidroconversión con H2O Aquaconversion®

combustible emulsionado Orimulsion®

poco interés

Comercial en Canadá,y en Venezuela = Josedemasiado caro

prometedor

comercial


CXP : Fuel Energía eléctrica

Year

1970 1980 1990 2000 2010

0

2

4

6

8

10

12

Coal

Hydraulic

Nuclear

Gas

Petroleum

Height = World petroleum production

Electrical EnergyGeneration from

Elec

trica

l Ene

rgy

Gen

erat

ion

equi

v. M

MM

ton.

Pet

role

um Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200745/ 66

CP y CXPalternativa económica parageneración de energíao crudos sintéticospero hay que producirlos

en Canadá > técnicas mineras

en Venezuela > Producción“casi” convencional


5. Interfases - Micro/NanoEstructuras

Catalizadores Electroquímica y Corrosión Coloides y Surfactantes

– Micelas, cristales líquidos, liposomos– Microemulsiones, nanoemulsiones

Adsorción en monocapas Fuerzas intermoleculares

– Concreto de alta resistencia,– Limpieza superficial, adhesion

Membranas sintéticas y biológicas– Micro/Ultrafiltración, nanoseparación, osmosis


5. Interfases - Microestructurascoloides y surfactantes

micela± esférica

micelacilíndricay otras ...cristal líquido lamelar

surfactante en solución



No es estequiométrico, y puede incorporar ...agua

agua

aceite“solido”

“líquido”

CRISTAL LIQUIDO


estructurabicontínuadeSchwartz

agua“dentro”

aceite “fuera”

5. Interfases - Microestructurascoloides y surfactantesMICROEMULSION



Bicapa

Cristal Líquido Lamelar

Vesícula esférica

bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinato de sodio

O

O

O

O

SO Na3

- +


ejemplo :

1 barril de “química” deshidratante cuesta 500 US$

500

contiene 120 litros de gasoleocontiene 20 Kgs de surfactante(s)incluye barril y gastos de distribucióny otros gastosincluye know-how + beneficio

=500

= 10 US$= 40 US$= 30 US$= 20 US$= 400 US$

XZ007


Destintado del papel recuperadoPapel recuperado

Fibras“limpias”

espuma+ tinta

aire

diluyente

Solución NaOH

Detergente

Espumante + Colector

Papel recuperadoPapel recuperado 200 $ / ton. 200 $ / ton.Fibra limpiaFibra limpia 800 $ / ton. 800 $ / ton.

flotación de laspartículas de tinta

destintado

desfi

brad

o

ejemplo :


Concreto de alta resistencia Adhesión Limpieza superficial

5. Interfases - Microestructuras

papeletas post-itimpresión laser de circuitos

separación por adsorción

fuerzas intermoleculares


microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración,ósmosis inversa

diálisis y electrodiálisis membranas minerales (sol-gel) membranas poliméricas membranas organo-gels

5. Interfases - Microestructurasmembranas


5. Interfases - Micro/NanoEstructuras

Nanotecnología Nanomateriales Nanoemulsiones Nanopartículas Nano … lo que sea !


6. Ingeniería de Procesoscomputarizada

ModeladoDiseño

Control

OptimizaciónSimulación


Procesos y Productosayudados por computadora

Análisis, modelado y simulación Diseño y control óptimo de procesos Introducción de restriciones ambientales

– toxicidad, eliminación, impacto etc

Ingeniería de productos– optimización no-lineal– Investigación de operaciones


Ingeniería de Procesos grandes cantidades - bajo costo ... está poco a poco sustituido por ...

propiedades muy específicas que a veces no existen en la naturaleza

Ingeniería de Productos


se espera el equilibrio entre formación y ruptura

EQUI

LIBR

IO

caudal de gas constante

por ejemplo

H

H

HH

H

ESPUMEO - METODO DE BIKERMAN


Espumas“pulsantes”

NORMAL H

tiempo

H

Tiempo

Hcrecimientoruptura (total)crecimientoruptura (total)etc

¿ interesante, no?Por ejemplo en decontaminaciónde una central nuclear !!!


espumas pulsantes

tipo de surfactante

rango deconcentración

rango decaudal de gas

tamaño de burbuja

¡ efectos opuestos !

FORMULACION

COMPOSICION OPERACION

APARATOS

ingeniería de - formulación de - producto

¿ESCALA?

¿ESCALA?


caso general

FORMULACION COMPOSICION PROTOCOLO (agitación etc)

PROGRAMACION de los anteriores EVOLUCION y MEMORIA del PRODUCTO

FENOMENOLOGIA

ESCALA


¿ Cuantas variables ?

55FORMULACION+ T et P

33COMPOSICION

3322 4455?

APARATOPROTOCOLOOPERACION etc

Estudio sistemático con Σ = 1010 variables ?

??


con 10 valores por variable, se requieren 10.000.000.000 experiencias

= 500.000 añosde trabajo ???

parece difícilaúncomputarizando


Laboratorios IQ-ULAactivos en investigación

“bien” orientada

F.I.R.P.

Membranas

Catálisis

¿ IQ-ULA en todo esto ?¡ No tan mal !

Biotecnología - Bioingeniería

Nuevos materiales

Interfases - micro/nano-estructuras

Energía - Recursos naturales

Protección y Remediación Ambiental

Procesos ayudados por computadora

Gracias a una política de investigación acertaday planificada sobre 25 años !!!!

Red nacional de Laboratorios PS-LUZ, SDA-UDO,PH-UC, USB, UCV … se ha ido formando !


Visitenos enwww.firp.ula.ve

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