Considerem l’obtenció de combustible líquid a partir de roques bituminoses. La idea és simple i s’esquematitza a continuació: les roques bituminoses són materials porosos que contenen hidrocarburs en els seus porus. En principi no es va prestar atenció a aquests materials, però amb la crisi del petroli i la previsió de l’esgotament de les seues reserves han resultat ser cada vegada més interessants. El problema que es planteja és la separació d’aquests hidrocarburs de les roques i el seu fraccionament.
La solució pot ser tan simple com la que es mostra en la figura 1.8. Es tracta d’un procés de dues etapes. En la primera etapa, les roques s’escalfen fins a uns 500 ºC en absència d’aire, amb la qual cosa els compostos volàtils se separen del carbó fixat a la roca. Es tractaria d’una destil·lació en absència d’aire. El procés es pot completar amb una segona etapa en què els hidrocarburs que romanen en les roques es cremen amb aire. La calor alliberada en aquesta segona etapa serveix per a escalfar la primera, evitant així el consum d’una altra font energètica.
Figura 1.8. Procés d’obtenció de combustible líquid a partir de roques bituminoses.
Pareix que una operació tan simple hauria de donar lloc a un únic disseny. Doncs bé, moltes companyies han treballat en aquest tema, i han generat diferents dissenys. Així, mentre que en uns casos els sòlids circulen en contracorrent amb el gas, en altres ho fan en flux creuat, i en altres l’escalfament addicional té lloc per microones o per radiació, etc.
Aquest llibre es planteja una sèrie d’objectius. En primer lloc, s’espera que el lector aconseguisca, mitjançant la seua lectura, uns coneixements relacionats amb els principis de l’enginyeria dels reactors químics. En segon lloc, hi ha una sèrie d’habilitats que el lector ha de desenvolupar i adquirir. Amb tot això serà capaç de dissenyar els reactors químics bàsics.
Els coneixements a què ens acabem de referir estan relacionats amb:
a) Els diferents tipus d’operació (en continu, discontinu i semicontinu).
b) Les característiques dels reactors de mescla perfecta i de flux de pistó.
c) Les definicions de temps espacial i velocitat espacial.
d) La influència de les condicions (composició i temperatura) sobre la velocitat de reacció.
e) Considerar la possibilitat d’utilitzar una sèrie de reactors, i les seues diferències respecte del comportament dels reactors individuals.
f) L’optimació dels diferents sistemes analitzats.
g) Les definicions de selectivitat i rendiment, en el cas que tinguen lloc diverses reaccions.
h) La descripció dels fenòmens que produeixen allunyament del flux ideal.
i) La descripció dels fenòmens que acompanyen les reaccions heterogènies.
Les habilitats que el lector ha d’aconseguir al llarg de la lectura del llibre són:
a) Aplicar els balanços de matèria i energia als reactors bàsics, desenvolupant amb això les equacions de disseny per a aquests reactors.
b) Aplicar aquestes equacions de disseny per a analitzar i dissenyar els reactors en el seu comportament, tant per a reaccions aïllades com per a reaccions múltiples.
c) Optimar el comportament del reactor o sèrie de reactors amb distints condicionants.
d) Ha de ser capaç de fer prediccions sobre el comportament i l’aplicabilitat dels diferents reactors per a distints sistemes de reacció.
L’actitud del lector, una vegada finalitzada la lectura d’aquest llibre, hauria de ser d’una certa confiança que és capaç de descriure els fenòmens que succeeixen en els reactors químics bàsics. Aquesta descripció serà un model matemàtic, que en els casos més senzills es podrà resoldre amb facilitat, mentre que en els casos més complexos caldran tècniques i procediments més sofisticats.
Així mateix, per tal d’aprofitar aquests estudis, cal que l’alumne dispose d’una sèrie de coneixements sobre: matemàtiques (càlcul diferencial i integral, operacions amb matrius, resolució de sistemes d’equacions algebraiques i diferencials, optimització), química (estequiometria, equilibri químic, cinètica química), enginyeria química (balanços de matèria, energia i quantitat de moviment; fenòmens de transport i aplicació al disseny), etc.
Per tal de resoldre sistemes d’equacions algebraiques i diferencials es recomana la utilització de programes informàtics específics, com ara POLYMATH, STELLA, etc., aplicacions dels fulls de càlcul, o programes desenvolupats per a les calculadores programables, etc.
Per a la redacció d’aquest manual s’ha fet ús de molts dels llibres que es recullen a la bibliografia general, entre els quals voldríem destacar els de Fogler i de Levenspiel per la gran influència que han tingut, així com per l’esforç de facilitar la docència. Altres llibres remarcables són els de Froment i Bischof, Hill, Nauman, Rase, Santamaría i altres, etc.
Qüestions i lectures d’ampliació
Qüestions
1. Identifiqueu diferents tipus de reaccions que poden tenir lloc en un habitatge. Assenyaleu els reactius.
2. Seleccioneu la resposta correcta. Què succeeix durant una reacció de descomposició?
a) Es combinen dues molècules per a donar-ne una altra.
b) Només canvia la configuració de les espècies moleculars.
c) Una molècula es trenca en molècules més xicotetes.
d) Una molècula es corromp.
3. Quin dels noms següents és un exemple de reacció química?
a) Absorció
b) Addició
c) Sostracció
d) Concentració
4. Quin dels successos següents indica que ha tingut lloc una reacció química?
a) Canvia la temperatura.
b) El teu cor batega més ràpid.
c) Alguna molècula ha perdut la seua identitat.
d) Canvia el volum total.
5. Com perd una espècie química la seua identitat?
a) Canvi d’estat
b) Dilució
c) Reacció química
d) Amnèsia
6. L’enginyeria química difereix de les altres enginyeries en l’èmfasi que es fa en el seu coneixement sobre:
a) Operació i manteniment de plantes.
b) Cinètica química i disseny de reactors.
c) Termodinàmica i mecànica de fluids.
d) Història de l’art i filosofia.
7.