INTRODUCCION AL DISEÑO CONCEPTUAL DE PROCESOS QUIMICOS 5.1 Introducción

En este capitulo se introducen los conceptos básicos acerca de las decisiones que deben confrontar los Ingenieros Químicos y las etapas envueltas en el desarrollo de un diseño de un proceso. Se debe poner especial énfasis en la creciente importancia de la protección al medio ambiente y de asegurar la operación confiable y segura de los procesos. También se debe enfatizar el rol del computador debido a que este es utilizado cada vez en mayor número de diseños rigurosos y aproximados.

5.2.-Sistema Jerarquizado para la Síntesis de Procesos Químicos

Es posible efectuar la Síntesis o el Diseño de un nuevo Proceso por medio de una metodología sistematizada que permita en forma simple identificar los posibles problemas de contaminación y de producción de residuos peligrosos en las etapas del desarrollo del proceso. Este procedimiento pone el énfasis en las decisiones que se deben tomar para llevar a cabo el diseño. Si las decisiones se cambian, entonces se generan alternativas de procesos. Algunas de estas decisiones afectan las alimentaciones y los productos del proceso lo cual incide en algunos casos produciendo efectos adversos sobre el ambiente y los seres humanos. Por lo tanto si es posible efectuar decisiones en las etapas iniciales de un diseño que no produzcan problemas ambientales, podremos de esta forma desarrollar “ procesos tecnológicamente limpios

“.

No existe hasta el momento un conocimiento extendido del concepto de “Tecnología

Limpia “ o “ Producción Limpia” ( Clean Technology or Cleaner Production ).

De acuerdo a la definición del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente PNUMA ( Cleaner Production Program : UNEP [ United Nations Environment Programme] ), la Reducción de Residuos, la Prevención de la Contaminación , la Minimización de Desechos y las Tecnologías Limpias son términos utilizados mundialmente para describir las Estrategias de Protección Ambiental.

El uso de Tecnologías Limpias o de Producción Limpia significa “La aplicación

continua de una estrategia ambiental integrada y preventiva a los procesos y productos de modo de reducir los riesgos para los seres humanos y el ambiente”.

Para los Procesos de Producción, la Producción Limpia incluye la conservación de materias primas y energía, la eliminación de materias primas tóxicas y la reducción de la cantidad y toxicidad de todas las emisiones y desechos antes de que estos abandonen el proceso.

Para los productos la estrategia se focaliza en la reducción de los impactos a lo largo de todo el ciclo de vida del producto, desde la extracción de las materias primas hasta la última disposición del producto.

La estrategia de Producción Limpia se logra por medio de la aplicación de nuevas tecnologías , del mejoramiento de las existentes o por el simple cambio de actitudes. El uso de Tecnologías Limpias es diferente a lo tradicional , debido a que el pensamiento actual sobre los impactos ambientales se focaliza sobre que hacer con los desechos y emisiones después que han sido creadas. La meta de una Producción Limpia es en primer lugar “ No Generar “ residuos o desechos .

La gran importancia de la Producción Limpia estriba en que a corto o largo plazo es el medio más efectivo y de menor costo para operar los procesos y desarrollar y producir nuevos productos. Los costos producidos por los desechos y las emisiones además del impacto negativo ambiental puede ser evitado aplicando los conceptos de Tecnologías Limpias desde el comienzo.

El Diseño Conceptual permite utilizar de una manera simple un procedimiento para identificar potenciales problemas de contaminación y para identificar alternativas de procesos que pueden ser utilizadas para eliminar estos problemas

En los países desarrollados las agencias reguladores ( EPA , UNEP, etc) y las industria, aparecen como receptivas a una operación más pro activa hacia cambios por Tecnologías Limpias. Esto significa un desarrollo acelerado de procedimientos sistemáticos para el Diseño de Tecnologías ambientalmente compatibles. Se debe volver a lo básico y efectuar cambios institucionales que afecten el Diseño en Ingeniería, la Investigación y la Educación.

El análisis económico tradicional de los procesos muestra que las plantas más seguras y menos contaminantes son menos eficientes en términos de energía o materias primas. De echo, las plantas químicas han sido diseñadas en el pasado principalmente para maximizar la confiabilidad, la calidad del producto, y la rentabilidad. Temas tales como “ emisiones crónicas “, “ manejo de productos tóxicos “, y “ seguridad “, a menudo han sido tratados como factores secundarios.

En la actualidad , las plantas que son más seguras, y que no generan desechos tóxicos , han probado ser a la larga menos costosas de construir y de operar.

El Diseño Conceptual , desarrolla un diseño por medio de una serie de niveles jerarquizados. donde se van agregando detalles adicionales en cada nivel. Las decisiones requeridas a cada nivel para desarrollar el Diagrama de Flujos, se identifican claramente, y si estas decisiones se cambian, se identifican todas las alternativas de procesos en cada nivel. Se efectúa un análisis económico en cada etapa, de modo de terminar tempranamente con los diseños no adecuados.

Algunas de las decisiones hechas en cada nivel pueden cambiar los flujos que entran o salen del proceso. En algunos casos estos flujos pueden causar problemas de contaminación, y por lo tanto si podemos tomar decisiones que no introduzcan flujos de salida en el Diagrama de Flujo que provoquen impactos adversos en el medio ambiente, entonces habremos cumplido con nuestra meta de minimización de desechos . Debe reconocerse sin embargo que el “ proceso más limpio “ no siempre será el proceso “más económico”.

Por ejemplo, una de las decisiones al nivel de Entrada-Salida del proceso ( nivel 2) , es si se debe recuperar y reciclar o recuperar y remover de un proceso los subproductos formados por reacciones reversibles secundarias, es decir reacciones del tipo :

A + B --- Producto A + producto ======= Sub-producto

donde la segunda reacción es reversible , pero la primero no lo es. Si el subproducto se remueve del proceso, se agrega un nuevo producto, mientras si es reciclado no se obtiene un subproducto. La remoción del subproducto aumenta el costo de la materia prima , debido a las pérdidas por selectividad de las materias primas más caras en subproductos menos valiosos. Más aún, si el subproducto es un material de desecho , se

debe enviar a un sistema de tratamiento o de disposición , de modo que tiene un valor negativo ( es decir debemos pagar para que este subproducto sea removido del proceso). En forma alternativa, si reciclamos el subproducto y dejamos que se concentre hasta su nivel de equilibrio ( de modo que el subproducto se descomponga a la misma velocidad que se forma ) , entonces los costos de reciclo del proceso aumentarán ( aunque no habrá pérdida por selectividad) . Por lo tanto, el reciclo de subproductos siempre conducirá a un proceso más “ limpio “ , aunque puede no ser el menos costoso. La sensibilidad de los costos totales del diseño a los costos de tratamiento de la contaminación deben también ser considerados, debido a que los costos de tratamiento está aumentando rápidamente.

Se pueden identificar una serie de problemas de minimización de residuos de este tipo en el diseño de nuevos procesos. Una manera eficiente de identificar estos problemas es a través del procedimiento jerarquizado planteado por J.M. Douglas en su texto “ Conceptual Design of Chemical Processes “, ( Douglas , 1988), y que reexaminado consta de los siguientes niveles :

Tabla 5.1 . Procedimiento Jerarquizado para Síntesis de Procesos. Nivel 1. Información de Entrada : Tipo de Problema

Nivel 2. Estructura de Entrada-Salida del Diagrama de Flujo