¿Cómo se amplía una reacción química?

Estaba trabajando en un tipo especial de película fotográfica que tenía que tener una cierta viscosidad para que se cubriera correctamente con el grosor adecuado. Había preparado una buena mezcla para la película en una escala de media pinta, y necesitaba ser ampliada de media pinta a un tambor de 55 galones. Escalé la mezcla hasta medio galón y la probé, y descubrí que ahora tenía demasiado solvente. Reduje la siguiente mezcla y no tenía suficiente, así que agregué más solvente y tenía buena viscosidad. Así que me quedé con el cerdo entero y ellos hicieron la mezcla de 55 galones y la corté con un poco de solvente por si acaso, ya que siempre podía agregar más. La mezcla se hizo y todavía estaba un poco delgada, pero tendría que funcionar. La mezcla se sentó durante el fin de semana, por lo que estaría lista a primera hora del lunes por la mañana. Pero cuando llegó el lunes, ¡el tambor de 55 galones estaba completamente deformado! Estaba literalmente descansando en la cúpula curva y abultada del fondo, ¡pero la parte más aterradora fueron los pequeños estallidos y tintineos que estaba haciendo! Un niño viejo se acercó tranquilamente con una llave inglesa y aflojó el tapón, e instantáneamente, estuvo bien. Evidentemente, el tambor metálico catalizó la descomposición del sensibilizador. ¡Sorpresa! De todos modos, cuando comenzamos a hacer el recubrimiento, descubrimos que el horno de secado tenía que tener un cierto perfil de temperatura para que la película recubierta no tuviera ampollas. Al principio tenía que estar más frío con un aumento de la temperatura a medida que la película pasaba por el horno de secado. Fue una sorpresa ya que ese problema nunca había ocurrido con las hojas individuales que había hecho antes en el laboratorio.

Supongo que la moraleja de la historia es que cuando comienzas a escalar, pueden suceder cosas que no sucedieron en el laboratorio. Y cuanto más grande sea la escala, más problemas hay que esperar. Trate de pensar con anticipación y determinar qué podría salir mal y qué tipo de problemas podría tener y qué podría hacer para corregirlos.

Tema fascinante: la ampliación de un proceso desde el laboratorio a la escala industrial es quizás la tarea más exigente en la industria química, una que requiere la experiencia combinada de muchos especialistas diferentes, ya que es un trabajo multifacético.

He participado en algunos en mi tiempo, y puedo dar fe de que han sido una tarea bastante exigente.

Es imposible escribir aquí todo sobre un tema tan complejo, así que solo te daré un boceto muy aproximado.

En primer lugar, si es remotamente posible, se realiza por etapas: desde la cristalería hasta una planta de laboratorio, desde la planta de laboratorio hasta una planta piloto, luego (si tiene tiempo y fondos ilimitados, es decir, casi nunca) a una demostración unidad, que es una versión más pequeña de la planta industrial y, por fin, a escala industrial completa.

En algún lugar en el medio de este camino, el plomo pasa del químico de laboratorio al ingeniero de la planta, pero es un esfuerzo compartido todo el tiempo.

Hay varios obstáculos a tener en cuenta: uno de los peores que encuentra en las reacciones exotérmicas: la cantidad de calor producida en una prueba a escala de banco se disipa fácilmente por el hardware y puede pasar desapercibida, pero regresa con una venganza a mayor escala. y puede requerir un tratamiento dedicado; Los fenómenos de transporte son otro dolor de cabeza a gran escala, especialmente con catalizadores heterogéneos.

Un especialista en seguridad industrial está siempre a mano en esta etapa.

La selectividad de las reacciones es de suma importancia, no solo para un uso eficiente de los materiales de partida, sino también, y aún más importante si está trabajando en una nación con fuertes regulaciones ambientales, para evitar la necesidad de deshacerse de -productos. Conozco plantas que tenían que tener una sección especialmente dedicada a los tratamientos de las corrientes de desechos.

Ingrese al especialista ambiental.

Todo esto debe equilibrarse con la economía del proceso, por supuesto, una vez más, he visto proyectos maravillosos que se van por el desagüe porque el dinero simplemente no cuadró.

Los contadores de frijoles tienen la última palabra.

Si todos están de acuerdo (después de disputas feroces, a veces), el proyecto recibe luz verde y el terreno está abierto para una planta dedicada o una existente se ajusta al nuevo proceso. ¡Se corta una cinta, se bebe un vaso de algo y todos cruzan los dedos hasta que la planta se pone en marcha!

Todo esto requiere bastante tiempo; en mi experiencia, un par de años al menos desde la etapa de laboratorio, pero puede variar enormemente.

Para aumentar o disminuir las reacciones químicas, debe mantener constante el porcentaje de cada reactivo. Digamos que su producto tiene una masa de diez gramos. Desea que su producto tenga cien gramos. El reactivo A constituye el veinte por ciento del producto. El reactivo B constituye el ochenta por ciento. Esto significa que el reactivo A será de dos gramos.
Y el Reactivo B será de ocho gramos. Sin embargo, queremos cien gramos en total como nuestro producto, por lo que debemos aumentar la cantidad pero mantener nuestra proporción de sustancias constante. Entonces, para cien gramos de producto necesitaremos veinte gramos de Reactivo A y ochenta gramos de Reactivo B. Esta es una explicación muy simplista de las matemáticas detrás de esto. Se profundiza más al encontrar el porcentaje de cada elemento en el compuesto y luego al encontrar la masa de ese porcentaje, pero esta es una explicación simplista que no es demasiado profunda en la Química real, por lo que sigue siendo fácil de seguir.

Esta tarea la realizan principalmente personas capacitadas en ingeniería química. Esta es una disciplina separada al igual que la ingeniería mecánica está separada de la física.