Química industrial

Preparar una sustancia o producto en un laboratorio, es enormemente diferente a hacerlo a nivel industrial, pues la metodología a seguir es notablemente diversa. En la industria, la eficacia y el rendimiento que da la reacción, así como el aspecto económico de esta son importantísimos, en cambio en el laboratorio, suelen emplearse métodos más simples, que con frecuencia son menos eficientes.

Así por ejemplo, el cloro es de fácil preparación a nivel de laboratorio, a través de la reacción que tiene lugar entre el ácido clorhídrico y el permanganato de potasio, siguiendo la ecuación:

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2

Sin embargo, a nivel industrial, el cloro se consigue, a través de la electrólisis de disoluciones del compuesto cloruro de sodio.

Otro ejemplo es el amoniaco (NH3), el cual en la industria se fabrica partiendo del nitrógeno y el hidrógeno, pero en el laboratorio, se sintetiza por lo general, mediante la reacción del hidróxido de sodio con algunas sales de amonio:

NH4Cl + NaOH → NH3 + H2O + NaCl

En el caso del oxígeno, un elemento que al igual que sucede con el nitrógeno, se consigue en la industria a través de la destilación fraccionada de aire en estado líquido; cuando lo preparamos en el laboratorio a menor escala, se suele hacer por descomposición térmica del compuesto clorato de potasio, encontrándose en presencia del dióxido de manganeso:

2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2

La figura de los catalizadores eficaces que hagan incrementar la velocidad de las reacciones químicas es altamente importante, pues en torno a un 70 % de los procedimientos químicos en la industria comportan consigo un periodo catalítico.

Por lo general, anteriormente al inicio de la producción de un compuesto en química, se necesitan una serie de detallados y concisos estudios para saber que viabilidad presentan en el laboratorio. A estos estudios les sigue una cierta cantidad de ensayos a pequeña escala, una especie de prueba piloto, para finalmente pasar a la prueba industrial. El rendimiento que presentan los procedimientos químicos nos dan las bases para poder realizar lo que se conoce como balances de materia, donde debe realizarse un estudio cuantitativo de la totalidad de las materias que participan, que entren o salen de dicho proceso, y que, juntándolo con los balances que se hacen sobre la energía requerida, que se basan en el principio de conservación de la energía, nos dan las bases para poder hablar del gasto económico general del procedimiento, un hecho vital en la química industrial. En general, a nivel del interés industrial, un procedimiento químico debe poder combinar a la perfección reacciones químicas adecuadas con un grupo de operaciones que se basen en principios químicos y físicos, como pueden ser la cristalización, la destilación, etc.

En las plantas de las industrias se usan reactores de reacción, los cuales pueden ser de diferentes tipos, siendo importante una idónea elección de sus tamaños según la función y la demanda que haya. Sus características necesitan encontrarse de acuerdo con las condiciones que se van a llevar a cabo en la operación, es decir, con la presión y la temperatura, así como con las propiedades y la física de los reactivos.

Hay plantas industriales relativamente pequeñas que pueden dar lugar a la fabricación de productos con un cierto valor, en cantidades de toneladas anuales. En cambio, para los productos que poseen una gran demanda, se lleva a cabo la gran escala, de manera continuada y con un alto grado de automatización, llegándose a producciones altas de cientos y cientos de toneladas por año, sobretodo si hablamos del sector petroquímico, o la fabricación de productos altamente demandados como el amoniaco.

La industria química se caracteriza por tener un nivel de tecnología alto, grandes inversiones y una continua necesidad de mejoría y búsqueda de procesos, a través de actividades de investigación y desarrollo ( I+D). Se calcula que en torno al 5% de las ventas de los productos se vuelve a invertir en la investigación, aunque este porcentaje se eleva si hablamos de otros sectores, como el de la industria farmacéutica.