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El eslabón perdido en el control de procesos químicos

Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha desarrollado un paquete de análisis automático de reacciones químicas. Combinándolo con software disponible en el mercado, los investigadores también obtuvieron un sistema de control de procesos químicos automático totalmente funcional.
El eslabón perdido en el control de procesos químicos
La ingeniería química define un cierto número de procesos «unitarios», aquellos con una función específica como la separación, la purificación y la mezcla, que dan lugar a la obtención de productos químicos.

Probablemente, los reactores realizan el proceso unitario más crítico de la cadena de transformación que convierte la «materia prima» química en los productos finales deseados: el proceso de reacción. Existen distintos paquetes en el mercado destinados a la simulación y la optimización de las operaciones de estas unidades. Por lo general, excluyen los reactores químicos debido a la variedad y la complejidad de los parámetros implicados.

No obstante, a fin de poder «escalar» una reacción química desde el laboratorio hasta la industria, es necesario conocer con precisión los parámetros que gobiernan la cinética de las reacciones. La cinética depende de multitud de factores, entre ellos la temperatura, la presión, los puntos de enlace catalítico de las moléculas y la estequiometría, que es la razón numérica con la que se combinan las moléculas.

La necesidad de realizar numerosos experimentos, por parte de químicos teóricos muy calificados, a fin de definir la cinética de las reacciones, a menudo da lugar a costes inaceptablemente elevados.

Por este motivo, el objetivo del proyecto Aitekin fue la automatización destinada al control avanzado de las reacciones.

Los modelos de reactor de flujo tapón (PFR) se utilizan habitualmente para describir las reacciones químicas que se producen en sistemas de flujo continuo. El fluido se modeliza en forma de numerosos «tapones» delgados, como si fuese un salchichón cortado en lonchas y vuelto a montar. El PFR permite predecir el comportamiento del reactor químico para optimizar el diseño del reactor.

Los investigadores del proyecto Aitekin obtuvieron un PFR con el hardware necesario para realizar experimentos genéticos de rastreo de temperatura (TS), en los cuales la TS se utiliza para medir las velocidades de reacción, las temperaturas asociadas y los niveles de conversión química de forma rápida y precisa.

El TS se integró con un software basado en inteligencia artificial (IA) a fin de permitir la identificación de los mecanismos cinéticos y el diseño de un reactor y un sistema de control de escala industrial con intervención humana limitada.

El software de TS-IA que simula la unidad de reacción química dentro del control del proceso se combinó con dos simuladores de uso común de las demás etapas del proceso.

De este modo, Aitekin obtuvo un paquete de simulación en versión beta totalmente operativo con todas las unidades de proceso, incluida la unidad de proceso de reacción química que normalmente no se encuentra en el software disponible en el mercado. La posibilidad de identificar automáticamente los mecanismos cinéticos de la reacción debería ahorrar tiempo y dinero valiosos y proporcionar un impulso de gran importancia para el sector químico europeo.

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