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PROCESOS QUÍMICOS
Unidad Nº 11 de Química - Ciencias Básicas Plan Común
TEMAS
1. Procesos químicos
2. Fabricación del vidrio
3. Proceso de producción del papel
4. Proceso de obtención del cobre
5. Conservación de los recursos energéticos de la tierra
1. Procesos químicos
A través de los procesos químicos industriales, la industria química elabora una enorme gama de productos que van desde los productos petroquímicos básicos hasta los productos farmacéuticos y químicos con valor agregado.
La mayoría de los productos químicos son de uso industrial, por lo tanto, la propia industria química es su principal consumidor.
La industria química
Ésta permite el desarrollo y aplicación de diversas tecnologías para que las materias primas, naturales o artificiales, sean usadas en beneficio de la población y su desarrollo. De este modo, los procesos de transformación de dichas materias primas para obtener productos intermedios o finos son variados y otorgan valor agregado al producto final.
Como sabemos, la principal fuente de materiales es la naturaleza. Estos materiales, base para el proceso, se conocen con el nombre de materia prima. Aquellos productos que no provienen de una materia prima natural y que son preparados por el hombre se denominan materiales sintéticos.
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2. Fabricación del vidrio
El vidrio es un sólido amorfo que se considera como un líquido sobreenfriado, debido a esto cuando se rompe lo hace en distintas direcciones. El vidrio común corresponde a una mezcla de óxido de calcio (CaO), carbonato de sodio (Na2CO3) y principalmente óxido de silicio (SiO2).
En general, durante la transformación de las materias primas para fabricar el vidrio, se llevan a cabo un sinnúmero de procesos que afectan directamente el ambiente.
En primer término, se encuentra el alto consumo de combustibles fósiles, los que se utilizan para alcanzar y mantener las temperaturas de fundición de las materias primas (1490° C) y de recocido de las mismas (700° C). En ambos casos, los niveles de contaminación atmosférica por liberación de anhídridos de nitrógeno y de azufre son bastante elevados.
En segundo lugar, se encuentra la contaminación acústica, pues en la primera etapa del proceso, es decir, durante la mezcla y molienda de las materias primas, los niveles de ruido están por sobre la norma permitida para los seres humanos. Y, por último, debemos mencionar los grandes volúmenes de agua que utiliza esta industria para enfriar y aumentar la solubilidad de las materias primas, los cuales son liberados al ambiente sin previo tratamiento.
En cuanto al proceso de producción en sí, éste es continuo. Por un lado del caldero se introducen las materias primas y por el otro sale el vidrio fundido. Este producto es traspasado a otros calderos que mantienen una determinada temperatura de trabajo, según el tipo de vidrio que se producirá, bajo la cual se transfiere a las máquinas de moldeo para la posterior producción en masa. De la sílice procesada, se obtienen diversos tipos de vidrio según la conformación o función que éstos cumplan. Así, encontramos tubos de vidrio, vidrio plano, fibra de vidrio, vidrio hueco, fibra óptica.
Ventajas del envase de vidrio sobre el envase plástico
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Envase de vidrio
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Envase de plástico
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Envase 100% reciclable.
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Envase no reciclable totalmente.
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No alteran las propiedades organolépticas del contenido.
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Reaccionan con el contenido, alterándolo.
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Mediana emisión de sustancias contaminantes durante el proceso de producción.
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Alta emisión de sustancias contaminantes durante el proceso de producción.
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Utiliza materia prima directamente en su producción.
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Utiliza derivados del petróleo y aditivos en su fabricación.
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3. Proceso de producción del papel
El papel es un material formado por hojas delgadas obtenidas mediante la laminación de una masa pastosa, denominada pulpa y que está compuesta por fibras de celulosa.
En consecuencia, el papel se genera luego de un proceso de degradación del contenido vegetal, es decir, transformando la celulosa en pulpa.
Según la tecnología que disponga la industria, ésta podrá ocupar la madera de los árboles como materia prima directa o el reciclaje de papel como materia indirecta.
Ahora bien, como sabemos la principal fuente de celulosa son los árboles. Por esta razón, el procesamiento de la materia prima implica un efecto ambiental negativo como deforestación y eliminación de desechos del proceso al medio, lo que genera una grave contaminación.
De hecho, para la fabricación de una tonelada de papel es necesario talar 17 árboles con un mínimo de 8 años de edad, lo que, durante el proceso, generará 30 kilos de contaminantes atmosféricos, tales como anhídrido carbónico (CO2), monóxido de carbono (CO) y anhídridos de azufre (SOX).
En nuestro país, la madera más utilizada para la producción del papel es el pino insigne.
La industria del papel consume grandes cantidades de madera y agua cada año, contribuyendo a la deforestación e incremento del efecto invernadero. Además, aporta una cantidad considerable de contaminantes atmosféricos que, posteriormente, aumentarán el fenómeno denominado lluvia ácida.
Por otra parte, también es responsable de la contaminación de las aguas en los sectores cercanos al lugar de procesamiento, aunque en la actualidad se utiliza la tecnología necesaria para disminuir los índices de contaminación y se toman las medidas para reforestar y devolver, en parte, los recursos extraídos del medio.
Etapas de producción del papel
1. Descortezado
Los troncos son llevados a la planta de tratamiento primario para retirarles la corteza.
2. Trituración
Los troncos descortezados son triturados hasta generar pequeños fragmentos conocidos como “chips”.
3. Cocción y digestión
Los fragmentos son llevados a un estanque para el proceso de cocción y digestión, donde se les adiciona hidróxido de sodio y se obtiene la pulpa.
4. Hidratación
Este proceso se realiza cuando la materia prima que se está utilizando es el papel reciclado.
5. Lavado
La pulpa es lavada y cernida. Luego, se elimina parte del agua.
6. Centrifugación y prensado
La pulpa es conservada en grandes tanques, desde los cuales es transferida a la etapa final del proceso, según las necesidades de producción. Esta etapa consiste en el batido de la pulpa hasta separar las fibras, cortarlas y peinarlas antes de someterlas a gran presión para formar la lámina del espesor deseado. Durante esta etapa, se emplea el ácido sulfúrico para blanquear las fibras.
7. Secado
La lámina, convertida en hoja de papel, es comprimida y secada en varias etapas hasta que el proceso termina con la formación de una gran bobina o rollo de papel.
Reciclaje del papel
El aumento de la demanda de papel en la vida cotidiana ha multiplicado ampliamente la posibilidad de utilizar el papel de desecho y el cartón como pasta de papel.
Con esto se consigue un gran ahorro de energía durante el proceso de fabricación de la pasta primaria y la ventaja de no utilizar la madera de los bosques.
En general, las técnicas de reciclaje han evolucionado con muchísima rapidez desde la Segunda Guerra Mundial.
Así, los dos sistemas principales de recuperación se aplican sobre el papel impreso, que incluye el lavado de la tinta, y sobre el papel de envoltorio y sobre cartón, de mayor rugosidad y porosidad y con ausencia de grabados.
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4. Proceso de obtención del cobre
Como sabemos, nuestro país es el principal productor de cobre del mundo. En Chile, la producción de cobre proviene principalmente de las regiones Segunda y Sexta, las que en conjunto contribuyen con el 47% y 22%, respectivamente, de la producción nacional.
Para el proceso de producción, se debe considerar el tipo de mineral, oxidado o sulfurado, que contiene al metal. Durante dicho proceso, el mineral es molido y triturado, para luego ser separado de la ganga por lixiviación, liberándose las impurezas volátiles como el dióxido de azufre (SO2).
La mena tostada se coloca en un horno de fundición para obtener cobre metálico impuro, el que puede ser refundido para aumentar su pureza o bien puede ser sometido a electrólisis para purificarse en la celda electrolítica.
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5. Conservación de los recursos energéticos de la tierra
La industria química, en sus procesos de obtención de productos, emplea una gran cantidad de energía, cuya base principal son los combustibles fósiles y derivados del petróleo. Por esta razón, es imprescindible mejorar la tecnología para disminuir las emisiones contaminantes y reemplazar dichas fuentes de energía.
La tendencia actual apunta a reemplazar la bencina o el petróleo por otros combustibles como el hidrógeno, el metanol y la energía solar.
1. Hidrógeno
El hidrógeno se obtiene por hidrólisis del agua. Debido a que es un gas, cuando se quema con el oxígeno, produce agua como desecho y una considerable cantidad de energía. Su principal problema radica en el almacenamiento, dada su alta inflamabilidad con el aire.
2. Metanol
Es un líquido incoloro que se obtiene como subproducto de la industria de la celulosa y se conoce como alcohol de quemar. Es tóxico, corrosivo y sólo posee la mitad de la energía que puede aportar la gasolina.
El uso del metanol disminuye las emisiones de monóxido de carbono y anhídridos de azufre y de nitrógeno, pero emite formaldehído, que es un agente cancerígeno. Sin embargo, dicha emisión se anula al incorporar un convertidor catalítico especializado.
3. Energía solar
Esta energía es la que se visualiza como la mejor alternativa para superar los problemas de contaminación ambiental debido al uso de combustibles fósiles. En general, para producir electricidad a partir de la energía solar existe un sistema de celdas fotovoltaicas y un sistema de estación colectora o placa solar.
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