Minimización de energía de Gibbs para simulaciones de procesos: un ejemplo en la extracción de solvente de uranio

Resumen

Las simulaciones de balance de masa y energía forman parte integral del diseño del proceso metalúrgico, desde los estudios de nivel conceptual hasta el diseño detallado. Para construir una planta de proceso eficiente que maximice la producción con el mínimo de capital y de costos operativos, es indispensable un modelo preciso de los flujos y la química involucrada en el proceso para todos los procesos, excepto para los más simples. Para las operaciones existentes, un balance de masa y energía es esencial para la optimización del proceso existente. Además, las consecuencias de las modificaciones propuestas para el proceso se pueden evaluar rápidamente, antes de comprar equipos nuevos. En un estudio de ingeniería, generalmente se crea un balance de masa y energía a nivel de concepto con detalles limitados, y se amplía en las fases posteriores del estudio para que contenga más detalles de la química y de los flujos de proceso menores. La selección de volúmenes de tanques y estanques, diámetros de tubería, materiales de construcción, requerimientos de energía para motores y la mayoría de los otros parámetros de diseño se basan en predicciones precisas de las condiciones que la planta encontrará durante la vida útil del recurso.

Un modelo de balance de masa y energía, como todos los modelos, siempre será una representación simplificada de la realidad. El nivel de detalle con el que se simula un proceso sólo debe ser suficiente para el propósito para el cual se está creando. Como ejemplo, no es necesario modelar los fenómenos químicos que ocurren en la mezcla de alta temperatura y presión de un autoclave HPAL, a menos que sean relevantes para el diseño de los procesos en autoclave o posteriores. La reacción o mecanismo preciso es frecuentemente irrelevante en este caso, siempre que la distribución entre las fases y los estados de oxidación de los elementos se caracterice adecuadamente. Si bien esta filosofía es válida en muchos casos, con frecuencia se la aplica de manera irresponsable. Al formar un criterio de diseño de proceso, generalmente se acordará que la experiencia previa de los ingenieros sirva de base para los parámetros de diseño críticos, pero estas cifras pueden estar sesgadas hacia procesos similares, pero no idénticos, donde no se considera que un factor crítico pueda afectar drásticamente el resultado. Se espera que futuras fases del trabajo, y las pruebas de trabajo, disminuyan el riesgo asociado con esto, pero en algunos casos, el resultado podría ser catastrófico. En este caso, si el modelo hubiera sido más predictivo y menos sesgado hacia experiencias pasadas, las alarmas que justifican la investigación podrían haber sido activadas mucho antes en el diseño del proceso.