OPERACIONES DE SEPARACIÓN - IqTMA-UVa

OPERACIONES DE
SEPARACIÓN
4º Ingeniería Química
TAREA 1
Begoña García Lapeña
Alexandra Gutiérrez Chavida
Sara Fernández Fernández
Cristina Marcos Martín
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ÍNDICE
1- Fundamento Físico……………………………………………….…………………..3
2- Aplicaciones Industriales………………..…………………………………..……….4
3- Ejemplo de Aplicación Industrial………………………………………………….…5
4- Bibliografía…….………………………………………………………………………6
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1. FUNDAMENTO FÍSICO:
La destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes
componentes líquidos de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de
ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las sustancias a separar.
Una modalidad de destilación es la llamada destilación extractiva. Se trata de un
método de rectificación de multicomponentes. A una mezcla binaria que es difícil o
imposible de separar por los métodos ordinarios, se le agrega un tercer componente,
un agente másico de separación (AMS), conocido como disolvente, el cual altera la
volatilidad relativa de los componentes originales y permite, de esa forma, la
separación. Este disolvente agregado es de baja volatilidad, no evaporándose de
modo apreciable durante todo el proceso.
La destilación extractiva se usa en la industria petroquímica y química para la
separación de sistemas de puntos de ebullición cercanos, críticos, o azeotrópicos,
para los cuales la destilación sencilla con una única alimentación es o demasiada cara
o imposible.
La figura ilustra el esquema clásico de un proceso
de destilación extractiva para la separación de un
sistema binario. La configuración consiste en una
columna extractiva de doble alimentación y en una
columna de recuperación de disolvente. Los
componentes A y B pueden tener una volatilidad
relativa baja o formar un azeótropo de mínimo punto
de ebullición. El disolvente se introduce en la
columna de extracción a una elevada concentración
unos platos por debajo del condensador, pero por
encima del plato de alimentación. Debido a que el
disolvente se elige no volátil, permanece a una
concentración relativamente elevada en la fase
líquida a lo largo de las distintas secciones de la
columna, por debajo del plato de alimentación de
disolvente.
Alimentación
A
C1
Disolvente
C2
B
Uno de los componentes, A (no necesariamente el componente más volátil de la
mezcla original), se extrae como una corriente de destilado esencialmente pura.
Debido a que el disolvente es no volátil, como mucho unos pocos platos situados por
encima del plato de alimentación del disolvente son suficientes para separar el
disolvente del destilado. El producto de cola, consistente en B y el disolvente, se
envía a la columna de recuperación. El destilado procedente de la columna de
recuperación es B puro, y el disolvente-producto de cola se recicla de vuelta a la
columna extractiva.
La destilación extractiva trabaja mediante el aprovechamiento de las mejoras
inducidas por el disolvente o las moderaciones de las no idealidades de la fase líquida
de los componentes que van a ser separados. El disolvente modifica, selectivamente,
los coeficientes de actividad de los componentes que van a ser separados. Para lograr
esto, es necesaria una alta concentración de disolvente.
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Varios aspectos son esenciales:
• Respecto al disolvente:
- Alta selectividad, o habilidad para alterar de tal modo el equilibrio vaporlíquido
de la mezcla original que permita su fácil separación, pero que
utilice, sin embargo, pequeñas cantidades del disolvente.
- Baja volatilidad, con el fin de prevenir la evaporación del disolvente con el
producto principal y de mantener una concentración elevada en la fase
líquida.
- Separabilidad. El disolvente debe poder separarse con facilidad de la
mezcla a la cual se adicionó; en particular, no debe formar azeótropos con
las sustancias originales.
- Además es importante considerar el costo, toxicidad, carácter corrosivo,
estabilidad química, punto de congelamiento y viscosidad.
• La columna de destilación extractiva debe ser una columna de doble
alimentación, con el disolvente alimentado por encima de la alimentación
primaria; la columna debe tener una sección de extracción.
2. APLICACIONES INDUSTRIALES:
La destilación extractiva es generalmente sólo aplicable a sistemas en los que los
componentes que van a ser separados contienen uno o más grupos funcionales
diferentes. En un método antieconómico normalmente para la separación de
estereoisómeros, homólogos, o isómeros homólogos o estructurales que contienen los
mismos puntos funcionales, a menos que las diferencias en las estructuras también
contribuyan a significativas diferencias en la polaridad, el momento dipolar o el
carácter hidrofóbico.
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A continuación se muestran ejemplos de destilación extractiva:
3. EJEMPLO DE APLICACIÓN INDUSTRIAL:
Uno de los ejemplos de la destilación extractiva es
el caso de la separación de tolueno de
hidrocarburos parafínicos. Ambos compuestos
tienen pesos moleculares muy parecidos y es muy
difícil separarlos debido a su volatilidad
relativamente baja. A pesar de eso, es necesario
recuperar el tolueno a partir de ciertas mezclas de
hidrocarburos del petróleo. Como hidrocarburo
parafínico se toma el isooctano (punto de
ebullición 93ºC). El isooctano es más volátil que el
tolueno (punto de ebullición 110,8ºc).
En presencia de fenol (punto de ebullición
181,4ºC) la volatilidad relativa del isooctano
aumenta, de forma que la separación del tolueno
es relativamente sencilla con aproximadamente 83
% en mol de fenol en el líquido.
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El diagrama de flujo es el que se muestra en la figura:
La mezcla binaria se introduce más o menos en
el centro de la torre de destilación extractiva
(1); el fenol, como disolvente, se introduce cerca
de la parte superior, a fin de que posea
concentraciones elevadas en la mayoría de los
platos en la torre. En estas condiciones, el
isooctano se destila fácilmente como producto
principal, mientras que el tolueno y el fenol se
separan como residuo. Aunque el fenol tiene un
punto de ebullición relativamente elevado, su
presión de vapor es suficiente para que pueda
evitarse su presencia en el producto principal. La
sección de recuperación del disolvente en la
torre, que puede ser relativamente corta, sirve
para separar el fenol del isooctano. EI residuo
de la torre debe rectificarse en una torre
auxiliar (2), para separar el tolueno del fenol
que se recircula; esta es una separación
relativamente sencilla. En la práctica, el
hidrocarburo parafínico es una mezcla y no
isooctano puro, pero el principio de la
separación es el mismo.
Alimentación
Tolueno + isooctano
1
Isooctano
Fenol + tolueno
Fenol
2
Tolueno
Un proceso de este tipo depende de la diferencia del alejamiento del ideal entre el
disolvente y los componentes de la mezcla binaria que se va a separar. En el ejemplo
dado, tanto el tolueno como el isooctano por separado forman soluciones líquidas no
ideales con el fenol, pero la no idealidad es mayor con el isooctano que con el tolueno.
Por lo tanto, con las tres sustancias presentes, el tolueno y el isooctano se comportan
como una mezcla no ideal y su volatilidad relativa se vuelve más alta. Las
consideraciones de este tipo forman las bases para la elección de un disolvente para
la destilación extractiva.
4. BIBLIOGRAFÍA:
- Robert H. Perry; Don W. Green. “Perry. Manual del Ingeniero Químico”,
McGrawHill. Volumen II. Séptima Edición. 2001. Madrid.
- J. D. Seader; Ernest J. Henley. “Separation Process Principles”; Wiley; Segunda
Edición; 2006. Hoboken. EEUU.
- TREYBAL, R.E. "Operaciones de Transferencia de Masa”. McGraw Hill, México
1988.
- McCABE, W.L., SMITH, J.C., HARRIOTT, P., "Operaciones Unitarias de
Ingeniería Química”. McGraw Hill, Madrid (1994).
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