Optimización de Procesos de Separación: Destilación, Extracción y Adsorción

Destilación

Casos no recomendados

• Diferencia de volatilidad pequeña.
• Recuperación de poca cantidad de compuesto de punto de ebullición alto.
• Compuestos térmicamente inestables, incluso en vacío.
• Mezcla corrosiva o muy sucia.

Clases de destilación

Destilación Flash o de Equilibrio

La carga se introduce en una torre a menor presión, donde se expande en dos fases en equilibrio (descabezado). Se usa cuando no se necesita un buen fraccionamiento. Su objetivo es obtener un destilado por cabeza. La carga se calienta a la temperatura deseada y entra en la torre a una presión menor. Se produce un destilado sobre el 10% del total de la carga.

Destilación Diferencial Simple

Destilación en discontinuo utilizada a nivel de laboratorio.

Destilación Fraccionaria

La más compleja. Parte del vapor condensado de la parte superior se devuelve a la torre como reflujo. Consta de un horno o reboiler, la torre con sus elementos internos (platos), condensador de cabeza, bombas de reflujo y fondo, sistemas de control.

Nomenclatura

• Zona de Flash: Sección donde entra la carga y se produce una vaporización parcial. El vapor se eleva hacia rectificación y el líquido desciende a la zona de agotamiento.
• Zona de Agotamiento o Stripping: Sección bajo la zona de flash; contiene los platos para separar los compuestos ligeros del líquido mediante vapor.
• Zona de Fraccionamiento o Rectificación: Por encima de la zona flash. Los productos son fraccionados y extraídos.
• Zona de Acumulación o Plato de Extracción: Mantiene un cierto nivel de líquido para extraerlo como producto. El fondo de la torre es un ejemplo.
• Destilado de Cabeza o Overhead: Producto (vapor) que se saca por cabeza.
• Extracción Lateral o Side Stream: Producto que se saca de un plato mediante un “plato de extracción”.
• Bottoms o Fondo: Producto que se saca del fondo.
• Reflujo Externo: Líquido que vuelve a la torre.
• Reflujo Interno: Líquido que desciende, producto de los vapores condensados que ascienden y condensan en contacto con los líquidos que caen del plato superior.
• Reflujo de Cabeza: Porción de vapores de cabeza que, una vez condensados, vuelven al plato de cabeza.
• Reflujo Circulante: Líquido que se extrae de un plato y que, después de enfriarlo, se introduce en la torre varios platos más arriba, elimina calor y ayuda a equilibrar los caudales, homogeneizando el trabajo.
• Stripper: Cuando los productos se extraen lateralmente, contienen algunos productos de bajo punto de ebullición. Esta corriente va al plato de cabeza del stripper y desciende hasta el fondo, por donde se introduce vapor de agua que atraviesa los platos arrastrando los productos ligeros y van a parar a la torre principal, en un plato superior al de extracción. Se puede eliminar un 5% - 10% de la extracción lateral como productos ligeros.

Platos

Diseñados para mejorar el contacto entre vapor ascendente y líquido descendente. El líquido fluye a través del plato desde el downcomer de entrada hacia la presa de salida; el vapor burbujea a través de las perforaciones del plato y el líquido en su superficie. El líquido desciende, en contacto con vapor ascendente, enriqueciéndose en los componentes más pesados. El vapor se enriquece en ligeros. En cada plato varía la composición del líquido con sus adyacentes.

Productos fuera de especificación

Componentes pesados en cabeza de la torre

Causas: bajo caudal de reflujo, alta temperatura en cabeza, mal fraccionamiento, aumento de temperatura de fondo, bajada brusca de presión. Solución: aumentar el reflujo o ajustar la temperatura o la presión.

Producto ligero en fondo

Causas: baja temperatura en fondo, anomalías en el reboiler, exceso de reflujo, vapor de stripping poco recalentado, aumento de presión. Solución: ajustar las variables desajustadas.

Punto final bajo en extracción lateral

Causas: presencia de ligero o baja temperatura en el plato de extracción. Soluciones (sin variar presión ni temperatura): disminuir el reflujo de cabeza, disminuir el reflujo en platos inferiores y sacar más producto del plato para disminuir el reflujo interno.

Punto final alto en extracción lateral

Causas: presencia de componentes pesados en el plato de extracción con alta temperatura en el plato. Soluciones (sin variar presión ni temperatura): subir algo el reflujo de cabeza, aumentar el reflujo en platos inferiores a la extracción para que fluyan gases menos pesados, sacar menos del plato de extracción para aumentar el reflujo interno.

Extracción Líquido-Líquido

Recomendable cuando: los componentes de la mezcla son poco volátiles, tienen volatilidades muy semejantes, son muy sensibles a las temperaturas y podrían descomponerse, el componente deseado (menos volátil) se encuentra en proporciones muy pequeñas.

El proceso consta de tres operaciones: mezcla de la sustancia a extraer y puesta en íntimo contacto con el disolvente, separación de las fases o capas resultantes, separación y recuperación del disolvente en cada una de las fases.

Absorción

Objetivo: separar los compuestos de una mezcla gaseosa al ponerla en contacto con una fase líquida. Se utiliza más como método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera.

Factores

• Presión: Un aumento hace que se absorba mayor cantidad de gas o se necesite menos absorbente.
• Temperatura: Al disminuir la temperatura del absorbente se absorbe más cantidad.
• Composición del líquido absorbente.
• Caudal del líquido absorbente: Si se aumenta el caudal se absorberá mayor cantidad.

Adsorción

Se utiliza como operación de separación y purificación de mezclas gaseosas o líquidas. Es recomendable cuando los componentes a separar presentan propiedades físicas muy parecidas o se encuentran en concentraciones muy bajas.

Adsorbentes

• Alúminas activadas
• Carbón activo
• Gel de sílice
• Tamices moleculares
• Tierras