Resumen

En el presente trabajo se pretende conocer y proponer un modelo termodinámico adecuado para la predicción de las propiedades de la mezcla Propanoato de metilo-Metanol-Ácido propionico-Agua, resultante de la esterificación del ácido propiónico. Para tal fin se realiza un análisis topológico a partir del cálculo de equilibrio de fases y la evaluación de la azeotropía, considerando tres modelos termodinámicos y sus reglas de mezclado (PCSAFT, PRWS y PSRK). Del análisis realizado se determinó que el modelo predictivo Soave Redlich Kwong, es el más apropiado para la mezcla bajo estudio, ya que predice los azeótropos que en la práctica se encuentran reportados. Así mismo, se realizó el análisis conceptual de las trayectorias de proceso mostradas en las curvas de residuo y se estableció una trayectoria de proceso para la obtención de los productos en una torre de destilación conforme a las consideraciones de diseño requeridas.

1.Introducción

En el diseño de columnas de destilación para la separación de mezclas multicomponentes se requiere una determinación rigurosa de las temperaturas, presiones, flujos de las corrientes, composiciones y velocidades de transferencia de calor para cada etapa [1]. Gran parte de los cálculos necesarios para ello son: presión de vapor, entalpía, etc., los cuales requieren la disposición de correlaciones exactas basadas en un análisis termodinámico previo, empleando modelos simplificados provistos por la termodinámica clásica o la termodinámica molecular, como el modelo de Peng Robinson y PC-SAFT [2]. Sin embargo, conocer la topología del espacio concentracional de la mezcla, evaluar y conocer las regiones de separación a partir del comportamiento del equilibrio de fases por medio de la termodinámica topológica, permite cualificar y cuantificar las alternativas de separación de una mezcla multicomponente, y de esta manera conocer las posibles composiciones de productos que se obtendrán por destilación convencional y su potencial diseño.

Empleando para ello los diagramas de curvas de residuo, elemento clave para el análisis; ya que permiten identificar de forma fácil la separación de los compuestos presentes mediante el uso de trayectorias tentativas del proceso [3]. 

En este trabajo se analiza la topología de una mezcla cuaternaria proveniente de la esterificación del ácido propiónico para la producción de propanoato de metilo, empleando los modelos termodinámicos, Perturbed-Chain Statiscal Associating Fluid Theory (PCSAFT) ecuación (1), la ecuación cúbica de estado de Peng-Robinson con las reglas de mezclado de Wong-Sandler (PRWS) ecuacion (2) y la ecuación cúbica de estado predictiva de Soave-Redlich-Kwong (PSRK) ecuacion (3).

2.Metodología

2.1 Análisis termodinámico

Con el fin de analizar los mejores esquemas de separación de la mezcla bajo estudio y evaluar los modelos termodinámicos mostrados anteriormente, se seleccionaron dos sistemas: Agua–Metanol–Propanoato de metiloy Agua–Metanol–Ácido propiónico, obteniéndose los parámetros de interacción binaria para los modelos termodinámicos (PRWS y PSRK), con sus respectivas reglas de mezclado por medio de regresiones a partir de datos experimentales reportados en la literatura [4-14].

• Materias:Termodinámica Procesos químicos Mezclas
• Subjects:Thermodynamics Chemical processes Mixtures
• Palabras claves:Azeótropo, Destilación, PSRK, Termodinámica topológica
• Keywords:Azeotrope, Distillation, PSRK, Topological thermodynamics