Conceptual analysis of single-feed heterogeneous distillation columns

Análisis conceptual de columnas de destilación heterogénea con un alimento

En las columnas de destilación heterogénea la separación se logra por la interacción de dos fases líquidas y una de vapor, la interacción de tres fases genera complejidades especiales en los cálculos de equilibrio vapor-líquido-líquido y de los equipos de separación que se basan en este equilibrio; sin embargo, el equilibrio líquido-líquido permite desarrollar separaciones que pueden ser imposibles mediante equilibrio vapor-líquido. En este sentido, la destilación azeotrópica heterogénea es una operación útil para la separación de mezclas azeotrópicas y con puntos de ebullición cercanos. En este trabajo se desarrolla una nueva metodología para evaluar la viabilidad de este proceso de separación; esta metodología es una extensión de la propuesta por Castillo et al. (1998) para sistemas homogéneos. Las hojas de operación se calculan usando el concepto de curvas pinch para establecer la viabilidad del proceso. Las columnas heterogéneas con decantador externo fueron consideradas como la única etapa heterogénea (OHED: only heterogeneous external decanter). Para iniciar el cálculo de las columnas es necesario escoger la composición del destilado con criterios termodinámicos, para garantizar que la fase líquida es homogénea en la columna. Un sistema con relevancia académica e industrial fue considerado como estudio de caso: agua-ácido acético-acetato de amilo. Los resultados muestran que el método corto desarrollado permite determinar la viabilidad del proceso y estimar parámetros de diseño, evitando la implementación de procedimientos de ensayo y error con el auxilio de herramientas de simulación.

Introducción

La separación de sistemas heterogéneos por destilación es una operación común en la industria, ya que aprovecha las propiedades de miscibilidad parcial para lograr la separación de una mezcla azeotrópica. Aunque es una operación útil, la destilación heterogénea no ha recibido bastante atención en el diseño conceptual debido a su complejidad. Taylor (2007) presentó un artículo sobre el estado del arte en la modelización de la destilación y de la absorción, en el que se pone de manifiesto que la destilación trifásica sigue siendo relativamente mal comprendida en comparación con la destilación con una sola fase líquida. La razón principal es la dificultad de modelar más de una fase líquida a lo largo de la columna de destilación.