Métodos de Aproximacion

MÉTODOS APROXIMADOS PARA EL CÁLCULO DE OPERACIONES DE SEPARACIÓN MULTICOMPONENTE

1. INTRODUCCIÓN
En este trabajo se describen los principales métodos utilizados para el diseño aproximado de operaciones de separación multicomponente. Se centra especialmente en operaciones de destilación, ya que es éste el principal método para la separación de mezclas, frente al cual deben ser contrastadostodos los demás. El predominio de la destilación sobre otras operaciones unitarias de separación de mezclas, a pesar de su baja eficiencia termodinámica, obedece a dos razones fundamentales, una de tipo cinético y otra de tipo termodinámico. Desde el punto de vista cinético, se trata de la operación que permite la mayor velocidad de transferencia de materia, y desde el punto de vistatermodinámico, hay que destacar que otras operaciones unitarias presentan una eficiencia todavía menor. Por otro lado, muchas de las operaciones de separación que implican cascadas de etapas de equilibrio se resuelven mediante la aplicación de los métodos de simulación o de diseño desarrollados para la rectificación, considerando que solamente cambian los métodos o los modelos utilizados para resolver loscálculos de equilibrio entre fases.
Tradicionalmente, el estudio de la rectificación se aborda diferenciando entre el caso de las mezclas multicomponentes y las binarias. Esto se justifica, en primer lugar, por el hecho de que los métodos gráficos, que resultan tan útiles en el diseño de procesos de destilación de mezclas binarias, no pueden aplicarse en el caso de mezclas multicomponentes, donde portanto es necesario el desarrollo de métodos algebraicos diferentes. Además el planteamiento del problema también es diferente ya que el número de variables que se puede especificar permite que, en el caso de las mezclas binarias, sea posible llegar a conocer con exactitud cuál va a ser la composición de los productos deseados, mientras que en el caso multicomponente, sólo se podrá conocer lacomposición de los dos componentes clave que se pretende separar.
Por tanto no serán directamente aplicables los criterios en que se basan los métodos clásicos de Ponchon-Savarit o de McCabe-Thiele, que deberán ser modificados o sustituidos por otros. Esta es una situación común para todos los procesos de separación en los que el equilibrio entre las fases implicadas no pueda representarsegráficamente en un plano (equilibrio líquido-vapor en mezclas de más de 2 componentes, equilibrio líquido-líquido en mezclas de más de tres componentes y equilibrio líquido-gas donde se reparte más de un componente), aunque como ya se ha dicho, se suele considerar como referencia el caso líquido-vapor.
Aunque se dispone de métodos rigurosos para la simulación o el diseño de operaciones de rectificaciónmulticomponente desde los años 30, la resolución de estos problemas se abordó primero, de forma aproximada, mediante procedimientos gráficos o analíticos y hasta que no se dispuso de ordenadores potentes, no se desarrollaron adecuadamente los métodos rigurosos. En la actualidad no hay ningún tipo de conflicto entre ambos tipos de métodos, y se combina la velocidad y precisión de los cálculos rigurososrealizados por los programas de ordenador para la simulación de columnas de rectificación con la utilidad analítica y visual de los métodos gráficos, reservándose los métodos analíticos aproximados para las etapas preliminares del diseño.
A la hora de plantearse el diseño o el análisis de una columna hay que considerar los siguientes aspectos:

Por otro lado, el cálculo completo de una columnade destilación (considerando como tal la resolución de los once primeros aspectos enunciados previamente) puede dividirse en tres partes:
1. Cálculo del diseño preliminar (mediante métodos aproximados), incluyendo la elección del tipo y disposición del equipo a utilizar, los balances de materia previos y la estimación de costes del diseño preliminar. A partir de esta estimación se determinan...