Destilacion

1. INTRODUCIÓN

1.1. Presentación del problema

El estudio de la rectificación se aborda de forma diferente dependiendo del número de componentes del sistema que se pretende separar. Así, se pueden considerar tres casos distintos dependiendo de que se trate de mezclas binarias, ternarias o multicomponentes. El caso de las mezclas binarias es relativamente sencillo, es muy conocido, yestá ampliamente explicado en los libros de texto. Se dispone de métodos de diseño que, mediante cálculos iterativos, pueden utilizarse para la simulación de la operación, y que pueden aplicarse de forma gráfica (McCabe-Thiele y Ponchon-Savarit) o analítica (Sorel-Lewis y Sorel).


El caso de las mezclas ternarias es algo más complicado. Aunque aún pueden aplicarse métodos gráficos, éstos sonmenos evidentes ya que los datos de equilibrio no se pueden representar en un plano, como en el caso de las mezclas binarias, sino que requieren representaciones tridimensionales y hay que trabajar mediante distintos tipos de proyecciones. Aunque se han desarrollado métodos de cálculo que permiten resolver estos problemas desde un planteamiento similar al que se utiliza en el caso de mezclasbinarias, no están muy extendidos y no se suelen encontrar en los libros de texto o manuales generales. Por tanto, normalmente, el tratamiento algebraico del problema de separación de mezclas ternarias se aborda como en el caso general de mezclas multicomponentes que, evidentemente, no puede resolverse gráficamente de forma rigurosa y requiere métodos de cálculo cuya aplicación es tan larga y tediosaque hace imprescindible el uso de ordenadores. Desde la aparición en los años 30 de los primeros métodos para mezclas multicomponentes (Lewis-Matheson y Thiele-Geddes), hasta nuestros días, se ha avanzado mucho y existen numerosos métodos que permiten simular de forma rigurosa columnas de rectificación multicomponente. Estos métodos se encuentran bien explicados en numerosos libros de texto y formanparte del software habitual de distintos simuladores comerciales.


La evolución de estos métodos ha venido impulsada por la necesidad de desarrollo de algoritmos de cálculo que mejorasen su rapidez y, sobre todo, que superasen las dificultades de convergencia que presentan. Este tipo de dificultades conduce a que, en ocasiones, no se pueda encontrar la solución a menos que se disponga de unabuena estimación inicial de las variables del sistema.


Un problema que, si bien se conoce desde hace tiempo, ha recibido reciente interés, es el de la "destilación asistida" (enhanced distillation). Bajo esta denominación se agrupan operaciones como:


Destilación azeotrópica
Destilación extractiva
Destilación con sal
Destilación reactiva

en las que se añade un agente separador auna mezcla binaria con el fin de conseguir una separación de los componentes del sistema que no sería posible por rectificación normal, entendiendo como tal la que se llevaría a cabo en una columna convencional. En este caso, evidentemente, el problema a resolver es el de una mezcla ternaria en la que la elevada no idealidad del sistema considerado agrava la dificultad de alcanzar la convergenciaen los métodos de cálculo para sistemas multicomponentes y hace imprescindible el planteamiento de estrategias previas a la resolución del problema que permitan determinar de forma precisa qué separación es posible realizar, o lo que es lo mismo, qué productos es posible obtener.


El problema al que se acaba de hacer referencia tendría su análogo en una mezcla binaria, como la que se muestraen la Figura 1, que presenta un azeótropo de punto de ebullición mínimo. Evidentemente, una mezcla de composición z podría separarse en cualquier destilado comprendido entre z y , quedando la composición del residuo correspondiente entre 0 y z. Sin embargo, si se especifica como separación deseada un destilado de composición superior a el problema no se podrá resolver. En el caso de una mezcla...