Separación 1
Separación 1
Separación 1
FACULTAD DE INGENIERÍA
MODELADO Y SIMULACIÓN EN INGENIERÍA QUÍMICA
1. Resumen ejecutivo
La problemática central consiste en la separación de una mezcla de etanol, agua y metil etil cetona, de
una corriente de composiciones 0,15-0,6-0,25 como corresponde. El análisis termodinámico realizado
con el paquete NTRL demuestra la presencia de tres azeótropos, uno de ellos ternario y que torna
compleja la separación, este se puede romper empleando etilenglicol como disolvente. Se desarrolla la
separación empleando dos herramientas Matlab y Aspen Plus V9.
El paquete termodinámico se seleccionó teniendo en cuenta que los compuestos involucrados son
líquidos no ideales y con polaridad mixta, de ahí que se descarten las ecuaciones de estado como
paquete termodinámico, en adición ninguna de las sustancias es electrolítico y el proceso de
separación no ocurrirá a una presión mayor a los 10 bares, de ahí que los modelos de actividad que
mejor se ajustan a las sustancias son NRTL, UNIQUAC y sus variaciones, se decidió trabajar con
NTRL dado que los parámetros de actividad del programa Aspen Plus V9 son más precisos, para esta
ecuación de estado (Carlson,E; 1996).
Tabla 1.
Caracterización de los azeótropos en la mezcla Agua-Etanol-MEK con las ecuaciones de estado NTRL.
Etanol 0,2277
La patente 5,868,907A, propone una lista de solventes para promover la separación del etanol del
MEK, esto basado en la volatilidad relativa de la mezcla, sin ningún solvente, la mezcla tenga una
volatilidad de 1,1 varios compuestos como el etilenglicol, glicerol, glicerina, 1,2 Diaminociclohexano,
nitrometano y la 3 dimetilaminopropil amina, aumentaban el valor de volatilidad relativa hasta 2,0
(Berg, L; 1998) y estos solventes promovieron en alto grado la separación, el solvente que generó los
mejores resultados fue el etilenglicol, por las propiedades del sistema y de este líquido, no se crea una
afección al modelo termodinámico seleccionado.
Al emplear el solvente, el azeótropo se rompe a una presión baja, de 3 bar, posteriormente corriente
que se extrae de la parte superior de la torre, se somete a otra destilación en donde se trabaja al vació y
se logra obtener una corriente rica en etanol por la parte superior y una corriente que posee una alta
concentración de etanol, pero también una alta concentración en MEK. Por otro lado de la corriente de
fondos se extrae una corriente en los fondos con una alta concentración del solvente y en la parte
superior de la columna se obtiene una mezcla con todos los compuestos, por la cercanía de las
densidades un decantador no realiza un trabajo eficiente y las cantidades en esta corriente ya son muy
pequeñas, por lo que la separación mediante una destilación tampoco sería efectiva.
4. Resultados
a. Empleando Aspen
Como condiciones iniciales se establece un flujo de entrada de 1000 Kmol/h para la corriente etanol-
agua-MEK y de etilenglicol, las composiciones a trabajar son de 0,15-0,6-0,25 y 1. De la primera
destilación logra recuperar agua al 99% y 396 Kmol/h, por los fonso. De la destilación azeotrópica se
obtiene etanol al 74%, la columna que permite recuperar el solvente tiene en los fondos el etilenglicol
al 99% y en la parte superior se extrae una corriente con la mayor concentración de MEK siendo esta
de 52%. El diagrama se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Simulación de la separación de mezcla etanol-agua-MEK con etilenglicol en Aspen Plus V9.
b. Empleando Matlab
El sistema etanol, agua, metiletilcetona, consta de 3 azeótropos binarios, de mínimo punto de
ebullición, y uno ternario a presión atmosférica. El primer azeótropo está formado por componentes
de volatilidad mayor e intermedia (ethanol-Mek), el segundo se forma por la unión de agua y Mek
componentes de volatilidad media a baja, y el último está formado entre sustancias puras de mayor y
menor volatilidad (agua y etanol). El azeótropo ternario tiene una temperatura de ebullición similar a
los tres binarios anteriores, por esta razón el origen de las curvas de residuo comienzan en este
azeótropo ternario. El fin es acercarse a los azeótropos binarios y desviarse posteriormente hacia las
sustancias puras. El mapa queda dividido en tres regiones de destilación. En cada región, la sustancia
pura de cada región resulta ser el nodo máximo de punto de ebullición, dado que tanto el binario de su
respectiva región como el ternario tienen temperaturas de ebullición menores.
5. Conclusiones
Se puede observar que el uso de un agente de separación másico, en este caso etilenglicol, es eficiente
en el presente proceso de separación debido al desplazamiento del azeótropo que garantiza la
separación requerida sin necesidad de aumentar en gran medida la presión, lo cual recae en la
disminución de costos a la hora de mantener las condiciones del proceso para lograr la recuperación.
6. Referencias
A. Berg, L. (1998). U.S Patent No. 5,868,907A
B. Carlson, E. (1996). Don’t Gamble With Physical Properties For Simulations. CHEMICAL
ENGINEERING PROGRESS, 35-46.
C. Toth, A., Szangi, A., Koczka, K., & Mizsey, P. (2015). Enhanced separation of highly
non-ideal mixtures with extractive heterogeneous-azeotropic distillation.