CONSTRUCCIÓN DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN REACTIVA ESCALA LABORATORIO

Abstract

En el presente proyecto se pretende construir y operar una columna de destilación reactiva la cual contará con: (a) empaques para la sección reactiva y las secciones de separación (despojo y enriquecimiento), (b) adquisidores de datos y (c) sistema de control para su funcionamiento. Para habilitar la columna se pretende construir en casa los empaques estructurados reactivos y no reactivos tipo sándwich en acero inoxidable S316, posteriormente se implementarán los sistemas de adquisición de datos y sistemas de control para su calibración y funcionamiento. Una vez que este instrumentada la CDR se realizaran estudios de hidráulica y de transferencia de masa para caracterizar los empaques construidos en casa. Para generar datos de la caracterización hidrodinámica y de transferencia de masa del empaque reactivo, las bolsas catalíticas se rellenarán con perlas de vidrio de 1 mm de diámetro. De tener éxito con la configuración de los empaques estructurados tipo sándwich, la información generada servirá para desarrollar un modelo hidráulico que se incorporará en un modelo de Equilibrio (EQ) o No-equilibro (NEQ) para simular y modelar un proceso de destilación reactiva en el futuro. Por otro lado, al contar con una CDR escala laboratorio la FES-C estaría formando estudiantes de ingeniería química con una formación académica de alto nivel, lo cual les permitiría implementar y desarrollar las nuevas tecnologías que se están incorporando en la industria química a nivel mundial. 1.2Introducción Hoy en día en las diferentes disciplinas de la ingeniería, se está buscando modificar los procesos convencionales, con el objetivo de encontrar mejoras sustanciales en la fabricación o elaboración de productos que conlleven a una marcada reducción de equipos y tamaño de la planta, aumento de las velocidades de reacción, incremento de la eficiencia de energía, disminución de residuos de desecho, y por consiguiente, una disminución en costo de producción e inversión, en otra palabras, se esta buscando que los procesos sean más seguros, eficientes y menos agresivos con el ambiente. Este concepto se le conoce como Intensificación de Proceso (IP), a través de la IP, la Ingeniería Química ha buscado la forma de integrar unidades de reacción química y separación de especies en una sola unidad multifuncional de proceso. La destilación reactiva (DR) es un ejemplo importante de un proceso de separación-reacción (SR). En la DR los reactivos son transformados a productos con separación simultánea de productos y recirculación de reactivos sin reaccionar. En la DR es posible sobreponerse a las limitaciones del equilibrio químico, obtener una alta selectividad hacia los productos deseados, integración del calor de reacción in-situ y separación de mezclas difíciles, tales como, las mezclas azeotrópicas con puntos de ebullición muy cercano entre sus componentes (Sundmacher y Kienle, 2002; Keil 2007). La comercialización exitosa de la tecnología de DR requiere atención especial en los aspectos de las etapas de diseño de equipo, hidráulica de empaque, operación, modelado y dinámica de la columna, ya que es considerablemente más complejo que en los reactores o columnas de destilación convencionales (Doherty y Buzad, 1992). Muchos de los paradigmas de reactores y destilación no se trasladan fácilmente a DR. La introducción de una sección de separación in-situ dentro de la zona de reacción, lleva a interacciones más complejas entre el equilibrio vapor-líquido, equilibrio químico, transferencia de masa vapor-líquido y difusión intra-partícula catalítica. La aplicación exitosa de la tecnología de DR está limitada por una serie de consideraciones. Una implementación rentable de DR requiere apropiadas volatilidades relativas de las especies y el traslape de la ventana operacional para la reacción y la separación. Debido a que ambas operaciones se realizan al mismo tiempo, es necesario que la temperatura y presión del proceso coincidan para ambos fenómenos. Por otra