Heteroazeótropo

Un heteroazeótropo es un azeótropo en el que la fase de vapor coexiste con dos fases líquidas. Esquema de una curva de equilibrio Tx/y de una mezcla heteroazeótropa típica

Ejemplos de heteroazeótropos

Benceno - Agua NBP 69,2 °C
Diclorometano - Agua NBP 38,5 °C
n-Butanol - Agua NBP 93,5 °C
Tolueno - Agua NBP 82 °C

Destilación heteroazeotrópica continua

La destilación heterogénea significa que durante la destilación la fase líquida de la mezcla es inmiscible. En este caso, en las placas pueden haber dos fases líquidas y el condensado de vapor superior se divide en dos fases líquidas, que pueden separarse en un decantador. El caso más simple de destilación heteroazeotrópica continua es la separación de una mezcla azeotrópica heterogénea binaria. En este caso, el sistema contiene dos columnas y un decantador. La alimentación fresca (AB) se agrega a la primera columna. (La alimentación también se puede agregar al decantador directamente o a la segunda columna dependiendo de la composición de la mezcla). Desde el decantador, la fase rica en A se retira como reflujo a la primera columna mientras que la fase rica en B se retira como reflujo a la segunda columna. Esto significa que la primera columna produce "A" y la segunda columna produce "B" como producto de fondo. En la industria, la mezcla de butanol y agua se separa con esta técnica.

En el caso anterior, el sistema binario ya forma un azeótropo heterogéneo. La otra aplicación de la destilación heteroazeotrópica es la separación de un sistema binario (AB) que forma un azeótropo homogéneo. En este caso, se añade un agente de arrastre o disolvente a la mezcla para formar un heteroazétropo con uno o ambos componentes con el fin de facilitar la separación de la mezcla AB original.

Destilación heteroazeotrópica por lotes

La destilación heteroazeotrópica por lotes es un método eficiente para la separación de mezclas azeotrópicas y de baja volatilidad relativa (baja α). Se añade un tercer componente (incorporante, E) a la mezcla binaria AB, lo que hace posible la separación de A y B. El incorporante forma un heteroazeotropo con al menos uno (y preferiblemente con solo uno (incorporante selectivo)) de los componentes originales. Las partes principales de las columnas de destilación por lotes convencionales son las siguientes: - calderín (incluye rehervidor) - columna - condensador para condensar el vapor de cabeza - receptores de producto - (incorporante alimentado) En el caso de la destilación heteroazeotrópica, el equipo se completa con un decantador, donde se separan las dos fases líquidas.

Son posibles tres casos diferentes para la adición del arrastrador:

1. Adición por lotes del agente de arrastre: La cantidad total del agente de arrastre se añade a la carga antes del inicio del procedimiento.

2. Alimentación continua del arrastrador: La cantidad total del arrastrador se introduce de forma continua en la columna.

3. Adición mixta del agente de arrastre: combinación de la adición por lotes y la alimentación continua del agente de arrastre. Añadimos una parte del agente de arrastre a la carga antes del inicio de la destilación y la otra parte de forma continua durante la destilación.

En los últimos años, la destilación heteroazeotrópica por lotes ha cobrado importancia, por lo que se han publicado varios estudios. La destilación heteroazeotrópica por lotes se investigó mediante estudios de viabilidad, cálculos de simulación rigurosos y experimentos de laboratorio. El análisis de viabilidad se realiza en Modla et al. ^[1]^[2] y Rodríguez-Donis et al. ^[3] para la separación de mezclas azeotrópicas y de baja volatilidad relativa mediante destilación heterogénea por lotes en un rectificador por lotes. Rodríguez-Donis et al. ^[4] fueron los primeros en proporcionar las reglas de selección del arrastrador. Los métodos de viabilidad fueron ampliados y modificados por Rodríguez-Donis et al., ^[5] Rodríguez-Donis et al., (2005), Skouras et al., ^[6]^[7] y Lang y Modla. ^[8] Varga ^[9] aplicó estos estudios de viabilidad en su tesis. El resultado experimental fue publicado por Rodríguez-Donis et al., ^[10] Xu y Wand, ^[11] Van Kaam ^[12] y otros.

Referencias

^ Modla G., P. Lang, K. Molnar, ”Rectificación heteroazeotrópica por lotes de una mezcla de baja volatilidad relativa bajo alimentación continua de un transportador”, 6º Congreso Mundial de Ingeniería Química, Melbourne, Australia, (2001).
^ Modla G., P. Lang, B. Kotai y K. Molnar, ”Rectificación heteroazeotrópica por lotes de una mezcla de baja volatilidad relativa bajo alimentación continua de un transportador”, AICHE J., 49., 2533-2552 (2003).
^ Rodríguez-Donis I., V. Gerbaud y X. Joulia, “Viabilidad de la destilación discontinua heterogénea”, AIChE J., 48, 1168-1178, (2002).
^ Rodríguez-Donis I., E. Pardillo-Fontdevila, V. Gerbaud y X. Joulia, ”Síntesis, experimentos y simulación de procesos de destilación discontinua heterogénea”, Comp. Química. Ing. 4-6, 799, (2001a).
^ Rodríguez-Donis I., AJ Esquijarosa, V. Gerbaud, y X. Joulia, ”Separación de mezclas azeotrópicas de mínimo punto de ebullición mediante procesos de destilación extractiva por lotes con arrastradores heterogéneos”, AIChE J., 49, 3074-3083, (2003).
^ Skouras S., V. Kiva y S. Skogestad, “Separaciones factibles y reglas de selección de agentes de arrastre para la destilación por lotes heteroazeotrópicos”, Chemical Engineering Science, 60, 2895. (2005).
^ Skouras S., S. Skogestad y V. Kiva, “Análisis y control de la destilación discontinua heteroazeotrópica”, AIChE Journal, 51 (4), 1144-1157. (2005).
^ Lang P., G. Modla: „Método generalizado para la determinación de regiones heterogéneas de destilación por lotes”, Chem. Eng. Sci., 61, 4262-4270 (2006)
^ Varga V. "Destilación extractiva discontinuada dans une colonne de rectification et dans une colonne inverse". Doctor en Filosofía. Tesis, INP-Toulouse, Francia. http://ethesis.inp-toulouse.fr (2006).
^ Rodríguez-Donis, I., Acosta-Esquijarosa I., Gerbaud V., Pardillo-Fondevila E., Joulia, X., "Separación de una mezcla de n-hexano y acetato de etilo mediante destilación azeotrópica por lotes con arrastradores heterogéneos". Ingeniería química y procesamiento. 44, 131-137. (2005)
^ Xu, SL y HY Wand, “Separación de mezclas de alcohol terc-butílico y agua mediante un proceso de destilación por lotes azeotrópico heterogéneo”, Chem. Eng. Tech., 29, 113 (2006).
^ R. Van Kaam, Rodríguez-Donis I., V. Gerbaud, "Destilación discontinua extractiva heterogénea de cloroformo - metanol - agua: viabilidad y experimentos", Chem. Eng. Sci., 63, 78-94, (2008).

Véase también

[1] Modla G., P. Lang, K. Molnar, ”Rectificación heteroazeotrópica por lotes de una mezcla de baja volatilidad relativa bajo alimentación continua de un transportador”, 6º Congreso Mundial de Ingeniería Química, Melbourne, Australia, (2001).

[2] Modla G., P. Lang, B. Kotai y K. Molnar, ”Rectificación heteroazeotrópica por lotes de una mezcla de baja volatilidad relativa bajo alimentación continua de un transportador”, AICHE J., 49., 2533-2552 (2003).

[3] Rodríguez-Donis I., V. Gerbaud y X. Joulia, “Viabilidad de la destilación discontinua heterogénea”, AIChE J., 48, 1168-1178, (2002).

[4] Rodríguez-Donis I., E. Pardillo-Fontdevila, V. Gerbaud y X. Joulia, ”Síntesis, experimentos y simulación de procesos de destilación discontinua heterogénea”, Comp. Química. Ing. 4-6, 799, (2001a).

[5] Rodríguez-Donis I., AJ Esquijarosa, V. Gerbaud, y X. Joulia, ”Separación de mezclas azeotrópicas de mínimo punto de ebullición mediante procesos de destilación extractiva por lotes con arrastradores heterogéneos”, AIChE J., 49, 3074-3083, (2003).

[6] Skouras S., V. Kiva y S. Skogestad, “Separaciones factibles y reglas de selección de agentes de arrastre para la destilación por lotes heteroazeotrópicos”, Chemical Engineering Science, 60, 2895. (2005).

[7] Skouras S., S. Skogestad y V. Kiva, “Análisis y control de la destilación discontinua heteroazeotrópica”, AIChE Journal, 51 (4), 1144-1157. (2005).

[8] Lang P., G. Modla: „Método generalizado para la determinación de regiones heterogéneas de destilación por lotes”, Chem. Eng. Sci., 61, 4262-4270 (2006)

[9] Varga V. "Destilación extractiva discontinuada dans une colonne de rectification et dans une colonne inverse". Doctor en Filosofía. Tesis, INP-Toulouse, Francia. http://ethesis.inp-toulouse.fr (2006).

[10] Rodríguez-Donis, I., Acosta-Esquijarosa I., Gerbaud V., Pardillo-Fondevila E., Joulia, X., "Separación de una mezcla de n-hexano y acetato de etilo mediante destilación azeotrópica por lotes con arrastradores heterogéneos". Ingeniería química y procesamiento. 44, 131-137. (2005)

[11] Xu, SL y HY Wand, “Separación de mezclas de alcohol terc-butílico y agua mediante un proceso de destilación por lotes azeotrópico heterogéneo”, Chem. Eng. Tech., 29, 113 (2006).

[12] R. Van Kaam, Rodríguez-Donis I., V. Gerbaud, "Destilación discontinua extractiva heterogénea de cloroformo - metanol - agua: viabilidad y experimentos", Chem. Eng. Sci., 63, 78-94, (2008).