Determinación experimental del equilibrio líquido-vapor isobárico de sistemas azeotrópicos. Aplicación a la separación de compuestos de interés industrial

Résumé

El presente trabajo se encuadra en la línea de investigación que sobre el estudio y la caracterización termodinámica de mezclas de interés industrial se desarrolla en el Departamento de Ingeniería Química de la Universitat de València. En primer lugar se ha realizado una extensa revisión bibliográfica de sistemas de interés industrial y de difícil separación, es decir, aquellos que presentan volatilidades muy similares o que forman azeótropos. Se han considerado aquellos sobre los que existía escasa o nula información previa. Los sistema elegidos para el presente estudio corresponden a las mezclas éter + alcohol que en la mayoría de los casos forman azeótropos de punto de ebullición mínimo. La presencia de azeótropos en el equilibrio entre fases implica grandes complicaciones para lograr la separación de los componentes por destilación convencional, por ello, se ha estudiado la posibilidad de llevarlas a cabo mediante destilaciones no convencionales; como la destilación con cambio de presión y la destilación extractiva. Para esta última se han seleccionado una serie de disolventes alternativos a aquellos establecidos, que no resulten perjudiciales para la salud y, en general, para el medio ambiente, bien porque su grado de toxicidad sea mucho menor (alcoholes, ésteres, éteres) o porque sean compuestos muy poco volátiles y cuya recuperación posterior y su manipulación sea menos peligrosa. En esta memoria de Tesis Doctoral se presenta, como contenido fundamental, un análisis experimental y teórico de los equilibrios líquido-vapor (ELV) isobáricos de los sistemas binarios y ternarios implicados, en concreto: - Éter di-n-propílico + 1-Propanol (a 20 y 101.3 kPa) - Éter di-iso-propílico + 2-Propanol (a 30 y 101.3 kPa) - Éter di-n-propílico + 1-Propanol + Disolvente (1-Pentanol, Propionato de n-butilo, N,N-Dimetilformamida o 2-Etoxietanol) a 101.3 kPa. - Éter di-iso-propílico + 2-Propanol + Disolvente (2-Metoxietanol, 3-Metil-1-butanol o Propionato de n-butilo) a 101.3 kPa. Además, dado que el agua suele intervenir como producto de reacción o medio de disolución en la producción de los éteres, también se ha utilizado un nuevo montaje experimental y se ha desarrollado un procedimiento técnico adecuado para la determinación del equilibrio líquido-líquido-vapor (ELLV) isobárico de las mezclas parcialmente miscibles, en concreto: - Éter di-n-propílico + 1-Propanol + Agua (a 100 kPa) - Éter di-iso-propílico + 2-Propanol + Agua (a 100kPa) Todos los datos experimentales obtenidos tanto de los sistemas binarios como ternarios se han correlacionado usando distintos modelos termodinámicos de coeficientes de actividad: Wilson, NRTL y UNIQUAC. Para comprobar la bondad de los resultados experimentales obtenidos se han sometido los mismos al test de consistencia de Fredenslund para los sistemas binarios y al de McDermott-Ellis modificado por Wisniak y Tamir para los sistemas ternarios. Se ha estudiado mediante distintos procedimientos teóricos cual de los disolventes ensayados proporciona una mayor selectividad sobre los componentes constituyentes de la mezcla binaria primitiva y por consiguiente promete ser el mejor de los disolventes para llevar a cabo la separación por destilación extractiva. Con el fin de comparar la destilación con cambio de presión y la destilación extractiva se ha utilizado la simulación, y en concreto, el programa Aspen Hysys v.2006 para el diseño de las secuencias de separación, para ambas alternativas, que proporcionará los dos productos de interés con una pureza determinada. Por último se ha llevado a cabo una evoluación económica de las dos alternativas de separación utilizando el programa CapCost.