DESTILACIÓN EXTRACTIVA“La adición de etanol carburante a la gasolina ha impulsado el estudio de técnicas para la deshidratación de etanol, puesto que pequeñas cantidades de agua en la mezcla etanol-gasolina ocasiona la separación de fases generando problemas serios en la operación del motor. Entre las principales tecnologías para la deshidratación de etanol se encuentran la destilación al vacio, adsorción por tamices moleculares, destilación azeotrópica y destilación extractiva. Esta última técnica comparada con las anteriores es atractiva por sus bajos consumos energéticos, costos de inversión inicial y de operación” (Oliveros 2011). La destilación es el proceso de separación más común y en muchos casos la operación más importante en la industria de procesos. Su importancia radica en que es una de las operaciones más eficientes de separación, es relativamente sencilla de operar y se obtienen productos de muy alta calidad. Actualmente, debido a los exigentes requisitos de calidad, eficiencia energética y control ambiental, se requiere que esta operación trabaje en su punto óptimo bajo un riguroso sistema de control y supervisión. GENERALIDADES – DESTILACIÓN La destilación es un proceso que permite separar dos o más componentes de una solución líquida, aprovechando la distribución de sustancias entre la fase gaseosa y líquida de acuerdo a las diferencias de sus volatilidades relativas o de sus puntos de ebullición. La operación de destilación, de forma generalizada, se compone de una columna de platos o empacada, un tanque rehervidor en el fondo, además de un condensador y un acumulador en la cima. de alto punto de ebullición y no forma azeótropos adicionales. B. el líquido se desorbe del componente volátil mediante vapor que se produce en el rehervidor. el vapor se lava con el líquido para eliminar o absorber el componente menos volátil. donde parte del líquido es devuelto a la parte superior de la torre como reflujo L. miscible. la otra corriente es el producto de cima y se conoce como destilado D. La relación entre la corriente de reflujo y destilado es una de las principales variables a definir para la operación de la columna. esta relación define el grado de separación de los compuestos así como el diseño mismo de la columna.Figura 1 En las secciones por encima del punto de alimentación F. A una mezcla binaria que es difícil o imposible de separar por . el cual se caracteriza por ser no-volátil. El vapor que sale de la columna VT se condensa y es almacenado en el acumulador. conocida como sección desorbedora o de agotamiento. La destilación extractiva es considerada como un método de rectificación de multicomponentes. enriquecedora o rectificadora. por esto se conoce como sección de absorción. El líquido que sale del fondo. llevará los componentes con menor volatilidad. DESTILACIÓN EXTRACTIVA La destilación extractiva es una de las principales técnicas utilizadas para separar mezclas binarias azeotrópicas. por tanto. En esta operación se adiciona un tercer componente también conocido como agente de separación o solvente. En la sección debajo del punto de alimento. los métodos ordinarios. Una de las principales aplicaciones de la destilación extractiva está en la separación de la mezcla azeotrópica etanol-agua. un agente másico de separación (AMS). o azeotrópicos. y como producto de fondos se obtiene el componente menos volátil junto con el solvente. conocido como disolvente. En la columna extractiva se adiciona el solvente en una etapa cercana a la cima de la columna y se obtiene normalmente como producto de cima el componente con mayor volatilidad con una elevada pureza. la separación. de esa forma. La destilación extractiva se usa en la industria petroquímica y química para la separación de sistemas de puntos de ebullición cercanos. críticos. para los cuales la destilación sencilla con una única alimentación es o demasiada cara o imposible. A continuación se muestra un esquema . no evaporándose de modo apreciable durante todo el proceso. siendo usado como aditivo o sustituto completo de la gasolina o como materia prima para la alcohol-química (Ravagnani 2010). esta corriente se alimenta a otra columna conocida como columna recuperadora en donde el segundo componente se obtiene en la cima y el solvente en el fondo el cual se vuelve a realimentar a la primera columna. se le agrega un tercer componente. el cual altera la volatilidad relativa de los componentes originales y permite. para este caso el etanol. Este disolvente agregado es de baja volatilidad. Esta separación presenta un gran interés industrial. debido a la potencial fuente de energía renovable del etanol. el producto de cola. El disolvente modifica. Uno de los componentes. permanece a una concentración relativamente elevada en la fase líquida a lo largo de las distintas secciones de la columna. Debido a que el disolvente se elige no volátil. pero por encima del plato de alimentación. El destilado procedente de la columna de recuperación es B puro. A (no necesariamente el componente más volátil de la mezcla original). por debajo del plato de alimentación de disolvente. y el disolvente-producto de cola se recicla de vuelta a la columna extractiva. La destilación extractiva trabaja mediante el aprovechamiento de las mejoras inducidas por el disolvente o las moderaciones de las no idealidades de la fase líquida de los componentes que van a ser separados. Debido a que el disolvente es no volátil. El disolvente se introduce en la columna de extracción a una elevada concentración unos platos por debajo del condensador. consistente en B y el disolvente. se envían a la columna de recuperación.La configuración consiste en una columna extractiva de doble alimentación y en una columna de recuperación de disolvente. . se extrae como una corriente de destilado esencialmente pura. punto de congelamiento y viscosidad. carácter corrosivo. o habilidad para alterar de tal modo el equilibrio vaporlíquido de la mezcla original que facilite la separación. Para lograr esto. Baja volatilidad. En particular. Fácil Separación. el disolvente debe poder separarse con facilidad de la mezcla a la cual se adicionó. Se deben tener en cuenta los siguientes aspectos esenciales respecto al disolvente: El disolvente debe alterar la volatilidad relativa por un margen bastante ancho para un resultado exitoso.selectivamente. con el fin de prevenir la evaporación del disolvente con el producto principal y de mantener una concentración elevada en la fase líquida. Alta selectividad. pero que utilice sin embargo pequeñas cantidades de disolvente. es necesaria una alta concentración de disolvente. estabilidad química. los coeficientes de actividad de los componentes que van a ser separados. . no debe formar azeótropos con las sustancias originales. toxicidad. Consideraciones en cuanto a costos. cloruro cálcico para procesos salinos Ácido sulfúrico. acetonitrilo. acetonitrilo. nitrato de magnesio para procesos salinos Los procesos de ácido sulfúrico dependen fuertemente de la curvatura del límite .Sistema Etanol – agua Tipo Benceno – ciclohexano Acetato de etilo – etanol Ésteres altos alcoholes. DMF. aromáticos Propilenglicol THF – agua Acetona – metanol Isopreno – pentano Piridina – agua Acetato de metilo – metanol Alquenos C4/alcanos C4/dienos C4 Alquenos C5/alcanos C5/dienos C5 Isómeros heptano – tolueno Isómeros de heptano – ciclohexano Acetato de vinilo – acetato de etilo Propano – propileno Etanol – isopropanol Ácido clorhídrico – agua Ácido nítrico – agua Disolvente Reseña Etilenglicol. fenol Anilina. nmetilpirolidina Anilina. aromáticos Puntos de ebullición cercanos Acrilonitrilo Alternativa para la destilación simple Benzoato de metilo Azeótropo de máximo punto de ebullición Ácido sulfúrico. alternativa a la destilación azeotrópica. DMF. etilenglicol Furfural. anilina. por variación de presión Furfural. acetonitrilo Bisfenol Etilenglicol Elemento de un sistema de monometil éter recuperación como alternativa a la producción de acetato de metilo por destilación reactiva. fenol Fenol. sales de Alternativa a la destilación acetato para azeotrópica. destilación por procesos con sal variación de presión Anilina Azeótropo de mínimo punto de ebullición Puntos de ebullición cercanos y azeótropos de mínimo punto de ebullición Puntos de ebullición cercanos o Proceso similar para otros sistemas alcohol – éster Alternativa a la destilación por variación de presión Agua. DMF. nmetilpirolidina Furfural. Actualmente. A diferencia de la destilación azeotrópica. por ser un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable. al. Los bajos consumos energéticos que acarrea esta operación (Barba. CONDICIONES DE OPERACIÓN (SEGÚN ARTÍCULO “Producción de alcohol carburante por destilación extractiva: Simulación del proceso con glicerol” – Uyazán. la columna deshidratadora se alimenta etanol azeotrópico en una de las etapas intermedias. Esta corriente se envía a la columna de recuperación del disolvente donde merced a su baja volatilidad se recupera el etilenglicol en los fondos. Black. En el destilado de la columna de recuperación se recupera el agua de la mezcla inicial. radica en que el etanol obtenido no contiene trazas del agente de separación. La ventaja que presenta esta técnica respecto de la destilación azeotrópica. en la columna extractiva se recupera el etanol deshidratado por el destilado mientras que de los fondos se retira una corriente con composición ternaria en donde se concentra la casi totalidad del etilenglicol. tiofenos y otros (Lee. la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados en el mundo. lo que amplía su utilidad a productos alimenticios y farmacéuticos. 1972. 2003). Además. Ana M. 2003). utilizada por mucho tiempo. 1985). La destilación extractiva se ha estudiado y aplicado en la deshidratación y recuperación completa del etanol. fenoles hidrofóbicos. y el glicerol en . promete la sostenibilidad ambiental y económica del proceso (Stupiello. 1985. aminas. Batista. Una de las técnicas más utilizadas en la industria es la destilación extractiva. acompañados de los competentes costos de inversión inicial y de operación (Trindade. parafinas. 2003).. entre los cuales se encuentran algunos glicoles. las características del agente de separación hacen que su búsqueda sea menos dispendiosa y restringida que en el caso de la destilación azeotrópica. hacen de la destilación extractiva una tecnología atractiva para deshidratar etanol. 1997. Las razones por las cuales el etanol se ha convertido en el compuesto oxigenado de mayor demanda se encuentran en sus propiedades físico-químicas y en que. los cuales se recirculan a la columna extractiva.) Para la obtención de etanol anhidro por destilación extractiva se dispone de dos columnas consecutivas de destilación. et. Ligero. Una gran variedad de solventes que modifican la forma de la curva del equilibrio líquido-vapor y eliminan el azeótropo han sido evaluados. En la primera. Para evitar la posible descomposición del etilenglicol debido a su alta temperatura de ebullición. es el alimento de la columna recuperadora. Cuando se recircula el etilenglicol es necesario disminuir su temperatura a un valor de 80ºC para poder alimentarlo a la columna extractiva y así garantizar una mejor separación. (entre más alta menor gasto energético después de un máximo característico de cada operación) debido a que el solvente se alimenta en una etapa superior y al mezclarse con el reflujo en su descenso a través de la columna se diluye aún mas y su efectividad disminuye. El producto de cima de esta columna es el etanol deshidratado hasta el grado deseado y el producto de fondo. la segunda columna del arreglo. En la columna de recuperación la restricción principal es la pureza del solvente obtenido por los fondos. con el fin de asegurar que se encuentra libre de agua y que puede ser recirculado a la columna extractiva sin afectar la pureza del etanol allí obtenido. compuesto por agua y glicerol.una etapa superior cercana al condensador. la columna de recuperación . NOTA: En el caso de la destilación extractiva no es conveniente utilizar una relación de reflujo alta. Lo anterior se logra intercambiando calor con la corriente de alimentación de esta columna. 2 atm de tal manera que la temperatura de los fondos no alcance los 150ºC.2 – 0. De esta manera se obtiene un destilado de etanol puro y unos fondos que contienen agua y etilenglicol (que corresponden a la corriente de alimentación de la columna de recuperación).156 0 78. *La destilación extractiva puede ser competitiva energéticamente en comparación con la destilación azeotrópica.se opera a 0.4 1249 15 0 224 .9957 COLUMNA DE RECUPERACIÓN 53.864 0.137 0 13. DATOS – CONDICIONES DE OPERACIÓN PARÁMETRO Flujo de alimento (kmol/h) Flujo de solvente (kmol/h) Flujo de destilado (kmol/h) Fracción molar de etanol en el destilado Temperatura de alimento (°C) Temperatura de solvente (°C) Relación de reflujo molar Número de etapas teóricas Etapa de alimento Etapa de alimento de solvente Presión (mmHg) Relación solvente/alimento Consumo energético (kJ/kg etanol) COLUMNA EXTRACTIVA 100 40 86. temperatura a la cual se puede degradar.05 6 4 – 760 0.2 80 0.35 18 10 3 130. la mayor inversión requerida corresponde a la destilación al vacío.COSTOS A partir de las tablas anteriores se puede analizar que en cuanto a los costos de capital. La deshidratación por tamices moleculares. también incurre en elevados costos de capital como consecuencia de la complejidad del sistema de automatización y control que implica el manejo alternado de diferentes regímenes de presión durante la operación del sistema de tamices. los cuales están asociados tanto a la altura y número de platos de la columna como a su diámetro. . característico de la tecnología. Finalmente se observa que los costos de la destilación extractiva y la destilación azeotrópica son los menores especialmente si se analizan los costos unitarios. En cuanto al consumo energético se observa que la destilación extractiva se encuentra entre las tecnologías de más bajo consumo en conjunto con la destilación por tamices moleculares. la cual a pesar de tener una mayor producción representa el tipo de destilación con mayores costos inversión. .