Estudio de la destilación cero gravedad - Ramírez González, Eduardo Artemio (Universidad Autónoma Metropolitana, 1992)
La destilación cero gravedad (DCG) es una operación unitaria reportada recientemente, en la cual la capilaridad es el mecanismo básico del proceso. El nombre de la operación se debe a que las fuerzas de gravedad no intervienen en la separación. Por sus características de alta eficiencia, DCG se considera una opción atractiva para incidir en retos fundamentales de la destilación convencional. En el marco de las demandas de solución de problemas de la destilación convencional, el presente, trabajo se orienta al estudio de la destilacion cero gravedad. Para ello se parte de una revisión del conocimiento de la destilación convencional. En esta revisión se observa que la destilación es una tecno1ogI.a madura y que en la actualidad hay un gran número de paquetes computacionales disponibles en el mercado para apoyar el diseño de columnas. La destilación es una operación unitaria que consume grandes cantidades de energía y debido a ello se buscan diferentes formas de optimizar los diseños. Sin embargo, diversos factores establecen una brecha entre la teoría y la práctica. En primera instancia, la destilación es una operación con comportamiento altamente no lineal que se traduce en dificultades prácticas para instrumentar esquemas óptimos de integración de energla y sistemas de control avanzado. El segundo factor es de gran relevancia en la actualidad: el enfoque de modelamiento, basado en equilibrio. En el presente trabajo se muestra que este enfoque es muy limitado, ya que en la realidad las corrientes de líquido y vapor que salen de un plato de destilación no están en equilibrio y que los diferentes criterios de eficiencia que actualmente se utilizan no son suficientemente adecuados. Con estas limitaciones la destilación convencional enfrenta grandes retos para reducir sus costos de inversión y operación. Para atacar estos problemas se identifican dos ruta&: una en la línea de mejoramiento y otra en la llnea de cambia por sustitución. En la línea de mejoramiento la tendencia más importante que se observa es la del modelamiento basado en fenómenos de transporte, que debe sustituir al modelamiento basado en equilibrio. Ya que este enfoque atiende mejor la realidad, deben esperarse beneficios en el mejoramiento de diseños. En la tendencia de cambio por sustitucion la destilación cero gravedad se identifica como una operación atractiva, ya que incide en los retos fundamentales de la destilación, debido a su alta eficiencia de separación en columnas pequeñas. En el presente trabajo se identifican las deficiencias en el conocimiento de la DCC y se justifica la necesidad de un estudio más profundo que permita establecer las bases para el diseño, optimizacibn y control de la operación. A partir de principios básicos se identifica el efecto de la tensión superficial y del medio poroso en la opsración. As$ mismo, se demuestra que la alta eficiencia de separación que se logra en DCG sólo se puede explicar con razones altas de transferencia de masa, y por ello, en este trabajo, se propone un mecanismo de mezclado de película interfacial promovida por el medio poroso. La conceptualizaci6n realizada para DCG permite establecer un modelo matemático que coneiste de las ecuaciones de conservacibn de materia y energia para las fases líquida y gaseosa acopladas a través de las ecuaciones interfaciales de equilibrio y de transferencia de masa y calor. Mediante el análisis dimensional de estas ecuaciones se demuestra que el perfil de temperaturas en la columna se puede obtener por medio de cálculos de punto de burbuja. El sistema de ecuaciones diferenciales parciales acopladas resultante, se resuelve por medio de una técnica de colocación en elemento finito, utilizando polinomios cúbicos de Hermite como funciones base. Los resultados para estado estacionario y estado transitorio demuestran la alta capacidad predictiva de modelo. La congruencia de los resultados justifica las hipótesis planteadas y como consecuencia se logra un mejor conocimiento de la operacibn. Finalmente, se establecen comparaciones de consumos de energía de la DCC contra la destilación convencional y se comprueba que DCG es más eficiente en el uso de energia, lo que valida la atractividad de la operación.