Diseño de un algoritmo para el análisis de un proceso simultáneo reacción - extracción a nivel productivo

Abstract

La importancia de los procesos simultáneos Reacción-Extracción se fundamenta en las grades ventajas que ofrece, como compacidad del esquema tecnológico, posibilidad de sobrepasar los limites impuestos por el equilibrio, separación in-situ del producto, etc. En este trabajo se presentan los conceptos generales del equilibrio líquido-líquido, los fundamentos teóricos de los procesos simultáneos Reacción – Extracción. Se analiza el equilibrio químico y de fases simultáneo para mezclas multicomponente, con representaciones graficas para tres y cuatro componentes. Estos diagramas son la base del análisis termodinámico topológico que se aplica en el diseño preliminar de los procesos de Reacción y Fermentación Extractiva. Se estudia la termodinámica topológica de estos sistemas en general y para la Esterificación de Ácido Acético y Butanol hacia Acetato de Butilo a nivel productivo, a partir de lo cual se postulan dos diferentes trayectorias tentativas para el proceso desde el punto de vista de la estática e interpretándolo como una secuencia de reactores decantadores en paralelo: la primera asumiendo que en cada etapa se llegue al equilibrio químico y de fases simultáneo y la segunda, basada en el alcance del ELL en cada etapa. A partir de estos resultados, se presenta la determinación cualitativa de la trayectoria tentativa del proceso, que es el fundamento para presentar el análisis por métodos cortos, que se propone como un algoritmo de evaluación de procesos Reacción-Extracción. Se desarrolló una fase experimental para establecer las condiciones de operación y para corroborar los resultados del análisis termodinámico-topológico para el proceso de producción de Acetato de Butilo y se llevó a cabo la operación en continuo para comprobar las bondades de la Reacción Extractiva. Finalmente se extiende la aplicación del algoritmo de análisis de procesos Reacción Extracción a un proceso de Fermentación Extractiva. / Abstract. The simultaneous processes are important because of the many advantages offered, for example, a more compact flow sheet, the possibility of bypassing the limit imposed by the chemical equilibrium, in situ product recovery, etc. The general concepts of the Liquid-Liquid equilibrium and the theoretical principles of the simultaneous Reactive Separation processes are presented in this work. The simultaneous chemical and phase equilibrium for multicomponent mixtures is analysed with the representation of phase diagrams for three and four components. These diagrams are the basis for the thermodynamic-topological analysis applied in the preliminary design of the Extractive Reaction/ Fermentation processes. The thermodynamic-topological analysis is examined in general and for the process of esterification of Acetic Acid and Butanol to obtain Butyl Acetate at a productive level. Two different trajectories are suggested: one is based on the reaching of the simultaneous chemical and phase equilibrium, the other is based on the reaching of the phase equilibrium. The process is simulated as a sequence of parallel reactors-decanters. Based on the results, the trial trajectories for the Extractive Reaction Processes are defined. It is the first step in the development of the shortcut method based on the static analysis that is proposed as an algorithm of evaluation for Reaction-Extraction processes. An experimental phase was developed for establishing the operation conditions and corroborating the results of the thermodynamic-topological analysis for the process of Butyl Acetate production. The continuous operation was performed in order to prove the advantages of the Extractive Reaction processes. Finally the analysis algorithm of Reaction-Extraction processes is extended for the Extractive-Fermentation process.