CASO DE ESTUDIO 3 3. Para escoger el modelo termodinámico adecuado para cada una de las mezclas
propuestas en este punto, utilizamos el árbol de decisiones de Carlson. Algunos puntos importantes en el árbol de decisión es la polaridad de las moléculas, si son son electrolitos o no, las condiciones de P en las que se realiza la operación y las fases presentes. Una manera fácil de ver si una sustancia es polar o no es mirar el índice de polaridad de Synder, el cual se basa en la medida de la solubilidad para la sustancia en cuestión en tres disolventes diferentes [1]. Este índice generalmente tiene valores bajos para solventes orgánicas e hidrocarburos y un índice índice alto para el agua por ser una sustancia muy polar. Cuando no se tiene información sobre el índice se solubilidad puede mirarse los tipos de enlace y los momentos dipolares de las moléculas para clasificarlas entre polares y no polares. A continuación se presenta una explicación breve sobre la escogencia del método termodinámico para cada una de las situaciones propuestas. a) Destilación de una mezcla benceno-tolueno-xileno: En este caso las sustancias son no
polares, con valores del índice de polaridad que están entre 2.3 y 3 [2]. Como no es una mezcla compleja se dice que los componentes son reales, por lo que los métodos termodinámicos más recomendados son Peng-Robinson, SRK y Lee-Kesler-Plocker. b) Destilación de una mezcla etano-propano-butano: Para esta mezcla no se encuentran
reportados índices de polaridad, pero por la estructura de las moléculas (no tienen elementos con pares de electrones libres) y su estabilidad se pueden considerar no polares. Como no es una mezcla compleja, igual que en el numeral anterior los modelos termodinámicos recomendados son Peng-Robinson, SRK y Lee-Kesler-Plocker. c)
Separación de ácido tereftálico por destilación, involucrando dimerización en una
de polaridad sección del equipo: El ácido tereftálico por tener grupos -COOH se considera de +
alta. Se dice que es un electrolito débil por la dificulta con que libera los H , en especial el de la segunda disociación. El proceso de dimerización del ácido generalmente se lleva a cabo a presiones bajas (276 KPa) [3]. Como es un proceso conocido, se podrían obtener de alguna manera los parámetros de interacción y como en la reacción se presenta un equilibrio V-L e involucra dimerizacion los métodos más recomendados son WILSON, NTRL, UNIQUAC UNIQUAC con Hayden Hayden – O’Connell o Nothnagel EOS. d) Destilación extractiva de la mezcla tolueno – metilciclohexano, usando fenol como
componentes tiene un índice de polaridad polaridad bajo líquido extractor: En este caso dos de los componentes pero prima el efecto del agente extractor que es una sustancia polar. Se consideran no electrolíticos y debido a que la destilación extractiva maneja presiones menores a los 10 bares y asumiendo que los parámetros puedan ser obtenidos fácilmente, los métodos recomendados son NTRL, Wilson y UNIQUAC. e) Evaporación instantá instantánea nea de una mezcla acetona ac etona – agua: Considerando que la mezcla sea
en mayor proporción agua, podemos decir que es polar, por la naturaleza de las sustancias que es no electrolítica y asumiendo que los parámetros de interacción pueden ser fácilmente obtenidos, los modelos termodinámicos recomendados para presiones altas
son Peng-Robinson, Schwartentruber-Renon o RKS con modificaciones, y para presiones bajas Wilson, NRTL, y UNIQUAC. f)
Destilación de petróleo crudo a presiones mayores de 10 atm: La mezcla de
hidrocarburos compleja presente en el petróleo se considera no polar y el manejo de esta se hace mediante la utilización de speudocomponentes. Como el proceso se está haciendo a 10 atm, los métodos recomendados son Chao-Seader, Grayson-Streed y Braun K-10. g) Reacción química y separación en la producción de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno: Este proceso de producción de amoniaco, también llamado de Haber, se
realiza a presiones cercanas a las 200 atm y 400-500°C. Aunque el nitrógeno y el hidrogeno son considerados no polares, el amoniaco es muy polar, por lo que el modelo más aconsejable para esta mezcla de sustancias no electrolíticas y a alta presiones sin conocer los coeficientes de interacción binaria son PSRK, PR o RKS con MHV2. Si tenemos los coeficientes de interacción binaria se pueden utilizar Schwartentruber-Renon, PR o RKS con WS o MHV2 . h) Destilación de la mezcla estireno – etilbenceno: El etilbenceno como el estireno son
sustancias no polares no electrolíticas. La destilación puede ser llevada a cabo a presiones bajas y si tenemos los coeficientes de interacción binaria los métodos termodinámicos recomendados son WILSON, NTRL y UNIQUAC. En caso de que no tengamos los parámetros se podría utilizar UNIFAC. i)
Mezclado e intercambio de calor entre una corriente acuosa de H2SO4 y otra de agua a 1 atm: Tanto el acido sulfúrico como el agua son sustancias polares por la presencia de
oxígenos además, el acido sulfúrico es un electrolito fuerte por ser un acido fuerte por lo que los métodos termodinámicos recomendados son Electrolyte NTRL o Pitzer. j)
Destilación de una mezcla de hidrógeno – metano – etileno – etano –propileno – propano: Como todos los componentes de la mezcla pueden ser clasificados como no
polares, y tiene un número preciso de componentes, los métodos que podrían ser utilizados son Peng-Robinson, Redlich-Kwong-Soave y Lee-Kesler-Plocker.
Referencias [1]http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8248/4/T4cromatliquid.pdf ] explicación índice de polaridad. [2] http://www.cienytech.com/tablas/tabla-miscibilidades.pdf Tabla
de miscibilidad de
sustancias. [3]
http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/pet/sintesis_quimica.htm
dimerización ácido tereftálico.
proceso
de
