Recirculación, derivación y solución de problemas
Introducción
¡Hola!
Qué gusto poder encontrarte en esta nueva sesión, espero que sigas descubriendo este curso Balance de materia y lo encuentres fascinante.
Los procesos químicos usualmente no se llevan a cabo de manera perfecta o bajo las condiciones en las cuales se tienen disponibles las materias primas o las corrientes internas del proceso, lo cual presenta un reto para poder llevar a cabo los procesos de la manera deseada. La recirculación y derivación son dos tipos de estrategias que se pueden implementar para emplear al máximo los recursos disponibles en el proceso y la forma de cómo adecuar las corrientes a las condiciones deseadas.
Este tema complementa los procesos donde se pueden encontrar múltiples unidades o sistemas identificados en el proceso. Te invito a que identifiques la importancia de este tema y qué implicaciones tiene desde el punto de vista de nuevos sistemas… esa es la clave del éxito.
¡Te invito a empezar esta sesión con mucho ánimo!
Desarrollo del tema
Recirculación
En los procesos químicos es poco común que una reacción química A B se lleve a cabo de manera completa en un reactor químico, esto debido a las condiciones imperantes en el proceso, así como el mismo equilibrio químico del sistema reactivo, lo que genera que cierta cantidad de reactivo no se transforme. Desde el punto de vista económico no es factible el desperdiciar esta cantidad de reactivo. Una estrategia que es posible implementar es la recirculación, lo cual implica pasar de un reactor (ver Figura 1a) a la generación de un separador y un mezclador como se muestra en la Figura 1b. El separador se forma en la intersección de las corrientes 2, 3 y 4, mientras que el nuevo mezclador se forma en la intersección de las corrientes 0, 1 y 3. Un nuevo término que aparece cuando tenemos una recirculación es la de alimentación fresca (corriente 0), y la corriente 1 se convierte sólo a la alimentación al reactor. El proceso de la Figura 1a el cual es sólo un sistema, se convierte en un proceso (ver Figura 1b) con un mezclador, un reactor, un separador y un balance del proceso total.
Al momento de revisar este tipo de procesos donde hay recirculación en estado estacionario, usualmente al momento de preguntar a los alumnos qué pasará al momento que se realiza el paso de ir de un proceso abierto (Figura 1a) a un proceso cerrado (Figura 1b), lo más común es que mencionen que existirá una acumulación lo cual no es correcto. Al analizar las corrientes 1 y 5 de la Figura 2, es posible ver que el balance del sistema general (encerrado en el rectángulo rojo) es igual, es decir, el flujo total de entrada a ese sistema es igual al flujo total de salida.
Nota: donde es posible ver que la ecuación de balance se cumple en el balance general.
Existen diversos motivos para la recirculación, por ejemplo, la recuperación de un catalizador para ser empleado nuevamente en el reactor, dilución de una corriente de proceso con el fin de obtener las características apropiadas para ser empleado en el proceso, control de una variable del proceso como el calor de reacción el cual se puede manipular diluyendo la mezcla reaccionante, circulación de un fluido de trabajo como el caso de los refrigerantes en refrigeradores, aires acondicionados, etc.
Derivación
Otro procedimiento que se realiza en procesos químicos es la derivación o también conocido como bypass en el idioma inglés. En la derivación, una fracción de la alimentación al sistema se divide y rodea a la unidad. La corriente derivada se mezcla con la corriente de salida. La Figura 3a muestra un sistema previo al adicionar una derivación, la cual genera dos nuevas unidades, un divisor y un mezclador (ver Figura 3b). El divisor se encuentra en la intersección de las corrientes 0, 1 y 3, donde todas las corrientes tienen la misma composición por la cual sólo se tiene una ecuación independiente, mientras que el mezclador se genera en la intersección de las corrientes 2, 3 y 4.
Conclusión
Para concluir esta sesión, pudimos revisar la derivación y recirculación, temas de importancia desde el punto de vista económico y de impacto ambiental, ya que nos permiten realizar mejoras en el proceso bajo análisis.
Vimos que, al momento de generar una recirculación en un proceso, de manera automática aparecen dos nuevas unidades, un separador y un mezclador. Para el caso de la derivación, se nos generan 2 unidades, un divisor y un mezclador. La forma de solución es la misma, sólo que el saber el tipo de unidad o sistema que se genera nos facilita el identificar cómo se resolverán los modelos matemáticos que surjan.
Seguimos aprendiendo y adquiriendo nuevos conocimientos para nuestra formación como ingenieros químicos.
Te felicito por llegar hasta aquí con ese ímpetu tan incontrolable por saber cada día un poco más, continúa así y no dejes que ese ánimo decaiga. Realiza las actividades correspondientes. Te encuentro próximamente.
Fuentes de información
- Felder, R.M. y Rousseau, R.W. (2006). Principios Elementales de los procesos Químicos. (3ª ed.). Limusa-Wiley. ISBN: 968-18-6169-8
- Murphy, R.M. (2007). Introducción a los procesos químicos: principios, análisis y síntesis. USA: McGraw-Hill. ISBN: 978-970-10-6199-2. En español ISBN: 970-10-6199-3.