Recirculación y purga
Introducción
¡Hola!
¡Vaya qué momento más grato el poder saludarte! Es un orgullo que continúes como estudiante de este curso de Balance de materia. Espero que sigas perseverando hasta el final, por lo pronto te invito a revisar esta séptima sesión.
En esta clase necesitamos adicionar ciertos temas. En la sección de procesos sin reacción química pudimos trabajar con la recirculación, la cual retomaremos nuevamente, especialmente porque ahora sí podremos resolver nuestro reactor químico que incluya una recirculación por algún componente que no pudo reaccionar completamente. Otro término de interés que trataremos y que se emplea a nivel industrial para evitar problemas en el desempeño del proceso, es la purga. Analizaremos cómo se emplea y el porqué de su uso.
¡Iniciamos!
Desarrollo del tema
Recirculación
Anteriormente estuvimos trabajando con la recirculación y el porqué de esta. Ahora que ya sabemos algunos nuevos términos que nos sirven para medir qué tan bueno o malo es nuestro proceso. Es necesario combinarlos para presentar la información del proceso. La conversión como la explicamos previamente, indica el grado de transformación de un reactivo (especialmente el limitante) en los diferentes productos. Cuando tenemos una o más recirculaciones en el proceso, es posible definir diferentes tipos de conversión, una que corresponde al proceso total y otra que corresponde y describe lo que sucede únicamente en el reactor. Ambos no dan información del proceso y esta podemos emplearla a conveniencia de quien presenta.
La conversión total hace referencia a todo lo que sucede en el proceso y puede ser calculada como sigue:
Para el caso de la conversión en un paso, esta se relaciona a lo que sucede específicamente en el reactor químico y se puede calcular empleando la siguiente ecuación:
Ambos valores obtenidos en las dos ecuaciones podemos tenerlo en porcentaje al realizar una multiplicación por el 100 %.
Pero cuál es la diferencia, analicemos en el siguiente proceso que se muestra en la Figura 1. Y calculemos la conversión total y la conversión en un paso.
La conversión total sería igual a
La conversión en un paso sería igual a:
Los resultados muestran que, si analizamos el desempeño del proceso de manera general, podríamos decir que tuvimos un 100 % de conversión de reactivos, pero si nos vamos a la conversión en un paso, es posible notar que no necesariamente se convierte todo en el reactor, lo cual se paga en el tamaño de los equipos.
Purga
La purga es otra de las operaciones que se realizan a menudo en procesos químicos. Esta se realiza debido a que hay procesos en los cuales podemos encontrar átomos que no pueden salir del proceso, ya sea transformados a través de una reacción química o por medio de un proceso de separación, lo cual genera una acumulación infinita. Por esta razón, es preferible realizar una purga que básicamente consiste en ventear una corriente de la corriente de recirculación y así poder continuar con la recirculación de los reactivos que no se transformaron.
La Figura 2 muestra un proceso donde se alimentan los componentes A, B y C, donde se lleva a cabo la siguiente reacción 2A + B 🡪2D y el componente C no participa en la reacción (es un inerte). Suponga que este material se encuentra en la alimentación fresca o se produce en una reacción química, pero permanece en su totalidad en la corriente 6 (recirculación y asumiendo que no existiera la corriente 7). De recircular este componente, nunca podría salir del proceso ya que por la corriente sólo sale el producto de la reacción. El que ese producto no salga del proceso generaría que la cantidad en el proceso siempre estuviera aumentando. Una alternativa es llevar a cabo una purga (corriente 7) en la cual perderíamos cierta cantidad de reactivos (A y B), pero sería una cantidad mínima y además resolveríamos el problema de la acumulación infinita. Usualmente en la purga generamos una unidad nueva, el cual es un divisor. Algo que quizá se podría pensar es por qué no un separador en lugar de un divisor, bueno, en ocasiones nos vamos a encontrar con mezclas que son difíciles de separar a través de medios convencionales, por lo cual es más factible el llevar a cabo una purga. ¿Qué cantidad debemos purgar? La respuesta no es sencilla y aún está lejos del nivel en el que estamos, ya que para tener una respuesta certera acerca de cuál es la cantidad que debemos purgar, ya que esto tiene implicaciones en el costo de reactivos que estaríamos perdiendo, costos de equipo asociado a la cantidad que recirculemos/purguemos, costo de operación, uso de aditivos, etc. Lo cual implica una serie de datos y cálculos que aprenderán en cursos casi al final de la carrera, pero al menos ya saben que esto existe y que es posible seleccionarlo de manera correcta basado en costos y también análisis de impacto ambiental.
Conclusión
En resumen, analizamos nuevos términos que emplearán durante su formación como ingenieros químicos. Estos pueden ser empleados incluso para vender una idea o un proyecto de proceso. También revisamos el porqué de la purga, cuándo es necesaria y cuáles son sus implicaciones.
Hemos llegado al final de esta interesante clase, espero que haya sido de tu completo agrado su contenido y sobre todo que hayas aprendido más acerca del tema.
Te solicito amablemente realizar las consignas correspondientes a esta clase y profundizar un poco más con el video que incluye una explicación más detallada del tema. Te encuentro en tu próxima sesión, hasta entonces.
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.