PROCESOS DE SEPARACION Y EL PERU
Era el año 1982/83 y ambos habíamos regresado ya de obtener nuestras Maestrías en Ingeniería Química en la University of Illinois at Urbana Champaigne y en la University of Wisconsin Madison. Regresamos a enseñar en nuestra alma mater la Universidad Nacional de Ingeniería en el antiguo Departamento de Procesos Industriales que dirigía la Ing. Dorís Maraví.
Uno de nosotros fue invitado a enseñar Transferencia de Masa en la Universidad de San Marcos, donde después conoceríamos a un gran amigo y mejor Profesor de Ingeniería Química Wilver Gil Benitez (que Dios lo tenga en su gloria), también conocimos al Dr. Lama (una verdadera institución en San Marcos).
El hecho es que tuvimos la oportunidad de enseñar transferencia de masa en las dos mejores universidades para la enseñanza de la ingeniería química en el Perú.
En aquella época Transferencia de Masa eran el texto del Profesor Treybal y se enseñaba equilibrio de fases en la primera parte y luego absorción, destilación sólo binaria en ambos casos y, si había tiempo, extracción líquido líquido.
Los métodos de cálculo eran gráficos, no existía el Excel, y lo más complejo que se abarcaba en destilación era el método de Ponchón Savarit, desarrollado en la década de 1930.
En el Perú los procesos de separación estaban circunscritos básicamente a los que se empleaban en las Refinerías y Complejo Petroquímico de Petroperú, las destilerías de alcohol (básicamente para manufacturar bebidas alcohólicas), la Planta de Fertilizantes Sintéticos y en la manufactura de fibras acrílicas en el Callao (Hoy Sud Americana de Fibras) y en la extracción y procesamiento de aceites comestibles (La Fabril, Pacocha Calixto Romero y alguna otra). Ya había desaparecido el complejo sucro-químico de Paramonga. El proceso de separación que más se empleaba era la destilación.
En la actualidad, gracias a Dios, esta situación ha cambiado de manera notable. Si bien es cierto que desaparecieron el Complejo Petroquímico de Talara y la Planta de Fertilizantes Sintéticos en el Callao, existe una diversidad de industrias que emplean procesos de separación.
Este cambio cualitativo y cuantitativo, fue impulsado por el desarrollo de la industria del gas natural, la industria de los hidrocarburos, la industria de los bicombustibles (bioetanol y biodiesel) y la industria minera con sus nuevas regulaciones ambientales.
Se presenta una breve introducción a los procesos de separación, como se entienden en la actualidad y donde sea posible se relacionará con alguna planta peruana que este ejecutando dicho proceso.
TECNOLOGIA DE PROCESOS.
En este tipo de tecnología una materia prima es preparada mediante diversos procesos para luego ser sometidas a procesos de conversión (físico química, química o bioquímica) para cambiar el estado, microestructura o composición de la materia prima obteniéndose diversos componentes químicos que deben ser pre separados y luego separados para dar: productos que se emplean como tales o a su vez son materias primas para otras industrias sub productos que tienen valor económico. También se generan efluentes líquidos, emisiones gaseosas y o desechos sólidos que deben ser tratados antes de su disposición final.
Era el año 1982/83 y ambos habíamos regresado ya de obtener nuestras Maestrías en Ingeniería Química en la University of Illinois at Urbana Champaigne y en la University of Wisconsin Madison. Regresamos a enseñar en nuestra alma mater la Universidad Nacional de Ingeniería en el antiguo Departamento de Procesos Industriales que dirigía la Ing. Dorís Maraví.
Uno de nosotros fue invitado a enseñar Transferencia de Masa en la Universidad de San Marcos, donde después conoceríamos a un gran amigo y mejor Profesor de Ingeniería Química Wilver Gil Benitez (que Dios lo tenga en su gloria), también conocimos al Dr. Lama (una verdadera institución en San Marcos).
El hecho es que tuvimos la oportunidad de enseñar transferencia de masa en las dos mejores universidades para la enseñanza de la ingeniería química en el Perú.
En aquella época Transferencia de Masa eran el texto del Profesor Treybal y se enseñaba equilibrio de fases en la primera parte y luego absorción, destilación sólo binaria en ambos casos y, si había tiempo, extracción líquido líquido.
Los métodos de cálculo eran gráficos, no existía el Excel, y lo más complejo que se abarcaba en destilación era el método de Ponchón Savarit, desarrollado en la década de 1930.
En el Perú los procesos de separación estaban circunscritos básicamente a los que se empleaban en las Refinerías y Complejo Petroquímico de Petroperú, las destilerías de alcohol (básicamente para manufacturar bebidas alcohólicas), la Planta de Fertilizantes Sintéticos y en la manufactura de fibras acrílicas en el Callao (Hoy Sud Americana de Fibras) y en la extracción y procesamiento de aceites comestibles (La Fabril, Pacocha Calixto Romero y alguna otra). Ya había desaparecido el complejo sucro-químico de Paramonga. El proceso de separación que más se empleaba era la destilación.
En la actualidad, gracias a Dios, esta situación ha cambiado de manera notable. Si bien es cierto que desaparecieron el Complejo Petroquímico de Talara y la Planta de Fertilizantes Sintéticos en el Callao, existe una diversidad de industrias que emplean procesos de separación.
Este cambio cualitativo y cuantitativo, fue impulsado por el desarrollo de la industria del gas natural, la industria de los hidrocarburos, la industria de los bicombustibles (bioetanol y biodiesel) y la industria minera con sus nuevas regulaciones ambientales.
Se presenta una breve introducción a los procesos de separación, como se entienden en la actualidad y donde sea posible se relacionará con alguna planta peruana que este ejecutando dicho proceso.
TECNOLOGIA DE PROCESOS.
En este tipo de tecnología una materia prima es preparada mediante diversos procesos para luego ser sometidas a procesos de conversión (físico química, química o bioquímica) para cambiar el estado, microestructura o composición de la materia prima obteniéndose diversos componentes químicos que deben ser pre separados y luego separados para dar: productos que se emplean como tales o a su vez son materias primas para otras industrias sub productos que tienen valor económico. También se generan efluentes líquidos, emisiones gaseosas y o desechos sólidos que deben ser tratados antes de su disposición final.
Procesos de Separación
La reacción es el núcleo de los procesos industriales, sin embargo en términos de costos los procesos de separación pueden llegar a ser el factor preponderante.
Los procesos de separación pueden llegar a costar del 50 al 90 % del costo total de separación en industrias de proceso. Más del 95 % de la energía consumida en la refinación de petróleo y en las industrias química y de papel se gastan en los procesos de destilación y de evaporación.
Mecanismos de Separación.
La separación de diversas especies químicas no es un proceso espontaneo, se logra a costa de energía. Las mezclas a ser separadas se originan como fase homogénea.
Si se tiene más de una fase inmiscible se suele emplear un medio mecánico (gravedad, fuerza centrífuga, reducción presión, campos magnéticos, campos eléctricos.) para separar las fases. A continuación se emplean los procesos de separación. La Figura No.2 muestra el proceso general de separación.
La reacción es el núcleo de los procesos industriales, sin embargo en términos de costos los procesos de separación pueden llegar a ser el factor preponderante.
Los procesos de separación pueden llegar a costar del 50 al 90 % del costo total de separación en industrias de proceso. Más del 95 % de la energía consumida en la refinación de petróleo y en las industrias química y de papel se gastan en los procesos de destilación y de evaporación.
Mecanismos de Separación.
La separación de diversas especies químicas no es un proceso espontaneo, se logra a costa de energía. Las mezclas a ser separadas se originan como fase homogénea.
Si se tiene más de una fase inmiscible se suele emplear un medio mecánico (gravedad, fuerza centrífuga, reducción presión, campos magnéticos, campos eléctricos.) para separar las fases. A continuación se emplean los procesos de separación. La Figura No.2 muestra el proceso general de separación.
Tecnologías para los procesos de separación
a.- Separación por creación de fase.- Consiste en la creación de una fase inmiscible por medio del calor, trabajo mecánico, o reducción de la presión (ESA – Agente Separación Energía)
b.- Separación por adición de componente.- En este caso se añade un segundo fluido (segunda fase, se añade un MSA – mass separating agent). Este agente de separación de masa debe luego ser retirado del proceso.
d.- Separación por medio de agente sólido, puede ser por medio de membranas o barreras.
e.- Separación por campo de fuerza o gradiente.
Procesos de separación basados en creación o adición de fases
a.- Separación por creación de fase.- Consiste en la creación de una fase inmiscible por medio del calor, trabajo mecánico, o reducción de la presión (ESA – Agente Separación Energía)
b.- Separación por adición de componente.- En este caso se añade un segundo fluido (segunda fase, se añade un MSA – mass separating agent). Este agente de separación de masa debe luego ser retirado del proceso.
d.- Separación por medio de agente sólido, puede ser por medio de membranas o barreras.
e.- Separación por campo de fuerza o gradiente.
Procesos de separación basados en creación o adición de fases
Separación con creación fase: Destilación de petróleo.- La destilación primaria (UDP) es la primera etapa de procesamiento del petróleo crudo y consiste en una separación física de los hidrocarburos presentes en el petróleo en función de sus puntos de ebullición. La destilación al vacío es una etapa en la cual el residuo proveniente de la UDP es fraccionado a presiones menores que la atmosférica.
Los productos de la destilación del petróleo son gases licuados, gasolinas de diversos octanajes, turbo combustible de aviación, diesel, gasóleos, petróleos industriales, asfaltos, etc. La Figura N0.4 muestra el esquema de la destilación primaria de Refinería La Pampilla S.A.A.
Los productos de la destilación del petróleo son gases licuados, gasolinas de diversos octanajes, turbo combustible de aviación, diesel, gasóleos, petróleos industriales, asfaltos, etc. La Figura N0.4 muestra el esquema de la destilación primaria de Refinería La Pampilla S.A.A.
Separación con creación fase y adición agente transferencia masa: Destilación Extractiva.- En esta destilación se añade un solvente a la columna para aumentar la volatilidad relativa de las especies que ebullen muy cercanamente permitiendo destilarlas. Luego hay que retirar el agente d etransferencia añadido.
Separación por adición de componente: Absorción.- La Absorción es un proceso utilizado para retirar un componente (soluto) de una corriente gaseosa contactándola con una solución líquida (solvente). La Figura No5. Muestra un esquema de procesos de absorción en la Planta de Tratamiento de Gas de las Malvinas.
Separación por adición de componente: Absorción.- La Absorción es un proceso utilizado para retirar un componente (soluto) de una corriente gaseosa contactándola con una solución líquida (solvente). La Figura No5. Muestra un esquema de procesos de absorción en la Planta de Tratamiento de Gas de las Malvinas.
La Figura No. 6 muestra el proceso inverso de separación con adición de fase, requerido para recuperar el agente de transferencia de masa añadido.
La Planta Malvinas dispone para la deshidratación de agua presnete en el ga snatural de un Sistema de absorcion de Glicol para deshidratación inicial de agua. Este sistema de glicol retira de un 90- 95% del agua procedente del gas de alimentación en un Contactor de Glicol mediante absorción con glicol. El glicol rico en agua se regenera y se retorna al contactor. Esta regeneración se lleva a cabo en un intercambiador de calor del glicol donde el agua se elimina mediante evaporación y luego se condensa y se envía al sistema de tratamiento de efluentes residuales.
Antes de la regeneración, la corriente de glicol pasa a través de un separador de glicol / hidrocarburo para eliminar el contenido de hidrocarburos en esta corriente. Los hidrocarburos separados se envían hacia el sistema de tratamiento de efluentes residuales. El gas proveniente del contactor glicol/gas se envía a otro sistema de Deshidratación por Tamices Moleculares.
Otros procesos de separación basados en creación o adición de fases.- La Tabla No. 2 muestra otros procesos de separación de este tipo.
Antes de la regeneración, la corriente de glicol pasa a través de un separador de glicol / hidrocarburo para eliminar el contenido de hidrocarburos en esta corriente. Los hidrocarburos separados se envían hacia el sistema de tratamiento de efluentes residuales. El gas proveniente del contactor glicol/gas se envía a otro sistema de Deshidratación por Tamices Moleculares.
Otros procesos de separación basados en creación o adición de fases.- La Tabla No. 2 muestra otros procesos de separación de este tipo.
Otros procesos de separación basados en creación o adición de fases.- La Tabla No. 2 muestra otros procesos de separación de este tipo.
Unidad de Tratamiento de Gases Sulfurosos son Aminas en Proyecto de Modernización Refinería Talara (PMRT)
El Proyecto de Modernización de Refinería Talara de Petroperú (PMRT) en actual ejecución contempla la instalación de una Unidad de Tratamiento de gases sulfurosos con aminas. Esta planta corresponde a una unidad convencional de lavado en una columna fría con solución acuosa de amina y de cuyo tope se produce gas combustible dulce de bajo contenido de azufre apto para empleo en hornos y calderos de la Refinería. La amina se ha definido sea preliminarmente DEA, a ser confirmada durante el diseño detallado. La columna regeneradora o columna caliente permite la desorción del gas ácido rico en H2S por el tope y amina pobre que se recicla a la primera columna. El gas ácido se envía a la planta de acido sulfúrico. La Figura 7, se muestra el diagrama de flujo de esta unidad.
El Proyecto de Modernización de Refinería Talara de Petroperú (PMRT) en actual ejecución contempla la instalación de una Unidad de Tratamiento de gases sulfurosos con aminas. Esta planta corresponde a una unidad convencional de lavado en una columna fría con solución acuosa de amina y de cuyo tope se produce gas combustible dulce de bajo contenido de azufre apto para empleo en hornos y calderos de la Refinería. La amina se ha definido sea preliminarmente DEA, a ser confirmada durante el diseño detallado. La columna regeneradora o columna caliente permite la desorción del gas ácido rico en H2S por el tope y amina pobre que se recicla a la primera columna. El gas ácido se envía a la planta de acido sulfúrico. La Figura 7, se muestra el diagrama de flujo de esta unidad.
Separación con creación fase: Extracción Fluido Super Crítico.- La extracción con fluidos presurizados, especialmente en sus condiciones supercríticas o en las inmediaciones de su punto crítico es un proceso de separación alternativa a tradicionales formas de separación fisicoquímica como son la destilación o las extracciones líquido-líquido y/o sólido-líquido. Este proceso de separación emplea sustancias poco costosas y atóxicas como solventes, como el dióxido de carbono.
Las ventajas de la extracción supercrítica sobre la extracción convencional están en su mayor rápidezde extracción y en la relativa baja temperatura del proceso lo que permite su empleo en sustancias termolábiles, también la facilidad de recuperar el solvente. Su mayor desventaja es la elevada presión a la que hay que trabajar con solventes como el CO2, lo que encarece los equipos.
El Dr. Antonio Pasquel (http://www.unapiquitos.edu.pe/links/facultades/alimentarias/v1/2.pdf ) (Doctor en Ingeniería de Alimentos por la UNICAMP (Brasil) y MSc. e Ingeniero) Docente de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana, diseñó y construyó el equipo cuyo esquema se muestra en la Figura No.8, allitambién se muestra une squema de funcionamiento de la extracción supercrítica
Las ventajas de la extracción supercrítica sobre la extracción convencional están en su mayor rápidezde extracción y en la relativa baja temperatura del proceso lo que permite su empleo en sustancias termolábiles, también la facilidad de recuperar el solvente. Su mayor desventaja es la elevada presión a la que hay que trabajar con solventes como el CO2, lo que encarece los equipos.
El Dr. Antonio Pasquel (http://www.unapiquitos.edu.pe/links/facultades/alimentarias/v1/2.pdf ) (Doctor en Ingeniería de Alimentos por la UNICAMP (Brasil) y MSc. e Ingeniero) Docente de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana, diseñó y construyó el equipo cuyo esquema se muestra en la Figura No.8, allitambién se muestra une squema de funcionamiento de la extracción supercrítica
Separación por Barrera.
Para estos procesos de separación se emplean membranas. Los procesos de separación se rigen por procesos difusionales.
Estos procesos incluyen el uso de membranas microporosas así como barreras semoipermeables. Las membranas se fabrican de polímeros, fibras naturales cerámico, metales, etc. La Figura No. 9 muestra un esquema de estos procesos.
Para estos procesos de separación se emplean membranas. Los procesos de separación se rigen por procesos difusionales.
Estos procesos incluyen el uso de membranas microporosas así como barreras semoipermeables. Las membranas se fabrican de polímeros, fibras naturales cerámico, metales, etc. La Figura No. 9 muestra un esquema de estos procesos.
La Tabla No. 3 muestra diversos Procesos de separación basados en Barreras.
Tabla No.3.- Procesos de Separación por Barreras
Tabla No.3.- Procesos de Separación por Barreras
Osmosis Inversa.- El proceso de ósmosis es un proceso natural mediante el cual moléculas de agua fluyen a través de una membrana semipermeable, desde una solución de baja concentración a otra de mayor concentración. Es una búsqueda natural de equilibrio de concentraciones y ocurre a igual presión en ambos lados.
En el proceso de ósmosis inversa se revierte el flujo de moléculas de agua a través de la membrana semipermeable, como resultado de aplicar presión a la solución de mayor concentración. Es posible entonces obtener agua pura a partir de una solución de alta concentración a través de un método mecánico. La Figura No.11 muestra un esquema de funcionamiento y un esquema de proceso de la ósmosis inversa.
En el proceso de ósmosis inversa se revierte el flujo de moléculas de agua a través de la membrana semipermeable, como resultado de aplicar presión a la solución de mayor concentración. Es posible entonces obtener agua pura a partir de una solución de alta concentración a través de un método mecánico. La Figura No.11 muestra un esquema de funcionamiento y un esquema de proceso de la ósmosis inversa.
En el Perú existe en laactualidad un número importante de plantas de ósmosis inversa tanto para desalinización de aguas como para tratamiento de aguas. Así se tiene por ejemplo la Planta de Osmosis de Minera Yanacocha (Fig. No.12), la Planta de desalinización por osmosis inversa en Talara, la futura planta en Tia María (Arequipa).
Separación por Agente Sólido
Estos procesos emplean agentes de separación de masa que son sólidos. Los sólidos normalmente granulares actuan como soportes inertes para una capa delgada que actua como adsorbente.
El agente de separación suele saturarse con el elemento que adsorbe y se regenera o reemplaza periodicamente. La Figura No.12 muestra un esquema de este tipo de proceso de separación y la Tabla No. 12 muestra diversos procesos de este tipo.
Estos procesos emplean agentes de separación de masa que son sólidos. Los sólidos normalmente granulares actuan como soportes inertes para una capa delgada que actua como adsorbente.
El agente de separación suele saturarse con el elemento que adsorbe y se regenera o reemplaza periodicamente. La Figura No.12 muestra un esquema de este tipo de proceso de separación y la Tabla No. 12 muestra diversos procesos de este tipo.
Adsorción.- La Adsorción es el proceso para retirar impurezas de una corriente gaseosa por medio de un material sólido adsorbente que tiene especial atracción por las impurezas.
Adsorción carbón activado.- En este tipo de adsorción las moléculas orgánicas se unen a los poros internos del carbón activado. Los Adsorbados se mantienen en la pared de los poros del carbón activado por fuerrzas electrostáticas débiles (Fuerzas de van der Waal’s) tal como se muestra en la Figura No. 13.
Adsorción carbón activado.- En este tipo de adsorción las moléculas orgánicas se unen a los poros internos del carbón activado. Los Adsorbados se mantienen en la pared de los poros del carbón activado por fuerrzas electrostáticas débiles (Fuerzas de van der Waal’s) tal como se muestra en la Figura No. 13.
La Figura No. 14 muestra la Unidad de Separación por Adsorción: Retiro total del agua del gas natural de la Planta de Malvinas mediante el empleo de Tamices Moleculares donde se elimina agua hasta un nivel menor de 0,1 ppm. Dos de los tres tamices moleculares estarán en modo de adsorción y uno en modo de regeneración.
Los tamices moleculares en modo adsorción absorben el agua en el gas después de pasar por un filtro de entrada. Este gas deshidratado se envía a la turbo expansión después de pasar por filtros de polvo. Los tamices moleculares están calibrados para un tiempo de adsorción de entre 12 y 18horas. Después de transcurrido este período, el recipiente pasará al modo de regeneración para eliminar toda el agua contenida en los lechos de la criba.
Para la regeneración de los tamices moleculares, se emplea gas residual que se calienta a 260ºC y entra al tamiz en el modo de regeneración. Al pasar a través del tamiz molecular en el modo regeneración, el gas absorbe el agua que fue previamente absorbida en el tamiz molecular en modo adsorción.
Los tamices moleculares en modo adsorción absorben el agua en el gas después de pasar por un filtro de entrada. Este gas deshidratado se envía a la turbo expansión después de pasar por filtros de polvo. Los tamices moleculares están calibrados para un tiempo de adsorción de entre 12 y 18horas. Después de transcurrido este período, el recipiente pasará al modo de regeneración para eliminar toda el agua contenida en los lechos de la criba.
Para la regeneración de los tamices moleculares, se emplea gas residual que se calienta a 260ºC y entra al tamiz en el modo de regeneración. Al pasar a través del tamiz molecular en el modo regeneración, el gas absorbe el agua que fue previamente absorbida en el tamiz molecular en modo adsorción.
Con esto se concluye esta breve revisión de como ha cambiado el Perú en este tópivo de interés a los ingenerips químicos, no sina ntes dejar una fotografia del equipo experimental de electrodiálisis que el hoy Magister Juan Medina (Docente Universidad del Callao) diseñó y construyó en al UNI bajo la supervisión de uno de nosotros.
Si Ud conoce de otros procesos de separación empleados actualemente en Perú y tiene diagramas o fotografias favor enviarlas a jaime.santillasoto@ssecocomnsiulting.com
Si Ud conoce de otros procesos de separación empleados actualemente en Perú y tiene diagramas o fotografias favor enviarlas a jaime.santillasoto@ssecocomnsiulting.com
