La extracción es un proceso de separación física en el que uno o más componentes se eliminan de una corriente líquida mediante una corriente de vapor. [1] En aplicaciones industriales, las corrientes de líquido y vapor pueden tener flujos en paralelo o en contracorriente. La extracción se realiza normalmente en una columna empaquetada o en bandejas. [2]
Trabajos de desmontaje por transferencia de masa . La idea es crear condiciones favorables para que el componente A en la fase líquida se transfiera a la fase de vapor. Esto implica una interfaz gas-líquido que A debe cruzar. La cantidad total de A que se ha movido a través de este límite se puede definir como el flujo de A, N A .
La extracción se realiza principalmente en torres de bandejas ( columnas de placas ) y columnas empacadas , y con menos frecuencia en torres de aspersión , columnas de burbujas y contactores centrífugos . [2]
Las torres con bandejas constan de una columna vertical con líquido que fluye por la parte superior y sale por la parte inferior. La fase de vapor entra por la parte inferior de la columna y sale por la parte superior. En el interior de la columna se encuentran bandejas o platos. Estas bandejas obligan al líquido a fluir hacia adelante y hacia atrás horizontalmente mientras el vapor burbujea a través de los orificios de las bandejas. El propósito de estas bandejas es aumentar la cantidad de área de contacto entre las fases líquida y vapor.
Las columnas empaquetadas son similares a las columnas con platos en que los flujos de líquido y vapor entran y salen de la misma manera. La diferencia es que en las torres empacadas no hay bandejas. En cambio, se utiliza empaquetadura para aumentar el área de contacto entre las fases líquida y vapor. Se utilizan muchos tipos diferentes de embalaje y cada uno tiene ventajas y desventajas.
Las variables y consideraciones de diseño para los extractores son muchas. Entre ellos se encuentran las condiciones de entrada, el grado de recuperación del soluto necesario, la elección del agente decapante y su flujo, las condiciones de operación, el número de etapas, los efectos del calor y el tipo y tamaño del equipo. [2]
El grado de recuperación suele estar determinado por normativas medioambientales, como en el caso de compuestos orgánicos volátiles como el cloroformo .
Como agentes decapantes se utilizan frecuentemente vapor , aire, gases inertes y gases de hidrocarburos . Esto se basa en la solubilidad , estabilidad, grado de corrosividad , costo y disponibilidad. Como los agentes decapantes son gases, se desea operar a casi la temperatura más alta y la presión más baja que mantendrán los componentes y no vaporizarán la corriente de alimentación líquida. Esto permite minimizar el flujo. Como ocurre con todas las demás variables, el objetivo final es minimizar los costos y al mismo tiempo lograr una separación eficiente. [2]
El tamaño del equipo, y particularmente la altura y el diámetro, es importante para determinar la posibilidad de canalización del flujo que reduciría el área de contacto entre las corrientes de líquido y vapor. Si se sospecha que se está produciendo una canalización del flujo, a menudo es necesaria una placa de redistribución para, como su nombre indica, redistribuir el flujo de líquido de manera uniforme para restablecer un área de contacto más alta.
Como se mencionó anteriormente, los decapantes se pueden colocar en bandejas o empaquetar. Las columnas empacadas, y particularmente cuando se utiliza empaquetamiento aleatorio, generalmente se prefieren para columnas más pequeñas con un diámetro menor a 2 pies y una altura empacada de no más de 20 pies. Las columnas empaquetadas también pueden ser ventajosas para fluidos corrosivos , fluidos con alta formación de espuma, cuando la velocidad del fluido es alta y cuando se desea una caída de presión particularmente baja. Los separadores en bandejas son ventajosos debido a su facilidad de diseño y ampliación. El embalaje estructurado se puede utilizar de forma similar a las bandejas, aunque posiblemente sea del mismo material que el embalaje vertido (al azar). El uso de embalaje estructurado es un método común para aumentar la capacidad de separación o reemplazar bandejas dañadas. [2]
Los decapantes con bandejas pueden tener bandejas de tamiz, válvula o tapa de burbujas, mientras que los decapantes empacados pueden tener un empaque estructurado o un empaque aleatorio. [2] Las bandejas y el empaque se utilizan para aumentar el área de contacto sobre la cual puede ocurrir la transferencia de masa, como dicta la teoría de la transferencia de masa. El empaque puede tener diferentes materiales, áreas de superficie, áreas de flujo y caída de presión asociada. Las empaquetaduras de generaciones anteriores incluyen anillos Raschig de cerámica y silletas Berl. Los materiales de embalaje más comunes son los anillos Pall de metal y plástico , los anillos Zbigniew Białecki de metal y plástico , [3] y las silletas Intalox de cerámica. Cada material de empaque de esta nueva generación mejora el área de superficie, el área de flujo y/o la caída de presión asociada a través del empaque. También es importante la capacidad del material de embalaje de no apilarse encima de sí mismo. Si se produce tal apilamiento, se reduce drásticamente la superficie del material. Últimamente se ha incrementado el trabajo de diseño de celosías que mejorará aún más estas características. [2]
Durante la operación, monitorear la caída de presión a través de la columna puede ayudar a determinar el desempeño del separador. Una caída de presión modificada durante un período de tiempo significativo puede ser una indicación de que es posible que sea necesario reemplazar o limpiar la empaquetadura.
La extracción se utiliza comúnmente en aplicaciones industriales para eliminar contaminantes dañinos de los flujos de desechos. Un ejemplo sería la eliminación de contaminantes TBT y PAH de los suelos portuarios. [4] Los suelos se dragan del fondo de los puertos contaminados, se mezclan con agua para formar una lechada y luego se eliminan con vapor. Luego se separan la tierra limpia y la mezcla de vapor rica en contaminantes. Este proceso es capaz de descontaminar los suelos casi por completo.
El vapor también se utiliza frecuentemente como agente decapante para el tratamiento del agua . Los compuestos orgánicos volátiles son parcialmente solubles en agua y, debido a consideraciones y regulaciones ambientales, deben eliminarse de las aguas subterráneas , superficiales y residuales . [5] Estos compuestos pueden estar presentes debido a la actividad industrial, agrícola y comercial.