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laboratorio de operaciones unitarias
Tipo: Apuntes
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Su proceso de tratamiento para el aceite lubricante usado son los siguientes:
obstrucción en la siguiente etapa.
livianos, gasóleo, solventes, fondos de destilación y base lubricante. Este proceso extrae el 70% de base lubricante, pero no es lo suficientemente eficiente como para competir comercialmente con los aceites lubricantes de refinería, debido que no se retiran los hidrocarburos aromáticos que al estar en contacto con el aire o a altas temperaturas, no solo afecta su apariencia del producto, sino que tiende a formar ácidos corrosivos, produciéndose un mal funcionamiento de los equipos. Se tiene como propósito informar el diseño de un proceso de post-tratamiento para la base lubricante recuperada que reduzca la cantidad de hidrocarburos aromáticos por medio de extracción con furfural. (Meléndez, 2015)
Define Chuqui y Romeo (2017), los lubricantes es una sustancia que evita el contacto directo entre superficies, las cuales se encuentran en movimiento, y así poder reducir la fricción, a su vez disminuyendo el desgaste, golpes, vibración, ruido, calor excesivo, etc. Los aceites lubricantes están constituidos por una base que puede ser mineral o sintética, la misma proporciona las características principales de lubricación, además se complementan con aditivos para mejorar sus propiedades. (p.3) Según Coto y Grieken (2003) los aceites lubricantes minerales son obtenidos a partir de las llamadas bases lubricantes, las cuales son hidrocarburos en el intervalo C20—C70 contenidos en el petróleo.. A los aceites lubricantes comerciales se les exigen normativamente unas características determinadas para garantizar en todo momento estas dos propiedades esenciales. Por ello, las bases lubricantes son sometidas a una serie de tratamientos y se les añaden una serie de aditivos. (p.5) 3.2. Funciones de los lubricantes Refrigerantes. Contribuye al equilibrio térmico de la máquina. Eliminador de impureza. Anticorrosivo y anti-desgaste Sellante Transmisor de energía. Transmite energía de un punto a otro sistema. (Chuqui y Romeo, 2017, p.3) 3.3. Composión de los lubricantes Según Chuqui y Romeo (2017). Los lubricantes están compuestos por un aceite base y aditivos modificadores que mejoran las propiedades. Los aceites base que proviene del refino del petróleo son aceites minerales, en cambio los aceites realizados por reacciones petroquímicas se les conoce como aceites sintéticos. La base mineral está constituida por tres tipos de compuestos químicos: paranínficos, nafténicos y aromáticos. Las bases sintéticas se diferencian de las minerales debido a que poseen mejores características como: (p.4) Mejores propiedades lubricantes. Mayor índice de viscosidad. Mayor fluidez a baja temperatura. Mayor estabilidad térmica y a la oxidación. Menor volatilidad. 3.4. Obtención de aceites lubricante
El aceite durante su vida útil se puede mezclar o contaminar con impurezas como: tierra, películas de metal, agua y productos químicos que degradan el aceite. (p.10) Características del aceite lubricante usado Según Granados (2004), los aceites lubricantes usados provienen de diferentes sectores tales como el automotor, el industrial entre otros, esos aceites durante su utilización se van desgastando químicamente lo que hacen que pierdan sus características de lubricación y además se contaminen con agentes que resultan tóxicos para el ambiente y la salud; lo que crea un problema en el momento de su disposición. Las características de los aceites usados dependen del tipo de base lubricante que se utilizó para su formulación, así como aditivos utilizados, también del equipo en el que fue utilizado y de las condiciones de manejo en cuanto a transporte y acopio. (p.28) 3.6. Re-refinado de aceite lubricante usado La regeneración de aceites usados es la operación mediante la cual se obtienen de los aceites usados un nuevo aceite base comercializable. La legislación europea recomienda este destino final, como vía prioritaria de recuperación de aceites usados. Actualmente existen diferentes tecnologías para la producción de aceite base a partir de aceites usados y aunque todas ellas tienen unos objetivos comunes, cada una resuelve técnicamente el problema de forma diferente. Un proceso de regeneración puede dividirse en cuatro fases: Pre tratamiento. Esta primera fase consiste en eliminar una parte importante de los contaminantes del aceite usado, como agua, hidrocarburos ligeros, lodos, partículas gruesas, etc. Limpieza. En esta fase hay que eliminar los aditivos, metales pesados y fangos asfálticos. Fraccionamiento. En esta fase hay que separar la base de aceites por las diferentes temperaturas de ebullición por medio de una destilación fraccionada Acabado. (Meléndez, 2015, p.16) 3.7. Hidrocarburos aromáticos Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), también conocidos como hidrocarburos poli- aromáticos, son potentes contaminantes atmosféricos que se componen de anillos aromáticos fusionados. Los HAP están presentes en el petróleo, el carbón, y los depósitos de alquitrán, y se producen como subproductos de la combustión de combustibles (ya sea fósiles o biomasa). Los HAP son lipofílicos, es decir, se mezclan con más facilidad con el aceite que con el agua. Los compuestos más grandes son menos solubles en agua y menos volátiles. Debido a estas propiedades, los HAP en el medio ambiente se encuentran principalmente en suelos, sedimentos y
sustancias oleosas. Sin embargo, se encuentran en el material particulado del aire. El petróleo crudo natural y los yacimientos de carbón contienen cantidades significativas de hidrocarburos aromáticos policíclicos, que surgen de la conversión química de las moléculas de productos naturales, como los esteroides, a los hidrocarburos aromáticos. Además, se encuentran en los combustibles fósiles que también se forman por la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono, tales como madera, carbón, diesel, grasas, el tabaco y el incienso (Melendez, 2015, p.19). 3.8. Extracción líquido-líquido Teóricamente el componente que va extraerse es soluble en el disolvente, mientras que el resto de los componentes son insolubles. Por ellos el soluto es el único componente que se transfiere de la mezcla inicial a la fase del disolvente. La mezcla inicial se convierte en el refinado y la fase del disolvente se convierte en el extracto. Experimentalmente todos los componentes son solubles hasta cierto punto por ello la separación es posible. Siendo así que el componente no extraído debe ser suficientemente insoluble para producir dos fases y así separarse. A este tipo de extracción se le conoce como extracción con disolvente. Utilizando un soluto, un disolvente y un segundo disolvente. La separación de un componente de una solución homogénea se lleva a cabo mediante la adición de otro constituyente insoluble; el disolvente, y el que se desea extraer de la solución es el soluto, este último es preferencialmente soluble y hacia el cual se difundirá a una velocidad característica, hasta que se logra en ambas fases la concentración de equilibrio del soluto. La extracción con disolvente se utiliza para eliminar componentes indeseables del aceite lubricante. Se utiliza tanto equipo de etapas múltiples como de contacto continuo. En la mayor parte de los casos, es necesario separar al extracto resultante en sus componentes. ( Foust et al., 1996, p.31) 3.9. Extracción de compuestos aromáticos usando solventes La extracion con solventes es la separación de los componentes de una solución liquido por contacto con otro liquido insoluble. De este modo, a la solución que se va a extraer se le llama alimentación El producto rico en solvente se llama extracto; el líquido residual de donde se separa el soluto es el refinado (Treybal, 1986). El refinado y extracto presentan diferentes características: Gravedad específica: En el extracto es superior al refinado. Por ello, en el proceso el extracto queda en la parte inferior de la columna de extracción. Viscosidad: El refinado es menos viscoso, ya que está compuesto de cadenas parafínicas que son menos viscosas que los anillos aromáticos que presenta el extracto.
Figura 3. Rotoevaporador Universidad EAFIT
Figura 5. Intercambiador de tubo y coraza. c) Condensador En el proceso luego de realizar la separación entre la base lubricante recuperada y el solvente, se quiere recuperarlo para su reutilización en la columna de extracción. Figura 6. Condensador de tubos y coraza d) Tanque destilación flash Para recuperar el solvente tanto para la corriente de extracto y refinado se sigue el siguiente modelo de cálculo para determinar sus dimensiones (Walas, 1990) Figura 7. Tanque de destilación flash con demister. e) Bombas Para el proceso de extracción son necesarias 8 bombas para impulsar el fluido y dos bombas de vacío para facilitar la extracción del solvente. En este caso se presenta el algoritmo de cálculo realizado para ambos tipos de bombas.
Temperatura (°C) 30 50 90
Compuesto Fórmula Composición BLR Composición BLC Hexadecano C 16 H 34 0.21 - Heptadecano C 17 H 36 2,02 - Pentadecano C 15 H 32 1,37 - Octadecano C 18 H 38 5,16 - Dodecano C 12 H 26 0,62 6, Tridecano C 13 H 28 0,24 - Nonadecane C 19 H 40 2,79 - Ácido palmítico CH 3 (CH 2 ) 14 COOH 9,5 - Eicosano C 20 H 42 8,96 - Ácido oleico C 18 H 34 O 2 14,73 - Nonano C 9 H 20 4,91 - Androstan CH 3 (CH 2 ) 16 COOH 2,16 - Decano C 20 H 30 O 4 2,82 - Docosano C 11 H 22 4,87 - 1-docoseno C 22 H 46 5,76 - Tricosano C 22 H 44 1,34 - Cyclotetradecano C 23 H 48 5,93 - Tetracosano C 14 H 28 10,3 - Hexacosano C 24 H 48 11 - hexacosane C 26 H 54 5,31 - Nonadecilamina C 16 H 35 N - 8, Hexano C 6 H 14 - 29, Ciclopentano C 11 H 14 - 2, Benzeno C 6 H 6 - 2 Naftaleno C 10 H 8 - 2, Tetradecano C 14 H 30 - 4, Binaftaleno C 20 H 14 - 8, Ácido resorcilico C 7 H 6 O 4 - 11, Ciclohexano C 6 H 12 - 6, Hopane C 30 H 52 - 18,
Tabla 3. Resultados cromatografía de gases
de calor de tubos y coraza para aportar calor latente facilitando el cambio de fase entre la base lubricante y el solvente en el tanque de destilación flash. De la destilación la corriente liquida (Base lubricante) reducida en hidrocarburos aromáticos es almacenada, contrario a la fase gaseosa (Furfural) que debe ser enfriado en un condensador para ser recirculado nuevamente a la corriente de entrada de la columna de extracción. El extracto que es la corriente líquida que sale por la parte inferior de la columna rica en solvente, sufre el mismo proceso que el refinado para retirar el furfural y ser re-utilizado en el proceso. Los residuos sólidos (hidrocarburos aromáticos) son enviados a los bitutainers para que se mezclen con la fracción más pesada del proceso y sean inactivados en él. Tanto para el refinado y extracto es necesario utilizar vacío en la etapa de destilación, debido que es de mayor complejidad retirar el solvente solamente con temperatura. Figura 6. Diagrama de bloques IV. Conclusiones En la composición se reportó una diferencia mínima ya que se esperaba un porcentaje alto de componentes aromáticos en la base lubricante adquirida.
Por ello se obtuvo un 9% de compuestos aromáticos en la base lubricante recuperada y un 50% para la base lubricante comercial, llegando a determinar que la cantidad de compuestos aromáticos no es alta a diferencia que la que posee la base lubricante comercial. Realizamos ensayos experimentales basados en un diseño de experimentos, para evaluar el desempeño en la fase gaseosa como solvente para retirar compuestos aromáticos en la base lubricante recuperada, para saber si hay un cambio físico considerable en el color y olor de la corriente de refinado. Al evaluar las propiedades de viscosidad, porcentaje de azufre y micro carbón, en la corriente 7 que utiliza una proporción 10-90 (Furfural-Base lubricante recuperada) a una temperatura de 90° C, el contenido de azufre es menor para la relación 50-50 a 90 °C y para el micro carbón residual se obtuvo un porcentaje más bajo para la proporción 30-70 a 90 °C. Para tener una mejor optimización en las propiedades se debe determinar cuál propiedad, física o química es la que se quiere mejorar considerando las demandas del mercado o de cada cliente que requiera adquirir el producto. Para evaluar la variable de respuesta planteada, se analizó la relación adecuada que removiera la mayor cantidad de hidrocarburos aromáticos a partir del diseño factorial fraccionado 3^2 , estableciendo que la relación más apropiada es 50-50 a 90 °C. V. Referencias bibliográficas Navarro, W. (2014). Estado situacional del manejo del aceite lubricante usado en la ciudad de Ayacucho y propuesta de disposición final. Tesis de Maestría en Gestión y Auditorías Ambientales. Universidad de Piura. Facultad de Ingeniería. Piura, Perú. Meléndez, M. (2015). Extracción de compuestos aromáticos con furfural en aceites lubricantes recuperados. Proyecto de Grado, Ingeniería de Procesos. Universidad EAFIT, Medellín. Chuqui, M., & Romeo, J. (2017). Propuesta de implementación de una planta de regeneración de aceites lubricantes usados en la ciudad de Cuenca empleando el proceso de extracción con propano. Trabajo de titulación de Ingeniero Mecánico Automotriz. Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca.
