selecciÓn preliminar de un adsorbente...

22 Ingeniería y Sociedad UC. Vol 11, No.1

Investigación. P 22-34. 2016

SELECCIÓN PRELIMINAR DE UN ADSORBENTE PARA EL BLANQUEADO DE ALQUILATOS GENERADOS EN INDUSTRIAS

DE GRASAS Y ACEITES LUBRICANTES

Hernández, C.; Morán, E.; Niño, Z.; Mieres-Pitre, A.

Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad de Carabobo. Valencia. Estado Carabobo. Venezuela.

e-mail: [email protected]

Resumen: Se seleccionó un adsorbente para las industrias de grasas y aceites lubricantes automotor e industrial, que generan alquilatos de baja calidad, por altos contenidos de color. Se evaluó la bauxita, bentonita cálcica y tierra de Füller como decolorantes. La selección se basó en criterios de capacidad de adsorción (CA), densidad aparente, costos y pérdidas por incineración, empleando una matriz de selección. La CA se determinó por el cambio de absorbancia entre las muestras de alquilatos tratadas con 5% p/p de cada adsorbente y alquilato sin tratamiento, a las temperaturas de 60, 80 y 100 °C, utilizando la técnica de espectrocopía por UV-visible. Fue necesario correlacionar la absorbancia con el cambio de color, determinando éste último por el método del color Saybolt, con el fin de verificar la funcionabilidad del método de espectrocopía. La mayor CA la registró la bauxita, con un cambio en la absorbancia de 32,4%, a una temperatura de 80 °C, siendo éste el adsorbente seleccionado. Palabras clave: Adsorbentes, bauxita, alquilatos, grasas, aceites lubricantes. PRELIMINARY ADSORBENT SELECTION FOR THE BLEACHING

ALKYLATE GENERATED INDUSTRIES IN FATS AND OILS LUBRICANTS

Abstract: The objective was to select an adsorbent for the fat and automotive industries and industrial lubricating oils, which generate low quality alkylate, by its high color. Bauxite, calcium bentonite and fuller's earth as bleaching was evaluated. The selection criteria was based on adsorption capacity (CA), bulk density, costs and losses by incineration, using a selection matrix. CA was evaluated by the change in absorbance between samples treated alkylate 5% w/w of each adsorbent and alkylate without treatment to temperatures of 60, 80 and 100°C, using the technique of UV-visible spectroscopy. Absorbance was necessary to correlate with the color change, the latter determining the Saybolt color method, in order to check the functionality of the method of spectroscopy. The higher the recorded bauxite CA, with a change in absorbance of 32,4% at a temperature of 80 °C, being the selected adsorbent. Key words: adsorbents, bauxite, alkylates, fats and oils lubricants.

mailto:[email protected]



INTRODUCCIÓN En las industrias productoras de aceites y grasas lubricantes para uso automotor e industrial, se producen alquilbencenos lineales y ramificados de distintos pesos moleculares, empleados como materia prima para la elaboración de detergentes, emulsificantes, anticorrosivos, solventes y lubricantes sintéticos. Dentro de esta producción se encuentran los alquilatos, subproductos que se generan de la síntesis de alquilbencenos, y que se subdividen por poseer variación de muchas de sus características físicas, como viscosidad, punto de inflamación, color entre otras (Autuori y Meza, 2002). En el proceso de alquilación, se obtienen alquilbenceno lineal (LAB) y ramificado (BAB), haciendo reaccionar benceno con olefinas lineales (OLP) ó ramificadas (PTM), en presencia de ácido fluorhídrico (HF) como catalizador. Durante la reacción se forman productos de peso molecular menor y mayor al del LAB (BAB); éstos son separados como alquilatos livianos y pesados, que pueden ser lineales o ramificados según las olefinas que se empleen como materia prima. Los alquilatos son subproductos pesados que se obtienen en la destilación durante el proceso antes mencionado (Salager, 2004). Se utilizan como base para aceites lubricantes, en especial para aceites de motores sometidos a muy bajas temperaturas como en los compresores de cavas refrigerantes. Los alquilatos de fondo, o los que por destilación se obtienen como los más pesados, presentan un color poco atractivo, que en los casos de alquilatos de mayor viscosidad llegan a tener valores de color ASTM entre 1,5 y 3,0 (ASTM-D1500, 2012). Esto se asociaría a un color ámbar, lo que a la vista del consumidor crea un efecto de rechazo por asociarlo a contaminantes o a descomposición química.

Algunas empresas productoras de aceites y grasas lubricantes para el sector automotriz e industrial, se ven en la necesidad de blanquear los alquilatos generados; para con ello mejorar la calidad de los productos que se fabriquen a partir de los mismos, ya sean lubricantes para motores o las bases para los detergentes de la familia de los alquilbencenos sulfonatos. En este sentido, el proceso de blanqueo del sulfanato se efectúa en muchos casos con hipoclorito de sodio o agua oxigenada, lo que origina residuos de difícil manejo, con consecuencias medio ambientales. Es por esta situación que blanquear previamente los alquilatos es de suma importancia para mejorar la calidad de los productos, además de hacerlo con procesos amigables con el ambiente. Según Wankat (2012), una forma de limpiar fluidos o eliminar componentes indeseables en los mismos, es mediante la adsorción. McCabe et. al., (2005) la definen como un proceso de separación en la que ciertos componentes de una fase fluida se transfieren hacia la superficie de un sólido adsorbente. Las partículas pequeñas de adsorbente se mantienen en un lecho fijo mientras que el fluido pasa de forma continua a través del lecho hasta que el sólido está saturado y no es posible alcanzar ya la separación deseada. En los procesos de adsorción, uno o más componentes de una corriente de gas o de líquido se adsorben en la superficie de un sólido y se lleva a cabo una separación. En los procesos comerciales, el adsorbente tiene la forma de partículas pequeñas en un lecho fijo. El fluido se hace pasar por el lecho y las partículas sólidas adsorben componentes del fluido. Cuando el lecho está casi saturado, el flujo se detiene y el lecho se regenera por medio de un proceso térmico o por otros métodos, de modo que ocurre una desorción. Así se recupera el



material adsorbido (adsorbato) y el adsorbente sólido queda listo para otro ciclo de adsorción (Geankoplis, 2003). La mayor parte de los adsorbentes son materiales altamente porosos y la adsorción tiene lugar en el interior de las partículas sobre las paredes de los poros en puntos específicos. La separación se produce debido a que diferencias de peso molecular o de polaridad dan lugar a que algunas moléculas se adhieren de forma más fuerte a la superficie que otras. En muchos casos, el componente que se adsorbe (adsorbato) se fija tan fuerte que permite una separación completa de dicho componente desde un fluido sin apenas adsorción de otros componentes (McCabe et. al., 2005). La capacidad de adsorción de los sólidos es un fenómeno muy general; incluso los sólidos comunes adsorberán gases y vapores, cuando menos a cierto grado. Sin embargo, sólo ciertos sólidos exhiben la suficiente especificidad y capacidad de adsorción para ser útiles como adsorbentes industriales. Puesto que los sólidos poseen por lo general una capacidad muy específica para adsorber grandes cantidades de ciertas sustancias, es evidente que la naturaleza química del sólido tiene mucho que ver con sus características de adsorción. Pero, la simple identidad química no es suficiente para caracterizar su utilidad (Wankat, 2012). Algunos trabajos sobre la adsorción, en los que se pueden mencionar los realizados por Salman et. al., (2011) trabajaron con la adsorción de lecho fijo por lotes del ácido 2,4-diclorofenoxiacético en aceite de palmera con carbón activado. La adsorción de la solución de ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) en aceite de palmera (PFA) sobre carbón activado se investigó empleando una columna de adsorción de lecho fijo por lotes. Se estudiaron los efectos del tiempo de

contacto, la concentración inicial de 2,4-D, temperatura y pH sobre la adsorción, utilizando la técnica de proceso por lotes. Los datos cinéticos de adsorción se analizaron usando el modelo pseudo-primer y el pseudo-segundo orden, resultando éste último, el que mejor describe la cinética de adsorción. Por otra parte, Bu et. al., (2010), analizaron la desulfuración de combustibles diesel por adsorción selectiva en carbones activados: adsorción competitiva de heterociclos aromáticos de azufre policíclico e hidrocarburos policíclicos aromáticos, determinando que para una efectiva adsorción de moléculas grandes, no sólo el tamaño de poro del adsorbente debe ser, al menos, mayor que el diámetro crítico del adsorbato, sino también el tamaño de poro debe ser grande para reducir la resistencia difusional durante la adsorción. En la industria de hidrocarburos el color es una característica que se asocia a la pureza y calidad del producto. Es por ello que se desea disminuir de forma considerable los cromóforos que afectan las características de los productos en estudio, mejorando su apariencia, pureza y calidad. Las industrias fabricantes de aceites y grasas lubricantes, producen alquilatos con distintas viscosidades, que contienen sustancias que aportan color y elementos polares, convirtiéndolos en productos que no pueden ser usados en formulaciones de lubricantes especiales. Esta condición convierte a los alquilatos en productos de bajo valor comercial y de poca demanda en la industria, lo que permite que existan en el mercado productos importados de características similares a los alquilatos pero con bajo contenido de sustancias polares y de color más atractivo. En este sentido, el objetivo de esta investigación fue seleccionar un adsorbente, entre la bauxita, la bentonita cálcica y la



tierra de Füller, como blanqueante de alquilatos generados en la producción de alquilbencenos, que además pudiese servir como alternativas para otras fábricas, que efectúan el proceso de blanqueado con sustancias toxicas como el hipoclorito de sodio o agua oxigenada. Por otra parte, los hallazgos serán la base para ensayos a escala piloto y el escalamiento industrial del sistema de adsorción con el adsorbente seleccionado. Finalmente, en este artículo se plantea la medición de la capacidad de adsorción de los adsorbentes estudiados, mediante la absorbancia, determinada ésta por la técnica

de UV-visible, y no por la medición de la concentración con el tiempo, siendo ello un aporte diferente en cuanto al estudio de adsorbentes. METODOLOGÍA Los adsorbentes utilizados fueron, Bauxita, Bentonita cálcica y Tierra de Füller. López (2009) y Meier (2012) estudiaron el comportamiento de algunos de estos adsorbentes para el blanqueo de hidrocarburos empleando para ello una planta piloto con el fin de realizar las pruebas experimentales. La tabla N°1 muestra las características de los adsorbentes evaluados (López, 2009).

Tabla N°1. Propiedades de los adsorbentes ensayados en el blanqueo de alquilatos

Propiedad Bauxita Bentonita cálcica Tierra de Füller

Presentación Granular Granular Granular Densidad aparente (g/L) 957 630 593

Perdida por calcinación >300°C (% p/p) 5,9 7,1 4,1 En esta investigación se compararon las capacidades de adsorción de cada relleno, implementando pruebas a escala de laboratorio del alquilato en presencia de los adsorbentes. López (2009) aplicó experimentos similares para construir las isotermas de adsorción de cada relleno que puso en estudio. Las pruebas consistieron en hacer una mezcla entre un alquilato virgen y un porcentaje de lecho idéntico para cada uno de los tres adsorbentes, luego, se colocó en agitación continua y regulada durante un tiempo límite y a la temperatura de prueba fijada.

Selección de temperaturas de prueba, tiempo de mezclado y relación porcentual del adsorbente en la mezcla En la tabla N°2 se resumen las condiciones de las pruebas desarrolladas en esta investigación. López (2009) trabajó con tres temperaturas, 60 °C, 100 °C y 140 °C, en un sistema de adsorción de lecho empacado para la decoloración de hidrocarburos y empleando una planta piloto. En sus conclusiones expresa que entre 60 °C y 100 °C el rendimiento de los adsorbentes fue similar, y que para 140 °C el rendimiento fue menor en los tres casos que estudió.

Tabla N°2. Condiciones de las pruebas en la decoloración de alquilatos

Condición Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Cantidad de adsorbente en la mezcla (% p/p) 5 5 5

Temperatura de prueba (°C) 60 80 100 Tiempo de mezclado (h) 3 3 3

Temperatura de regeneración (°C) >700°C >700°C >700°C Tiempo de regeneración (h) 2 2 2



Meier (2012) trabajó con dos temperaturas, 25°C y 80°C, en un proceso de adsorción de lecho empacado empleado para la purificación de aceites. Los mejores resultados, según sus conclusiones, los obtuvo a 80°C, lo que indica que la naturaleza de las sustancias también juega un papel importante en el proceso de adsorción. Soportado en lo anterior, para las pruebas en estudio, se fijaron tres temperaturas, 60°C, 80°C y 100°C. El tiempo de mezclado que debe permanecer el alquilato en contacto con el adsorbente, se estableció en tres horas, de acuerdo a lo propuesto por Briones (2005). En cuanto a la relación másica del adsorbente en las mezclas se fijó 5 % p/p. López (2009) empleó mezclas al 5 % p/p para estudiar las isotermas de adsorción de algunos rellenos que fueron empleados en esta investigación, obteniendo buenos resultados. Las condiciones de las pruebas fueron seleccionadas en base a los criterios antes señalados. Se desarrollaron tres pruebas para cada adsorbente. Construcción de la curva de absorbancia de un alquilato en función de la longitud de onda de un alquilato sin tratamiento La espectrocopía de UV-visible es una técnica instrumental que tiene por objeto determinar la absorción de luz visible por una muestra, que puede ser una sustancia pura o bien una mezcla o disolución, a una longitud de onda determinada. El instrumento a utilizar es un espectrofotómetro, que posee una fuente de radiación (luz blanca), un sistema dispersivo (rendijas de entrada y salida, y red de difracción), un detector (fototubo que transforma la señal luminosa en una señal eléctrica) y un sistema de medida de la absorción, una vez amplificada (convertidor digital). La absorción de radiación por una

muestra en la región visible, así como en cualquier región del espectro, está regida por la ley de Beer-Lambert, que establece que la fracción de luz absorbida por una muestra es tanto mayor cuanto más grande es el número de moléculas sobre las que incide la radiación; por lo que se utilizó está técnica para determinar la absorbancia de las sustancias presentes (cromóforos), y a su vez asociarla al contenido de las mismas, obteniéndose entonces una medida empírica del color de las muestras (Skoog et. al., 2013). Se construyó la curva de absorbancia en función de la longitud de onda con los datos obtenidos mediante un espectrofotómetro de absorción Spectronic 20, que posee una porta celda, una lámpara emisora de luz visible, y un fotoreceptor que mide la absorbancia de la muestra y reporta mediante una pantalla la absorbancia de la muestra insertada. El procedimiento consistió en llenar una de las celdas desechables con agua destilada y una segunda celda con la muestra de alquilato a ser analizada. Se insertó la celda con agua destilada en la porta celda del equipo, fijando la mínima longitud de onda posible, 371 nm. Presionando el botón de “CERO” se estableció el blanco con el agua destilada hasta que la lectura del equipo se estabilizó en 0,000 de absorbancia. Se sustituyó la celda del agua destilada por la de la muestra problema y se tomó nota de la absorbancia indicada en pantalla, cuando la lectura se estabilizó. Una vez realizado esto se intercambió la celda de muestra problema por la de agua destilada aumentando la longitud de onda de forma de mantener un paso constante. Por último se analizaron los resultados de la curva de absorbancia en función de la longitud de onda y determinó el punto donde se presentó la máxima absorbancia de la muestra de alquilato.



Correlación existente entre el color Saybolt de una muestra y la absorbancia Una definición empírica del color de un líquido claro de petróleo se hace basado en una escala de color Saybolt de -16 (color más oscuro) a +30 (color más claro). El número es obtenido por encontrar la altura del líquido en una columna provista con una escala, observada desde el tope a largo de su longitud, comparándola con el color de los patrones estándar, hasta que ambos colores coincidan, reportándose entonces el color de la muestra como el número de la escala antes mencionada. Para este ensayo se utilizó un cromómetro Saybolt, según el método NVF-894 (2008) “Determinación del color Saybolt de productos derivados del petróleo”. Esta norma venezolana especifica el método de ensayo para determinar el color de productos refinados del petróleo, tales como gasolina para uso automotor y de aviación (sin colorantes), turbo combustibles, naftas, kerosene, ceras de petróleo y aceites blancos farmacéuticos, utilizando la escala Saybolt.

El experimento consta en el análisis de un grupo de muestras de alquilatos, de distintos colores, tanto por el método de color Saybolt NVF-894 (2008), como por el de determinación de absorbancia por espectroscopía, empleando el equipo Spectronic 20, a la longitud de onda donde se registró la máxima absorbancia del alquilato. Con estos datos se construyó la curva de correlación de ambos métodos entre sí, en el eje horizontal el valor de absorbancia del alquilato y en el eje vertical el color Saybolt, con la finalidad de constatar el comportamiento de la serie de datos y concluir sobre la utilización de la absorbancia por espectroscopía, como medición de color de una muestra de alquilato. El propósito final fue emplear menos muestra en los ensayos, en virtud de que para el color Saybolt se necesitan aproximadamente 300 ml de muestra problema, en cambio para la

medición de absorbancia por espectroscopía se emplean poco menos de 5 ml de muestra. La correlación del color del alquilato en función de su absorbancia fue determinada empleando un grupo de 13 muestras de alquilato con distintos colores entre sí, determinándole a cada una el color Saybolt y de forma simultánea se le midió la absorbancia. Se reportaron el valor promedio de dos mediciones con el error respectivo. Capacidad de adsorción de los distintos rellenos empleados en el blanqueo Las pruebas se hicieron en paralelo para cada temperatura (60 °C, 80 °C y 100 °C), en una plancha de calentamiento con agitación y la posibilidad de control automático de ambas variables, con espacio para colocar los tres vasos de precipitados de forma simultánea. El procedimiento fue el siguiente: se comenzó pesando 10 g aproximadamente de cada relleno en cápsulas de porcelana adecuadas para altas temperaturas. En una mufla, se incineraron los tres rellenos a una temperatura de 730°C durante dos horas. Luego de enfriar las cápsulas, se pesaron de nuevo los rellenos. Posteriormente se pesaron en vasos de precipitados 5 g aproximadamente de cada relleno ya regenerado, adicionando 95 g aproximadamente de alquilato sin tratamiento. Con el uso de agitadores magnéticos y la plancha de calentamiento y agitación automática, se inició el proceso de mezclado, fijando la temperatura de prueba, una velocidad de agitación constante, en un tiempo de tres horas continuas. Con un equipo de filtración al vacio y filtros de papel de 8 µm, se filtró cada una de las tres muestras. Para la incineración de los rellenos se empleó una mufla con capacidad para elevar la temperatura hasta 1200 °C. Por último se midió la absorbancia a cada una de las muestras tratadas y a la muestra de alquilato sin tratar, a la longitud de onda



preseleccionada. Los ensayos fueron realizados por triplicados, para cada temperatura evaluada, reportando el promedio y la desviación estándar como una medida del error experimental. Pérdida por incineración Representa la cantidad de masa que se pierde cuando la sustancia se somete a altas temperaturas, lo cual es un paso indispensable en todo proceso de adsorción, cuando sea necesario la regeneración o activación del empaque para su reutilización. Dicho aspecto influye en el rendimiento final del solido adsorbente. Los ensayos fueron realizados por triplicados, para cada temperatura evaluada, reportando el promedio y la desviación estándar. Selección del adsorbente más idóneo Los criterios fueron tomados de Trejo y Hernández (2007), y su ponderación se muestra en la tabla N°3.

Tabla N°3. Criterios seleccionados y su ponderación para la selección del relleno

Criterio Ponderación Capacidad de adsorción 0,5

Densidad aparente 0,2 Costo del relleno 0,2

Pérdidas por incineración 0,1 Se usó una matriz de selección donde se plantearon cuatro parámetros o criterios a evaluar para cada uno de los rellenos en estudio, cuya valoración fue de 0, 5 y 10, siendo cero el puntaje más bajo de la escala, por lo que sería el nivel más deficiente en la evaluación, 10 el más alto; es decir, el mejor puntaje de la escala de valoración. La ponderación de 5, resultó en el criterio medio para la variable evaluada. La capacidad de adsorción del material representa la característica principal y con

mayor ponderación en la evaluación para su uso como sustancia de relleno. Esto se debe a que se trata de la variable que fundamenta la eficiencia que dicho material tiene para la remoción de los elementos indeseados en los alquilatos tratados. Es por ello que se le asignó una ponderación de 0,5. En cuanto a la densidad aparente del material se le asignó 0,2, debido a que este aspecto es de suma importancia en el volumen final de una torre de adsorción. Mientras se tenga una densidad aparente elevada, mayor será la masa por unidad de volumen, lo que se traduce en un adsorbente con área o superficie efectiva superior, garantizando una sustancia adsorbente más eficiente en cuanto al volumen o tamaño final de una columna de adsorción. El costo asociado a la sustancia adsorbente representa otro aspecto necesario para su evaluación debido a que impacta de forma significativa en la inversión inicial en el caso de poner en marcha un proceso a escala industrial, por ello se le asignó 0,2 de ponderación para la evaluación. Por último y con 0,1 de ponderación, se tiene a la pérdida por incineración o calcinación. En cuanto a la temperatura de operación del sistema, se escogió la que promovió la mejor remoción de color en el alquilato con el relleno en cuestión. Análisis de los datos Se utilizó el método de múltiples comparaciones de Tukey, el cual compara las medias para cada par de niveles de factor, utilizando un nivel de significancia por familia, para controlar la tasa de errores de tipo de I (concluir que existe una diferencia cuando no existe ninguna). El nivel de significancia por familia es la probabilidad de cometer uno o más errores de tipo I para todo el conjunto de comparaciones (Gutiérrez y De la Vara, 2008). Los resultados obtenidos del análisis de



significancia con la prueba t se basaron en la existencia de diferencias significativas entre los valores de pérdidas por incineración y capacidad de adsorción a las diferentes temperaturas evaluadas cuando el valor de t calculado es mayor al teórico (Miller y Miller, 2002). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los datos de longitud de onda de un alquilato se grafican para visualizar la máxima absorbancia, con la finalidad de fijar dicha variable en la determinación de color en alquilatos. La figura 1, evidencia que la máxima absorbancia se da en 386 nm. La máxima absorbancia del alquilato se

encuentre en la región de UV-visible, entre 200 nm y 800 nm de longitud de onda. Los cromóforos se encuentran entre el grupo de sustancias que absorben luz y por ende pueden ser detectados en el espectro UV-visible (McMurry, 2008). En el caso de la decoloración de las muestras de alquilato, se determinó la absorbancia a 386 nm de longitud de onda, con el espectrofotómetro, a cada una de las muestras luego de ser filtradas, y se comparó con la obtenida en la muestra sin tratar. Por último, se calculó el cambio de absorbancia.

Figura 1. Absorbancia de un alquilato a distintas longitudes de ondas

Correlación entre el color de un alquilato y su absorbancia medida por espectroscopía El color de los alquilatos como cualquier hidrocarburo puede ser medido por distintas técnicas estandarizadas. El color Saybolt es una de dichas técnicas, en la que es necesaria para su determinación una cantidad apreciable de muestra, aproximadamente 300 ml. Otra forma de medir color en los alquilatos, es

determinando su absorbancia por espectroscopía UV-visible, a la longitud de onda con absorbancia más alta. La finalidad principal de emplear esta técnica es que se necesitan menos de 5 ml de muestra para su determinación, convirtiéndola en la técnica idónea para la investigación. En la tabla N°4 se muestran los valores obtenidos en la experimentación.

0,670,680,690,7

0,710,720,730,740,750,760,77

376 378 380 382 384 386 388 390 392

Abs

orba

ncia

(Abs

±0,0

01) a

dim

.

Longitud de onda (λ±1) nm



Tabla N°4. Correlación entre el color Saybolt y la absorbancia de un alquilato

Muestra Color Saybolt (CS±1) adim. Absorbancia (ABS±0,001) adim.

Absorbancia media (ABSMED±0,001)

adim. 1 +19 +19 0,098 0,099 0,098 2 +17 +17 0,203 0,203 0,203 3 +14 +14 0,305 0,304 0,304 4 +11 +11 0,375 0,378 0,378 5 +9 +9 0,420 0,420 0,420 6 +6 +6 0,467 0,468 0,468 7 +4 +4 0,496 0,497 0,496 8 +1 +1 0,519 0,520 0,520 9 -2 -2 0,554 0,555 0,554 10 -5 -5 0,578 0,577 0,578 11 -9 -9 0,595 0,593 0,594 12 -12 -12 0,620 0,621 0,620 13 -16 -16 0,638 0,637 0,638

Estos resultados fueron graficados para observar el comportamiento de las variables, y de esta forma establecer su correlación matemática, así como también poder verificar el coeficiente de determinación (R2) de la curva seleccionada. La tendencia o correlación entre el color Saybolt y la absorbancia a 386nm de longitud de onda de un alquilato es polinómica de tercer orden, con un coeficiente de determinación de 0,9978; dicho valor es aceptable debido a su

proximidad a la unidad. Este es un indicador de que la serie de datos se ajustan muy bien al modelo seleccionado. Sin embargo, esta tendencia no lineal puede deberse a muchos factores involucrados en las mediciones, como por ejemplo la escala de color Saybolt, que viene dada por un patrón relacionado con la altura del nivel del líquido en el tubo de medición del equipo, lo que incorpora el error humano a dicha medición.

Figura 2. Correlación entre el color Saybolt de un alquilato y su absorbancia

Por otro lado, quedó demostrado que es posible emplear la técnica de espectroscopía UV-visible como método de control para las correlaciones de color de los alquilatos, y de

esta manera estudiar los niveles de decoloración que resultaran de someter los alquilatos a procesos de adsorción.



Determinación de la capacidad de adsorción de los distintos rellenos Como se observa en los datos presentados en la tabla N°5, el alquilato tratado con la bauxita obtuvo un cambio de absorbancia mayor con respecto a la muestra sin tratar, para cada una de las pruebas, convirtiéndolo en el adsorbente con mayor capacidad para la remoción de sustancias que aportan color. En el caso del alquilato tratado con la bentonita cálcica, obtuvo el mínimo porcentaje de diferencia de absorbancia en cada una de las tres pruebas, esto lo pone como el sólido menos eficiente para la

remoción del color, a las condiciones del estudio. El alquilato tratado con la tierra de Füller se mantiene en el intermedio de los dos anteriores. Los resultados obtenidos se deben a la naturaleza de las sustancias adsorbentes y a su afinidad con los adsorbatos que se desean eliminar de los alquilatos, los cromóforos. En este caso la bauxita, muestra mayor rendimiento en la remoción de dichas sustancias contenidas en los alquilatos.

Tabla N°5. Capacidad de adsorción de los adsorbentes evaluados

Variable Tipo de Adsorbente

Bauxita Bentonita cálcica Tierra de Füller

60°C 80°C 100°C 60°C 80°C 100°C 60°C 80°C 100°C

Masa inicial de adsorbente, g

10,001

10,006

10,003

10,000

10,005

10,003

10,000

10,001

10,015

Masa de adsorbente

incinerado, g

8,633

8,424

8,593

8,823

8,667

8,764

9,380

9,260

9,304

Pérdida por incineración (±0,002), %

13,675

15,809

14,090

11,778

13,375

12,390

6,203

7,407

7,100

Absorbancia del alquilato tratado (±0,001), adim.

0,605

0,527

0,543

0,746

0,650

0,667

0,721

0,628

0,634 Absorbancia del

alquilato sin tratar (±0,001),

adim.

0,784

0,780

0,782

0,784

0,780

0,782

0,784

0,780

0,782

Cambio en la absorbancia

(±0,2), %

22,8

32,4

30,6

4,8

16,7

14,7

8,0

19,5

18,9

La aplicación del método de Tukey (Gutiérrez y De la Vara, 2008), para cada adsorbente por separado, encontraron diferencias significativas (P=0,05) en el cambio de absorbancia y las pérdidas por incineración en cada una de las temperatura. En este sentido, la temperatura más idónea fue 80 °C, aunque la diferencia es poca con los resultados obtenidos a 100 °C, se conoce

que si la temperatura aumenta a presión constante, decrecerá la cantidad adsorbida de una mezcla, alterando la capacidad de adsorción relativa (Treybal, 1998). Es importante señalar que a la menor temperatura de prueba, la cual fue de 60 °C, se obtuvo el resultado menos favorable, lo que se puede justificar con los efectos de la viscosidad del alquilato. Se debe utilizar la



temperatura máxima adecuada que logre una mayor adsorción de elementos que aporten color al alquilato, puesto que la menor viscosidad resultante del líquido aumenta tanto la rapidez de difusión del soluto como la facilidad con que pueden moverse las partículas de adsorbente a través del líquido. Por lo común, la adsorción en el equilibrio disminuye de forma ligera a mayores temperaturas, pero el descenso está compensado por la mayor rapidez de aproximación al equilibrio (Treybal, 1998). En cuanto a las pérdidas por incineración, luego de someter a los sólidos a temperaturas elevadas, más de 700 °C, se obtuvo que la bauxita registró la mayor pérdida de masa para todas las temperaturas ensayadas, siendo mayor a 80 °C. La tierra de Füller es la que menos pérdida de masa por incineración presenta. Las pérdidas de masa por incineración se deben al contenido de elementos volatilizables en las sustancias adsorbentes, por ejemplo la humedad que pudieran tener o las fracciones de sustancias adsorbidas, que debido a condiciones de manejo y almacenaje entran en contacto con los adsorbentes antes de su utilización. En el caso de la bauxita se desgasta de dos maneras; primero, en el tiempo de operación, el óxido de aluminio que es el principal componente reacciona con los sulfatos que retiene formando sulfato de aluminio, el cual durante la etapa de regeneración se solubiliza en el agua de lavado reduciendo el volumen de bauxita (Ecopetrol, 2007). Selección del relleno más favorable En la tabla N°6 se observa el comportamiento de los criterios seleccionados en cada uno de los adsorbentes evaluados. Bauxita (B), Bentonita cálcica (BC) y Tierra de Füller (TF).

Tabla N°6. Matriz de selección del adsorbente más idóneo

Criterio Ponderación Valoración (0-10) adim.

B BC TF Capacidad de

adsorción 0,5 10 0 5

Densidad aparente 0,2 10 5 0

Costo del relleno 0,2 0 5 10

Pérdidas por incineración 0,1 0 5 10

Ponderación total 1,0 7 2,5 5,5

La bauxita representa la opción más favorable según la matriz de selección. Esto se debe a que su capacidad de adsorción es elevada y dicho aspecto es el de mayor importancia para el sistema de adsorción. Otro criterio importante fue la densidad aparente del sólido, donde igualmente la bauxita lleva la ventaja, frente al resto de los rellenos evaluados. Sin embargo, la tierra Füller, sería una alternativa, ya que aun cuando su capacidad de adsorción no es la mayor, su relativo bajo costo y su baja pérdida por incineración, la convierten en una opción, una vez determinado el efecto y número de regeneraciones posibles con este material, aspecto no evaluado en esta investigación y que no corresponde con el alcance de la misma. CONCLUSIONES El sólido adsorbente que mejores cualidades tiene como reductor de elementos cromósferos, responsables de aportar el color indeseables a los alquilatos, fue la bauxita, principalmente por tener la mayor capacidad de adsorción y mayor densidad aparente, en comparación con la bentonita cálcica y la tierra de Füller. Después de aplicar la prueba de significancia por el método de Tukey, se encontró que la temperatura favorable para el blanqueo de



alquilatos fue de 80°C, en los tres adsorbentes utilizados, correspondiendo la mayor capacidad de adsorción a la bauxita, con 32,4% en el cambio de la absorbancia. El tiempo de incineración de la sustancia adsorbente promueve las pérdidas por evaporación del sólido, pero a su vez mejora la capacidad de adsorción de la sustancia adsorbente.

El cambio en la absorbancia entre el alquilato sin tratamiento y el tratado con los adsorbentes, demostró ser una medida de la eficiencia de la adsorción, cuando se comparó con la técnica del color Saybolt, en virtud de la correlación existente entre ambos procedimientos. REFERENCIAS ASTM D-1500. (2012). Standard test method for ASTM color of petroleum products (ASTM color scale) Autuori, R. y Meza, R. (2002). Evaluación del sistema de agua de enfriamiento de una planta de alquilación. Trabajo especial de grado no publicado. Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela. Briones, M. (2005). Análisis técnico y económico de la recuperación de los aceites dieléctricos con tierra fuller y deslodificación de bobinados en transformadores. Trabajo especial de grado no publicado. Escuela Superior Politécnica del Litoral. Guayaquil, Ecuador.

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Fecha de recepción: 21 de octubre del 2015 Fecha de aceptación: 09 de noviembre del 2015

selecciÓn preliminar de un adsorbente...

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