destilación multicomponentes (sección b)

TEMA IV

Destilación Multicomponentes

OPERACIONES UNITARIAS II

CONTENIDO GENERAL

1. INTRODUCCIÓN A LA DESTILACIÓN

MULTICOMPONENTES

2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

3. METODOS APROXIMADOS EN LA DESTILACIÓN

MULTICOMPONENTES

Destilación multicomponentes

1. INTRODUCCIÓN

En la industria muchos de los procesos de

destilación incluyen la separación de más dos

componentes. Los principios generales del diseño de

las torres de destilación de multicomponentes son

iguales en muchos aspectos a los que se conocen

para los sistemas binarios:

Destilación multicomponentes

Balance de masa y energía globales y para cada

componente de la mezcla

Datos de equilibrios empleados en el cálculo de

temperatura de ebullición de la mezcla

Conceptos de reflujo mínimo y total como casos

limitantes

1. INTRODUCCIÓNDestilación multicomponentes

NUMERO DE TORRES DE DESTILACIÓN

NECESARIAS:

En general para la separación de compuestos

relativamente puros de una mezcla de n componentes,

serán necesarios n-1 fraccionadores

DESTILACIÓN DE MEZCLAS COMPLEJAS:

Destilación de mezclas de hidrocarburos (petróleo crudo o

cortes)

Destilación azeotrópica y extractiva

CondensadorRefrigerante

Columna

acuosa

Columna

orgánica

Alimentación

Agua

Solvente

Decantador

Vapor

Condensado

Vapor

Condensado

Proceso de destilación azeotrópica

Alimentación

binaria

(azeotrópica)

DATOS DE EQUILIBRIO EN DESTILACIÓN

MULTICOMPONENTE

Destilación multicomponentes1. INTRODUCCIÓN

i

ii

x

yK

Coeficiente de distribución entre fases del

componente i

j

iij

K

K Volatilidad relativa; índice de indica la

facilidad o dificultad de separación de los

componentes i y j por medio de la destilación

Destilación multicomponentesINTRODUCCIÓN

CORRELACIONES GRÁFICAS DEL VALOR DE K:

Gráficos de DePriester (cubren 12 hidrocarburos)

Gráficos de Kellogg

Gráficos de Edmister y Ruby

CORRELACIONES ANALITICAS DEL VALOR DE K:

iV

iL

iK

: Coeficiente de fugacidad de la mezcla

determinada a través de ecuaciones de estado

Valores de K en

sistemas de

hidrocarburos

ligeros (DePriester,

1953)

Destilación multicomponentes1. INTRODUCCIÓN

Destilación multicomponentes

1. INTRODUCCIÓN

Determinación de la temperatura de ebullición

(punto de burbuja)

A una presión específica, el punto de ebullición de una mezcla

de multicomponentes dada debe satisfacer la relación:

1.1

n

ii

n

i

i xKy

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

GRADOS DE LIBERTAD Y VARIABLES DE DISEÑO

En el diseño de procesos para la separación física, la

primera etapa consiste generalmente en la especificación

de las condiciones del proceso o variables

independientes.

Mooson Kwauk, 1956

EVD NNN

ND: Grados de libertad

NV: Número de variables de diseño

independientes

NE: Número de relaciones o ecuaciones

independientes

El número de variables independientes que se deben

especificar en un sistema de fraccionamiento con

propósito de diseño es:

NV = n + 6 ( n: número de componentes)

Usualmente las variables especificadas conveniente o

necesariamente en mezclas de n componentes son las

siguientes:

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Variables Mezcla

ternaria

Mezcla 8

componentes

Flujo alimentación 1 1

Composición alimentación 2 7

Entalpía de la alimentación 1 1

Temperatura del reflujo 1 1

Presión de la columna 1 1

Composición de destilado y/o

residuo

2 2

TOTAL 9 14

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

ESPECIFICACION DE LA COMPOSICION DE

DESTILADO Y/O RESIDUO:

Selección de los componentes claves:

Clave ligero: Componente más volátil de los que salen

tanto en tope como en fondo (L)

Clave pesado: Componente más pesado de los que salen

tanto en tope como en fondo (H)

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

QR

QC

nC2

nC3

nC4

nC5

nC6

Alimentación

DestiladoReflujo

Fondo

Claves

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

nC2

nC3

nC4

nC5

nC6

nC7

nC8

nC4

nC5

nC6

nC7

nC8

ESPECIFICACION DE LA ALIMENTACION:

Generalmente la alimentación se especifica en flujo, temperatura,

presión y composición

(Aún cuando sea crudo de petróleo)

PRESION DE OPERACIÓN DE LA COLUMNA Y TIPO

DE CONDENSADOR:

Con frecuencia la determina la temperatura del líquido refrigerante

disponible para la condensación

(REVISAR ALGORITMO DE CALCULO MOSTRADO EN EL

LIBRO Ernest J. Henley J. D. Seader - Operaciones de

Separación por Etapas de Equilibrio en Ingeniería)

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

RELACION DE REFLUJO:

REFLUJO TOTAL (Ecuación de FENSKE)

REFLUJO MINIMO (Ecuación de UNDERWOOD)

Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Destilación multicomponentes3. METODOS APROXIMADOS

Localización del plato de alimentación:

Método de Brown y Martin (Frenske)

Método empírico Kirkbride

Cálculos de números de etapas:

Método de grupo de Smith-Brinkley (SB)

Método Fenske –Underwood- Gilliland (FUG)

PROXIMA CLASE ENSAYO

GRUPAL PARA LA APLICACIÓN

DE ESTOS METODOS

GRACIAS POR SU ATENCION