destilación de mezclas multicomponentes

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22/07/2013 1 DESTILACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I ING. ZORAIDA CARRASQUERO MSc. CONTENIDO Introducción. Dificultades del calculo 1. Métodos de cálculo a. Métodos aproximados b Métodos Rigurosos b. Métodos Rigurosos 2. Componentes claves, claves adyacentes y claves distribuidos 3. Secuencia de columnas 4. Presión de la columna y tipo de condensador 5. Métodos aproximados: Fenske-Underwood-Guilliland (FUG) a. Reflujo Total 2 Ecuación de Fenske: volatilidad relativa constante Distribución de los componentes no claves Ecuación de Winn’s: Constante de equilibrio Distribución de los componentes no claves.

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Guía práctica de destilación multicomponente.

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  • 22/07/2013

    1

    DESTILACIN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I

    ING. ZORAIDA CARRASQUERO MSc.

    CONTENIDO

    Introduccin. Dificultades del calculo

    1. Mtodos de clculo

    a. Mtodos aproximados

    b Mtodos Rigurososb. Mtodos Rigurosos

    2. Componentes claves, claves adyacentes y claves distribuidos

    3. Secuencia de columnas

    4. Presin de la columna y tipo de condensador

    5. Mtodos aproximados: Fenske-Underwood-Guilliland (FUG)

    a. Reflujo Total

    2

    Ecuacin de Fenske: volatilidad relativa constante

    Distribucin de los componentes no claves

    Ecuacin de Winns: Constante de equilibrio

    Distribucin de los componentes no claves.

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    2

    INTRODUCCIN

    La destilacin de multicomponentes se basa en los mismos

    principios de equilibrio de fases que la destilacin binaria. El

    di li i d d d il i d l idiseo o anlisis de una torre de destilacin de multicomponentes

    utiliza relaciones de equilibrio y balances de masa y energa

    (Foust, 1998).

    Resulta muy practica la resolucin de problemas de destilacin si

    el sistema es binario, mediante mtodos grficos y analticos. Sin

    3

    embargo, la mayora de las mezclas que se utilizan en la industria

    estn constituidas por ms de dos componentes. En estos casos,

    no son aplicables los mtodos grficos y una solucin analtica es

    difcil de obtener.

    Se dispone de mtodos cortos, semi-rigurosos y rigurosos de

    calculo para la resolucin de problemas de separacin decalculo para la resolucin de problemas de separacin de

    sistemas multicomponentes. El calculo riguroso es

    extremadamente complejo e involucra mtodos prolongados al

    tanteo y las computadoras de alta velocidad se emplean con

    mucha frecuencia (Treybal,1980).

    4

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    3

    METODOS RIGUROSOS

    Entre los mtodos mas utilizados para el anlisis de columnas de

    destilacin para la separacin de soluciones ideales y no ideales

    se pueden mencionar (Holland, Ch., 2000):

    Mtodo de convergencia: se recomienda para cualquier

    tipo de destilacin, siempre y cuando las mezclas no se desven

    demasiado de las soluciones ideales (mtodo mejorado de

    Thiele-Geddes).

    5

    Mtodo de punto de burbuja (BP): se recomienda cuando la

    alimentacin esta constituida por componentes de volatilidad

    parecida (Mtodo de Admunson-Pontinen modificado).

    METODOS RIGUROSOS (Cont.)

    Mtodo de suma de flujos (SR) : se recomienda cuando la

    alimentacin esta constituida por componentes de muy diferente

    solubilidad o volatilidad (puntos de ebullicin alejados).

    Mtodo 2N de Newton-Raphson: este mtodo permite una

    considerable flexibilidad en la eleccin de las variables

    especificadas y, por lo general, es capaz de resolver todos los

    6

    problemas.

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    Los mtodos aproximados permiten la determinacin del

    nmero de etapas tericas como una funcin de la relacin de

    reflujo, etapas mnimas y reflujo mnimo y, en la prctica son

    utilizados como diseo preliminar,

    Entre los mtodos aproximados se mencionan:

    1. Mtodo de Fenske Underwood Gilliland y sus variantes,

    -Para determinar el reflujo y las etapas necesarias en la

    destilacin de sistemas multicomponentes.

    2. Mtodo de Kremser y sus variantes,

    - Para separaciones en las que intervienen varias cascadas

    simples en contracorriente, tales como absorcin, agotamiento y

    extraccin liquido liquido,7

    3. Mtodo de Edmister

    -Para separaciones en las que intervienen cascadas en

    contracorriente con alimentaciones intermedias, tales como

    destilacin.

    Estos mtodos se pueden aplicar fcilmente por medio de

    clculos manuales si las propiedades fsicas son

    independientes de la composicin.

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    Algoritmo del mtodo empricopara una columna de destilacin

    Fuente: Henley, E. J.; Seader, J. D. 1998

    ComienzoAlimentacinEspecificada

    Especificar lasescisiones de doscomponentes clave

    Estimar las escisiones

    Calcular el nmero deetapas tericas para larelacin de reflujoespecificada > valormnimo

    Correlacinde Gilliland

    de los componentes noclave

    Determinar la presinde columna y tipo decondensador

    Aplicar Flash a laalimentacin a lapresin de la columna

    Clculos de punto deburbuja y del punto deroco

    Procedimiento deFlash Adiabtico

    Repetir solamentesi las escisionesestimadas ycalculadas de loscomponentes noclave difieren

    Calcular la localizacinde la etapa dealimentacin

    Calcular los serviciosdel condensador yebullidor

    Salida

    EcuacindeKirkbride

    Ecuacionesde balancede materiay energa

    Calcular el nmeromnimo de etapastericas

    Calcular las escisionesde los componentes noclave

    Calcular la Relacin deReflujo Mnima

    Ecuacin deFenske

    Ecuacin deFenske

    Correlacin deUnderwood

    considerablemente.

    9

    Mezclas con n componentes, n > 2

    Mezclas complejas

    Es difcil obtener una solucin analtica

    Se deben hacer asunciones sobre la distribucin

    de los componentes de la alimentacin en el

    destilado y en el residuo.

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    Destilado

    a, b, c. d

    Especificaciones del producto deseado

    Componentes Ligeros

    Separacindeseada

    Alimentacin

    a, b, c, d, e, f, g

    11

    Componentes Pesados

    Residuo

    e, f, g

    Seleccin de dos componentes claves

    En una columna con una sola alimentacin, destilado y fondo, se separa

    una mezcla de multicomponentes en dos fracciones. Los fondos

    contienen los componentes pesados, menos voltiles de la

    alimentacin; el destilado contiene los componentes ligeros, ms

    voltiles de la alimentacin. Los componentes de volatilidad intermedia

    aparecen en ambos productos en cantidades apreciables (Foust, 1998).

    Componentes Clave: pueden ser o no aquellos cuyas separaciones se

    h ifi d

    12

    han especificados

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    Seleccin de dos componentes claves (Cont.)

    Componente Clave Liviano (LK): Es el componente mas pesado entre

    los componentes livianos. Es el componente de mayor volatilidad entre los

    compuestos que salen por el fondo y se encuentra en una cantidadcompuestos que salen por el fondo y se encuentra en una cantidad

    considerable (menor al 2%)

    Componente Clave Pesado (HK): Es el componente mas liviano entre

    los componentes pesados. Es el componente de menor volatilidad relativa

    entre los compuestos que salen por el destilado y se encuentra en una

    cantidad considerable (menor al 2%)

    Componentes no Clave Distribuido: Es aquel componente cuya

    volatilidad esta cercanamente igual a la volatilidad del componente clave

    Para el componente i:

    Si T > Tbpi Ki > 1 El componente se considera uncomponente liviano

    Si Ki >1 (ligero) xi incrementa a medida que sube

    hacia el tope de la columna

    Si T < Tbpi Ki < 1 El componente se considera un componente pesado

    Si Ki < 1 (pesado) xi incrementa cuando el

    componente i baja al fondo de la columna

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    C1C2

    nC

    No clave liviano

    No clave liviano

    Clave liviano (LK)

    Distribucin aproximada de los componentes

    Componentes claves adyacentes

    Salen por el tope

    DestiladoC1C2

    nC3nC4nC5nC6

    LKHK

    nC3nC4

    Clave liviano (LK)

    Clave pesado (HK)

    Alimentacin

    Destilado

    6nC3nC4nC5nC6

    Clave liviano (LK)

    Clave pesado (HK)

    No clave pesado

    Salen por el fondo

    Fondo No clave pesado

    C1C2

    nC3

    No clave liviano

    No clave liviano

    Clave liviano (LK)

    Distribucin aproximada de los componentesComponentes claves distribuidos

    Salen por el tope

    DestiladoC1C2

    nC3nC4nC5nC6

    LK

    HK

    nC4nC5

    No clave distribuido

    Clave pesado (HK)Alimentacin

    Destilado

    6nC3nC4nC5nC6

    Clave liviano (LK)

    No clave distribuido

    Clave pesado (HK)

    No clave pesado

    Salen por el fondo

    Fondo

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    El punto de corte es la

    frontera entre los

    componentes que salen

    por el destilado y el

    Lnea deseparacin

    Punto de corte

    B

    residuo.

    La lnea de separacin

    refleja la separacin

    real efectuada.

    El destilado actual es elB rea localizada sobre la

    lnea de separacin.

    Los componentes a, b,

    c y g no son separados.

    Secuencia de destilacin

    En las destilaciones de mezclas multicomponentes es necesario

    acentuar que son necesarios ms de un fraccionador para

    separar en forma pura los constituyentes de las mezcla original,p p y g

    es decir se requerirn un total de n 1 fraccionadores para

    lograr la separacin completa de un sistema de n componentes

    (Treybal, 1980)

    La separacin puede hacerse usando las clsicas secuencias de

    destilacin convencionales, es decir la secuencia directa en la

    cual los componentes se separan uno a uno en los destilados

    (figura 1) o la secuencia indirecta donde los componentes se

    separan uno a uno en los fondos (figura 2).

    18

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    Estas secuencias son de amplio uso en la industria qumica y se

    caracterizan por consumir grandes cantidades de energa encaracterizan por consumir grandes cantidades de energa en

    forma de vapor de calentamiento suministrado por los

    rehervidores (Henley, J.E; Seader, J.D., 1998). Sin embargo, hoy

    da, se han propuestos una serie de esquemas de destilacin

    alternativos que pueden reducir de manera significativa el

    consumo de energa, tales como los procesos de destilacin

    acopladas trmicamente.

    19

    Secuencia de destilacin: Considerando la separacin continua de una mezcla ternaria

    A + B + C

    A (+B)

    B (+ C)

    II

    A + B (+ C)

    A (+B)

    I

    II

    B + C(+ A)

    C (+B) C(+ B)

    I

    II

    A + B + C

    B (+ A)

    Secuencia directa:Se observa que en laprimera columna seproduce A casi puro y enla segunda se separa B yC

    Secuencia indirecta:Se observa que en la primeracolumna se utiliza para separar Ccomo un residuo del resto de lasolucin. El destilado que estacontaminado con C, se fraccionapara separar A y B casi puros.

    20

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    Un mtodo alternativo para el diseo es aplicar la heurstica, que

    consiste en reglas fciles para excluir muchos de los sistemas

    posibles. Algunas de las heursticas ms comunes, citadas en

    orden de importancia incluyen (Wankat, P.C., 2008):orden de importancia incluyen (Wankat, P.C., 2008):

    1. Separar primero los componentes peligrosos, corrosivos y

    reactivos.

    Se reduce al mnimo los riesgos de seguridad, sacar los

    componentes inestables y reducir la necesidad de usar

    materiales de construccin costosos en las columnas

    21

    posteriores.

    2. No usar destilacin si LK-HK < min, si min ~ 1,05 1,10

    Elimina la necesidad de columnas costosas

    4. Separar primero los componentes que requieran

    temperaturas muy altas o muy bajas.

    Mantendr bajo los costos

    5. La siguiente fraccin debe eliminar los componentes en

    exceso.

    Hacerla cuando hay varios componentes presentes y las tasa

    de alimentacin son grandes.

    6 La siguiente fraccin debe sacar el componente ms voltil6. La siguiente fraccin debe sacar el componente ms voltil

    Al eliminar el componente ms voltil se eliminan los

    materiales difciles de condensar, es posible obtener

    reducciones en las presiones de la columna.

    22

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    12

    7. Hacer las separaciones ms difciles como separaciones

    binarias.

    Hace que la tasa de alimentacin sea la mnima y en

    consecuencia el dimetro mnimo de la columna necesario

    para la separacin mas difcil.

    8. Favorecer los fraccionamientos 50:50

    Balancea las columnas de modo que no cambien los flujos en

    forma drstica.

    9. Si es posible, las eliminaciones de los productos finales

    deben ser como productos destilados

    Ya que los productos de degradacin trmica son

    compuestos no voltiles, es probable obtener productos ms

    puros. 23

    Dos heursticas adicionales que no aparecen en orden de

    importancia, pero que pueden forzar al diseador para buscar

    i di i lsecuencias adicionales son:

    10.Tener en cuenta salidas laterales para separaciones difciles

    11.Tener en cuenta columnas trmicamente acopladas y de

    varios efectos, en especial si la energa es costosa.

    24

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    Ejemplo: Secuencia de destilacinTrace arreglos de

    columnas posibles

    para separar un

    sistema de cuatro

    componentes.

    Solucin:

    25

    Presin de operacin y tipo de condensador

    C d d P i

    Psuperior

    Es determinada por las

    condiciones que

    aumentan la

    Cada dePresin enlos Platos

    Cada de Presin enel condensador

    Ptambor

    condensacin en el

    condensador o en el

    tambor de destilado

    La presin de

    referencia es la presin

    de vapor o la presin

    26

    PFondo

    de vapor o la presin

    de burbuja del

    destilado (Temperatura

    y composicin del

    destilado)

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    La composicin del destilado depende de:

    La naturaleza de la mezcla procesadaa atu a e a de a e c a p ocesada

    Las especificaciones de la separacin

    El correspondiente balance de materia

    27

    La temperatura en el tambor de reflujo depende

    principalmente de la temperatura del fluido de

    enfriamiento utilizado en el condensador.

    Restriccin de la temperatura en la seleccin de la presin

    de la columna

    Estas restricciones estn esencialmente relacionadas a:

    1. Temperatura del tambor de reflujo

    2. Temperatura del fondo de la columna

    28

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    Restricciones relacionadas al tambor de reflujo

    A presiones bajas, TD debe ser tan baja como sea posible

    (TD es un poco ms alta que la temperatura del fluido de(TD es un poco ms alta que la temperatura del fluido de

    calentamiento, TCF).

    El fluido de enfriamiento puede ser:

    Aire: Usando un diferencial de temperatura de 15 C,

    29

    denominado cold approach: Taire Tb y

    Tb = Taire + 15 C

    Agua: se utiliza un gradiente mnimo de 10 C, es

    decir Tb = Tagua + 10 C

    Refrigerante ( propileno, etileno, amonio, fren, ):

    El gradiente de temperatura a usar es de

    aproximadamente 5 C.

    30

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    Consideracin en el condensador:

    - Refrigerante accesible (agua) : mnima T = 120 F (49 C)

    - Presin permisible:

    0 415 psia (2,86 MPa)

    0 215 psia : Se recomienda un Condensador total

    215 365 psia: Se recomienda un Condensador parcial

    > 365 psia: se recomienda un condensador parcial y el

    uso de un refrigerante.

    C id i l h id

    31

    Consideracin en el rehervidor:

    - La temperatura en el fondo de la columna no debe exceder la

    condicin de descomposicin o la condicin cercana a la

    critica.

    Algoritmo para establecer la presin de la columna ytipo de condensador.

    Composicin de Destilado y de

    Fondo conocidas o estimadas

    Calcular la presin PD del Punto de Burbuja a la temperatura del

    fluido de enfriamiento (agua, aire)

    PD < 215 psia

    Estimar la Presin de las colas, PB

    Calcular la Temperatura de

    Burbuja en el fondo, TB a la PB

    TB < TC de los componentes

    Fin

    Si

    No SiSi

    reponer PD a 30 psia si PD < 30 psia

    Fuente: Tomado de :Henley, E. J.; Seader, J. D. 1998

    32

    Calcular la presin PD del Punto de Roco a la temperatura del fluido de enfriamiento (agua,

    aire)

    215

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    17

    Los limites de presin y temperatura son solo una aproximacin y

    dependen de los factores econmicos. Se supone que las cadas

    de presin en la columna y en el condensador son de 5 psia. Sin

    embargo, cuando se determina el nmero de platos necesarios se

    deben realizar clculos ms rigurosos que permitan:

    Cada de presin:

    - En el condensador: 0 a 2 psia.

    - En la columna:En la columna:

    0,1 psi/plato para operacin de la columna a presin

    atmosfrica o superatmosfrica

    0,05 psi/plato para operacin de columnas a vacio

    33

    Con la columna operando a las presiones establecidas, la

    alimentacin puede someterse a un Flash Adiabtico para una

    presin del plato de alimentacin de PD + 7,5 psia con el fin de

    determinar la condicin fsica de la alimentacin (Seader y Henley,1998)

    34

  • 22/07/2013

    18

    Reduccin de la volatilidad relativa con el incrementode la presin

    35

    Si LK-HK > 2,5 la separacin es fcil

    Si 2,5 < LK-HK < 1,5 la separacin es menos

    fcil

    Si LK-HK < 1,5 la separacin es difcil.

    Efectos desfavorables de un aumento de la presinde operacin de la columna.

    1. La viscosidad relativa disminuye y por tanto aumenta la

    dificultad de la separacin: aumentan los requerimientos deldificultad de la separacin: aumentan los requerimientos del

    numero de etapas, reflujo y consumo en el condensador y el

    rehervidor.

    2. Aumenta la temperatura en la columna: aumentan las

    reacciones de degradacin qumica, polimerizacin, etc.

    36

    3. Por encima de 100 psig, hay que aumentar el espesor del

    material de la columna, y por tanto aumenta el costo. Este

    factor no es importante a P < 100 psig.

  • 22/07/2013

    19

    Efectos desfavorables de un aumento de la presin deoperacin de la columna. (Cont.)

    4. Aumenta la temperatura en el rehervidor y por tanto se requiere

    un medio de calefaccin mas costoso (o incluso inexistente).

    Para el mismo agente de calefaccin, aumenta el rea de

    intercambio de calor.

    5. Para separaciones superatmosfrica, las fugas son mayores, y

    aumenta el peligro potencial en el caso de usar materiales

    37

    aumenta el peligro potencial en el caso de usar materiales

    txicos o inflamables.

    Efectos favorables de un aumento de la presin deoperacin de la columna.

    1. Aumenta el punto de ebullicin del destilado, lo que permite el

    uso de refrigerantes ms baratos

    2. Si la columna opera por debajo de 1 atm, un aumento de

    presin disminuye el costo de construccin y

    mantenimiento de vacio ( consumo de energa del eyector y

    38

    mantenimiento de vacio ( consumo de energa del eyector y

    costos de traslado).

  • 22/07/2013

    20

    Efectos favorables de un aumento de la presin deoperacin de la columna (Cont).

    3. Aumenta la densidad del vapor, y por tanto, la capacidad de lap y p p

    columna: si la columna trabaja a vacio, se produce una

    disminucin grande del dimetro de la columna de la columna y

    los costos de traslado. La reduccin es menor para presiones

    comprendidas entre 50 y 150 psia.

    4 E l d til i d li d t l t d

    39

    4. En la destilacin de gases licuados, aumentan los puntos de

    ebullicin del liquido que circula por la columna, lo que permite

    utilizar materiales de construccin mas baratos.

    Efectos favorables de un aumento de la presin deoperacin de la columna. (Cont.)

    5. Disminuye el dimetro de las tuberas y el tamao de las

    vlvulas por las que circula el vapor.

    6. Por debajo de 1 atm disminuyen las fugas y por tanto el

    peligro potencial de los materiales txicos o inflamables.

    40

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    21

    Mtodos de calculo de Ki (Repaso)

    Ecuacin de Raoult

    Nomogramas de DePriester

    Utilizando grficos de datos de equilibrio

    (Ki vs T)

    Utilizando modelos termodinmicos

    41

    Ecuacin de Raoult

    Ecuacin de Antoine

    A, B y C: constantes de Antoine caractersticas de cadacomponente.

    42

  • 22/07/2013

    22

    Nomograma de DePriester

    43

    Nomograma de DePriester

    44

  • 22/07/2013

    23

    Grafico de datos de equilibrio para algunos hidrocarburos

    45

    Algoritmo para seleccionar el mtodos de calculo de Ki

    46

  • 22/07/2013

    24

    LIMITACIONES DE LAS ESPECIFICACIONES.

    Treybal (1980) indica que se debe suponer que ya se

    establecieron las siguientes especificaciones:

    1. Temperatura, presin, composicin y flujo de la alimentacin.

    2. Presin de la destilacin

    3 La alimentacin se va a introducir en el plato ptimo de3. La alimentacin se va a introducir en el plato ptimo de

    alimentacin.

    4. Prdidas de calor (an si se supone que son cero)

    47

    En estas condiciones solo le quedan al diseador tres puntos

    adicionales que puede especificar.

    1 Nmero total de platos1. Nmero total de platos

    2. Relacin de reflujo

    3. Relacin del rehervidor, V/B

    4. Concentracin de un componente en un producto (puede

    escogerse un mximo de dos).

    5. Relacin entre el flujo de un componente en el destilado y el

    flujo del mismo componente en el residuo (puede escogerse

    un mximo de dos)

    6. Relacin entre el destilado total y el residuo total, D/B.

    48

  • 22/07/2013

    25

    Nmero mnimo de etapas: Reflujo total.

    La correlacin de Fenske (1932) da una rpida estimacin para

    las etapas tericas mnimas con reflujo total. Incluye el rehervidor

    y el condensador mixtoy el condensador mixto.

    LK,HK debe ser constante

    49

    El calculo de la volatilidad relativa se realiza de acuerdo

    a las siguientes ecuaciones:

    1. Si la volatilidad relativa promedio se determina a la temperatura

    promedio de la columna, TP, y TP = (TTope + TFondo ) /2

    2. prom = (Tope + Fondo ) /2

    3. prom = a la temperatura del plato de alimentacin.

    4. prom = (Tope * Fondo )1/2

    5. prom = (Tope * Fondo * alimentacin)1/3

    50

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    26

    10 FondoTopeFondoTope Ln +

    Desigualdad de Douglas

    21,0 p

    FondoTope

    p Ln

    +

    Al cumplirse esta desigualdad, la volatilidad relativa es

    razonablemente constante a lo largo de la columna y una

    aproximacin adecuada para su clculo son las ecuaciones 2

    4

    51

    Distribucin de Componentes no clave a Reflujo Total

    La distribucin de componentes no clave a reflujo total, si se

    considera la volatilidad relativa constante Ecuacin de Fenskeconsidera la volatilidad relativa constante, Ecuacin de Fenske,

    se determina por las ecuaciones mostradas a continuacin:

    Donde fi = di + biHK: componente clave pesado

    52

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    27

    La ecuacin de Winn es una modificacin de la ecuacin de Fenske

    y resulta mas exacta para el clculo del nmero de etapas mnimas,

    si se cumple la suposicin

    donde y son constantes empricas que se determinan para el

    intervalo de temperatura y presin adecuado.

    LK,HK se considera variable

    Donde:D y B : tope y fondo, respectivamenteLK y HK: Clave liviano y clave pesado, respectivamente

    53

    La ecuacin de Winn da resultados mas precisos que la ecuacin

    de Fenske, pero esta sujeta a la validez de la hiptesis de

    variacin de los coeficientes de distribucin entre si.variacin de los coeficientes de distribucin entre si.

    La ecuacin de Winn se reduce a la ecuacin de Fenske

    cuando

    LK = 1,0 y LK/HK = LK/HK

    54

  • 22/07/2013

    28

    Anlogamente la ecuacin de Winn conduce a

    Donde: f fl jo del componente i en la alimentacinfi: flujo del componente i en la alimentacin B = biD = di br, dr: flujo del componente clave pesado en el producto de fondoy tope, respectivamente.

    55

    1. Aumenta a medida que la separacin se hace mas difcil

    (valores mas grandes de la recuperacin del clave liviano, o

    valores de LK,HK cercanos a la unidad).

    El nmero mnimo de etapas para una separacin dada:

    2. El Nmin es independiente de la condicin termodinmica de la

    alimentacin.

    3. Solo depende del grado de separacin deseada y de la

    volatilidad relativavolatilidad relativa.

    4. En las separaciones difciles es mas efectivo aumentar el

    nmero de etapas que aumentar los caudales para elevar la

    pureza de los productos.56

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    29

    1. Utilizando los mtodos cortos aproximados en la destilacin

    de mezclas multicomponentes para las especificaciones de la

    siguiente columna, determine:

    EJERCICIOS

    g

    a) La distribucin de los componentes a reflujo total

    b) La relacin de reflujo de operacin para 15 platos

    ideales

    c) La localizacin de etapa de alimentacin

    d) Si l i li l l dd) Si la separacin se realiza en columnas acopladas en

    serie, explique cuantas columnas sern necesarias para

    la separacin completa de los componentes claves.

    Esquematice el proceso.

    57

    Ki = A + B*T + C*T2 + D*T3, donde T: F

    Para este sistema a 250 psia los valores de K pueden calcularse

    dentro de un intervalo de temperatura entre 100 F y 300 F

    mediante la ecuacin polinmica

    Alimentacin @ 250 psia y 213,9 F

    Componente fi (lbmol/h)Constante de los valores de K

    A Bx104 Cx106 Dx108

    Etano 3 1,665 -1,50 73,5 -3,00

    Propano 20 0,840 -46,6 49,4 -3,033

    58

    n-Butano 37 -0,177 49,5 -4,15 2,22

    n-Pentano 35 -0,0879 17,7 0,2031 1,310

    n-Hexano 5 0,0930 -15,39 10,37 -0,1590

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    30

    Datos del proceso:

    Presin de la columna: 250 psiaPresin de la columna: 250 psia

    Condensador parcial y rehervidor parcial

    Flujo destilado: 23,0 lbmol/h

    Considere una recuperacin de 98,15% y 99% de los

    componentes clave ligero y clave pesado en el destilado y en el

    producto de fondo.

    59

    2. Una torre despropanizadora con las siguientes caractersticas

    Alimentacin % molar Flujo de alimentacin

    Metano, C1 26 2800 lbmol/h

    Etano, C2 9 66 % vaporizada

    Propano, C3 25 TF = 205 F

    n-Butano, n-C4 17 Presin: 315 psia

    n-Pentano, n-C5 11 36 platos reales

    n-Hexano, n-C6 12 % recuperacin C3 en D: 98,4%

    % Recuperacin C5 en B: 100 %

    o = 65% D = 1677 lbmol/Hs

    60

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    31

    Actualmente la torre esta operando con una carga de 3200 lbmol/h

    y una relacin de reflujo igual a 0,57, se esta obteniendo un 1% de

    recuperacin de nC5 en el producto de tope y solo hay un 99% de

    recuperacin de C3.

    Realice un diagnstico de la operacin de la columna a

    condiciones de operacin y compare sus resultados con las

    condiciones de diseo. Justifique su respuesta.

    Tome en cuenta las siguientes criterios de comparacin:

    a Relacin de reflujo mnimaa. Relacin de reflujo mnima

    b. Nmero mnimo de etapas

    c. Composicin de tope y fondo

    d. Relacin de reflujo de operacin

    e. Nmero de etapas tericas61