CONTENIDO - ingenioconstructivista.files.wordpress.com · Aplicar flash a la alimentación con la Presión de la columna ... DESTILACION MULTICOMPONENTES METODOS CORTOS NUMERO DE

OPERACIONES UNITARIASDESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

Profs: Johemar Almera, Zoraida CarrasqueroUNEFM

IngenierIngenierííaa

1.-Definición

2. Componentes

2.1. Claves

2.2. No claves

2.3. Distribuidos

2.4. Adyacentes

3. Determinación de la presión de operación y tipo de condensador

4. Métodos aproximados

4.1.Métodos FENSKE – UNDERWOOD – GILLILAND

4.2. Etapas mínimas

4.2.1 Distribución de los componentes a Reflujo total

CONTENIDO




4.3. Reflujo mínimo

4.4. Platos teóricos a Reflujo de Operación

4.5. Localización del plato de alimentación

CONTENIDO




Definición

Aplicaciones

DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE




- Clave Ligero LK

Componentes Claves

Componentes no Claves

- Clave Pesado HK

El más pesado de los ligeros

El más liviano de los pesados

- No Clave Ligero

- No Clave Pesado

Más ligeros que el clave liviano

Más pesados que el clave pesado- Se dividen en


- Se dividen en

Se especifica su recuperación




Componentes distribuidos

Componentes Adyacentes

- Componentes con igual volatilidades

HKkkj

j HKLK


-La volatilidad relativa de estos compuestos está comprendida entre la de los

componentes clave ligero y pesado




Distribución de los componentes en una torre de destilación


XC1=

XC2=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

XC1=

XC2=

XC3=

XC4=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

LK

LK

LKHK

HK

HK

NO CLAVES

NO CLAVE

NO CLAVE

NO CLAVES

NO CLAVE DIST.

XC5=NO CLAVE DIST.

NO CLAVE DIST.



IngenierIngenierííaaSecuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente




IngenierIngenierííaaSecuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente


Secuencia Directa Secuencia Indirecta




Elegir refrigerante para operar el condensador parcial a 415 psia

Inicio

Calcular PD del punto Burbuja de destilado a 120º F

Calcule presión PB

M

Utilizar condensador parcial

No

Si

Use condensador total Reponga PD a 30 psia Si PD < 30 psia

Calcular PD del punto de rocío del destilado a 120º F

No

Si

DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR

Composición de alimentación Especificadas o estimadas

PD > 215 psia

PD > 365 psia

P





Si

Calcular temperatura de puntos de burbuja a Prehervidor

NoDisminuir la presión PD de forma aproximada

Fin

M

TB < T

descomposición Térmica

P

Algoritmo para establecer la presión de la columna de destilación y el tipo de condensador. Henley Seader





Si se conoce el numero de platos:P ≈ 0,1 psi/plato columnas a presión atmosférica o superatmosferitas

P ≈ 0,05 psi/plato columnas al vacío con 2 psia < Pcondensador < 5 psiaLa condición fásica de la alimentación se determina mediante un Flash adiabático para

una presión del plato de alimentación de PD + 7,5 psia

Los límites de presión y temperatura son solamente orientativos y dependen de factores económicos.

0 < PD < 415 psiaPD hasta 215 psia ====> Condensador total

215 psia < PD < 365 psia ====>Condensador parcialPD > 365 psia====>Condensador parcial, se usa refrigerante

Se supone que las caídas de presión en la columna y en el condensador son de 5 psia.

P cond= 5 psia Pcolumna=5 psia




MÉTODOS APROXIMADOS DE CALCULO DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

Criterios de Diseño

Métodos Aproximados

Número de EtapasReales y Mínimas

Permite calcular las Composiciones de los Productos a partir de

la especificación de dos componentes

Determinación de relaciónde reflujo




MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND

Determinar Presión y tipo de Condensador

Calcular número de etapas mínimas. Ec. De Fenske

Calcular composiciones de Componentes no claves (CD)

No

Si

Aplicar flash a la alimentación con la Presión de la columna

Inicio

Especificar distribución de Componentes Claves

Estimar distribución de Componentes no Claves (ED)

M

Composición de alimentación Especificadas

ED CD




M

Calcular etapas teóricas para R especificada (> Rmin) Ec. Guilliland

Localización de la etapa de Alimentación. Ec. De Kirkbride

Calcular requerimientos energéticos de condensador y rehervidor

Fin

Calcular relación de reflujo mínimo Rmin. Ec. De Underwood


Algoritmo para destilación de sistemas multicomponentes por un método empírico. Henley Seader





promLK

BLK

HK

DHK

LK

,αlogXX*

XXlog

minN

1

• ETAPAS MÍNIMAS

Ecuación de FenskeRápida estimación de etapas

mínimas a reflujo totalConsidera volatilidad

constante

XHK, D y XHK,B= concentración del clave pesado en destilado o residuo

XLK, D y XLK,B= concentración del clave liviano en destilado o residuo

LK/HK= volatilidad promedio del clave liviano con respecto al clave pesado





• ETAPAS MÍNIMAS

Volatilidad Relativa promedio

prom,HKLK

2/)( fondotopeHK

LK

21)*( fondotope

HKLK

31)**( entaciónlimafondotope

HKLK

Evaluada a Tpromedio de la torre

Evaluada a T de la alimentación

1

2

3

4

5





DESTILACION MULTICOMPONENTESMETODOS CORTOSNUMERO DE ETAPAS MINIMAS

21,0 FondoTope

FondoTope

FondoTope Ln

Al cumplirse esta desigualdad, la volatilidad relativa es razonablemente

constante a lo largo de la columna y una aproximación adecuada será la ecuación 2 ó 4

21)*( fondotope

HKLK

Evaluada a T de la alimentación 2

4





• DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Ecuación de Fenske Modificada

di,dj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el destilado

bi,bj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el fondo

m= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado

Fi: flujo molar del componente i en la alimentación

minNm

j

j

ii

*bd

fb

1

minNm

j

j

minNm

j

ji

i

*bd

*bd

fd

1





• ETAPAS MÍNIMAS

Ecuación de WinnRápida estimación de etapas

mínimas a reflujo totalVolatilidad

Relativa variable

XHK, D y XHK,B= concentración del clave pesado en destilado o residuo

XLK, D y XLK,B= concentración del clave liviano en destilado o residuo

ij: clave liviano y pesado respectivamente

: constantes empíricas para un intervalo de P y T adecuado

ijjiji KK

ij

B,HKD,LK

Min log

D,xHKx

B,xLKx

log

N

ij





• DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Ecuación de Winn Modificada

di,dj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el destilado

bi,bj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el fondo

B,D= flujo total de residuo y destilado

fi: flujo molar del componente i en la alimentación

ij= constantes empíricas

r,ir,i

min

1

j

j

Nj,i

ii

DB

db

1

fb

min

j,i

Nj,i

1j

j

j

ii

DB

db

1

fd

biB

diD

Donde:





• RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO

Ecuación de Underwood Estima requisitos de RminSupone derrame molar y volatilidadrelativa constantes

q= condición térmica de la alimentación

i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado

xiF= fracción molar del componente i en la alimentación

xiD= fracción molar del componente i en el destilado

i

ifi X*q1

i

iDi x*minR 1





Ecuación de Shiras et al.

XC1=XC2=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

LK

HK

Fx

Dx

Fx

Dx

Fx

Dx

HKF

DHK

LK

jLK

LKF

DLK

LK

j

jFj

Dj

,

,

,

,

,

,

11

1

SE DISTRIBUYE

TOPE

FONDO

1FxDx

j,Fj

D,j

10 FxDx

j,Fj

D,j

1FxDx

j,Fj

D,j





• RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO

Ecuación de Underwood

q= condición térmica de la alimentación

i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado

xiF= fracción molar del componente i en la alimentación

xiD= fracción molar del componente i en el destilado

i

ifi X*q1

i

iDi x*minR 1

HKLK

XC1=XC2=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

LK

HK

Cuando hay un componente no clave distribuido la ecuación Rmin tendrá más de una solución





• PLATOS TEÓRICOS

Correlación de GillilandEstima nº de platos

teóricos a reflujo deoperación

Relaciona nº de platosmínimos y nº

de platos reales

1RRR min

1NNN min

1,40 – 1,50Otro Refrigerante

1,10 – 1,20Refrigeración de alto nivel (-150 A 50 º F)

1,05 – 1,10Refrigeración de bajo nivel (-300 a -150 ºF)

R/RminMétodo de Condensación de reflujo

Relaciona





• PLATOS TEÓRICOS Correlación de Gilliland





• PLATOS TEÓRICOS Correlación de Gilliland

(R - Rm)/(R+1)0.01 0.1 1.0

1.0

0. 1

0.01

(N - Nm)/(N+1)





• PLATOS TEÓRICOS

Ebbar MaddoxEstima nº de platos

teóricos a reflujo deoperación

Relaciona nº de platosmínimos y nº

de platos reales

1RR

N

Nmin

Relaciona

1min

minR

R





• PLATOS TEÓRICOS Correlación de EBBAR MADDOX





• LOCALIZACIÓN PLATO DE ALIMENTACIÓN

Ecuación de Kirkbride Estima la localización del plato de alimentación

2602 ,

D,HK

B,LK

F,LK

F,HKDB*

xx

*zz

NSNR

NR+1= Etapa de Alimentación





Se supone que se establecen al menos las siguientes especificaciones:

1.-Temperatura, presión, composición y flujo de la alimentación.

2.- Presión de la destilación (con frecuencia fijada por la temperatura del agua

disponible de enfriamiento, con la cual se podría condensar el vapor destilado

para proporcionar el reflujo).

3.-La alimentación se va a introducir en el plato optimo.

4.- Perdidas de calor, aun cuando se supone que son cero.

Limitaciones de las especificaciones





Al diseñador solo le quedan tres puntos adicionales que puede especificar, mencionados

en la lista mostrada a continuación:

1.- Numero total de platos

2.- Relación de reflujo

3.- Relación del rehervidor

4.- Concentración de un componente en un producto (puede escogerse un máximo de

dos)

5.-Relación entre el flujo de un componente en el destilado y el flujo del mismo

componente en el residuo, o “separación” del componente (puede escogerse un

máximo de dos)

6.- Relación entre el destilado total y el residuo total

Limitaciones de las especificaciones

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