Presentacin de PowerPoint

Refinera IquitosDESTILACION1Destilacin es definida como un proceso en el cual una mezcla de liquido y vapor de dos o ms componentes es separado en fracciones de deseada pureza, por la aplicacin y remocin de calor.

Concepto de Destilacin2Separa los componentes de una mezcla, mediante la circulacin en contracorriente, dentro de una columna, del vapor ascendente con el lquido descendente denominado reflujo.

Cuando se enfra y se condensa este vapor, el condensado contendr componentes ms voltiles. En el mismo tiempo, la mezcla original contendr ms de los materiales menos voltiles. Las columnas de destilacin se disean para alcanzar esta separacin eficientemente. Tambin consumen cantidades enormes de energa, en trminos de requisitos de enfriamiento y de calefaccinComo trabaja La Destilacin3Es la vaporizacin parcial de una mezcla con produccin de vapor ms rico en los componentes ms voltiles que la mezcla lquida inicial, quedando un residuo lquido ms rico en los componentes ms pesados (poco voltiles).

Destilacin Simple

4Se basa en los mismos principios que para una destilacin binaria, pero los equilibrios lquido vapor son algo ms complicados. Se busca lograr un buen contacto entre las fases lquida y vapor, para lo cul se usan platos perforados o empaques.El nmero de platos depende del grado de fraccionamiento que se desea, y de la cantidad de cortes laterales que se obtendrn.

Destilacin de un sistema multicomponente5

6CONCEPTOS DE DESTILACION7Presin de VaporEs la presin ejercida por las molculas de vapor desprendidas por un lquido, sobre la superficie del mismo, en un recipiente cerrado a una determinada temperatura. Cuando el nmero de molculas que escapa del lquido como vapor es igual al nmero de molculas que se convierten de vapor a lquido, existe un estado de equilibrio lquido-vapor y la presin de vapor toma el nombre de tensin de vapor. En los hidrocarburos, el metano tiene mayor presin de vapor que el etano, el etano mayor presin de vapor que el propano, y as sucesivamente. 8Presin de Presin Parcial Vapor Parcial La presin parcial de un componente i, es una parte de la presin total. Mientras la presin total es ejercida por las molculas de todos los componentes presentes en el vapor; la presin parcial de i corresponde a la presin ejercida slo por la molculas del componente i presentes en el vapor.

9Punto de Roco Es la temperatura a la cual una mezcla de vapor empieza a condensarse a una presin dada.Es la temperatura a la que se forma la primera gota de lquido.

10Punto de BurbujaEs la temperatura a la cual una mezcla de liquido, empieza a pasar al estado vapor a una presin dada.Es la temperatura a la que se forma la primera burbuja de vapor.

11Absorcin Es una operacin de transferencia de masa de vapor a lquido, mediante el cual uno o ms componentes del vapor pasan a la corriente lquida, para ello es necesario un adecuado contacto entre las corrientes lquido-vapor. En una columna de destilacin en la parte superior, con respecto al plato de alimentacin, se da la absorcin entre los vapores ascendentes y las corrientes de reflujo.12Desorcin Es una operacin de transferencia de masa de lquido a vapor, mediante el cual uno o ms componentes del lquido pasan a la corriente vapor, para ellos es necesario un adecuado contacto entre las corrientes lquido- vapor.En una columna de destilacin en la parte inferior, con respecto al plato de alimentacin, se da la desorcin entre la corriente lquida descendente y los vapores de fondos ascendentes.(ya sea vapor de agua, o vapor del producto de fondos obtenidos mediante un rehervidor). 13Difusin Fenmeno por el cual un componente o sustancia pasa de una fase a otra debido a la diferencia de concentracin (de dicho componente) existente entre las fases presentes (gradiente de concentracin). 14Volatilidad Relativa ()

Se denomina volatilidad relativa de un componente en una mezcla a la relacin entre su presin parcial de vapor y su concentracin en la fase lquida. La volatilidad relativa () es el cociente entre el componente ms voltil A y el menos voltil B, es decir:

15Volatilidad Relativa () nos indica la dificultad de separar por destilacin una mezcla de componentes. Si =1, la separacin no es posible; cuanto ms arriba de la unidad est , mayor ser el grado de separacin.Un componente A es ms voltil que otro componente B, si la tensin de vapor de A es mayor que la de B a la misma temperatura. Por ejemplo, Si las tensiones de vapor a 124 C del octano y el heptano respectivamente (en mmHg) son 729 y 1528 , y debido a que el heptano es ms voltil que el octano, la volatilidad relativa entre ambos componentes ser: 2.096

El resultado 2.096 es mayor que 1 una mezcla lquida heptano y octano, podra separarse por destilacin ordinaria. En trmino estrictos, la volatilidad relativa es funcin de la temperatura; sin embargo, para algunas mezclas permanece prcticamente constante en el intervalo normal de operacin.

.

16QUIMICA DEL PETROLEO17QUIMICA DEL PETROLEOEs un lquido aceitoso que se encuentra naturalmente en la tierra Es una mezcla de compleja de compuestos de hidrocarburo y de otras sustanciasMezcla natural de hidrocarburos en estado gaseoso, lquido y slido.Contiene concentraciones variables de S, N, O y metales (Ni, V, Fe, Na, Ca, Mg).

18Estructura del PetrleoEl Petrleo esta conformado por tres grupos principales de hidrocarburos y su distribucin define propiedades, rendimientos y calidad de los productos.

Parafinas (alcanos) Naftenos (cicloparafinas) Aromticos

19Estructura del Petrleo

20Estructura del Petrleo

21Alcanos Parafinas Isomeros

22Naftenos Cicloparafinas

23Aromaticos

24Composicin Elemental del Petrleo

25Clasificacin del Crudo Segn su API

26Distribucin de Densidad de Crudos segn su API

27

Clasificacin del Crudo segn Factor K UOP28EQUILIBRIOLIQUIDO VAPOR29EQUILIBRIO LIQUIDO VAPORSe alcanza cuando la temperatura, la presin y la composicin de las fases tengan un valor constante en el tiempo.

Algunas molculas cercanas a la interfase perdern o ganarn suficiente energa para pasar de una fase a la otra, situacin que no afecta el equilibrio ya que el flujo neto de molculas en este estado es igual a cero.

vaporliquido30EQUILIBRIO LIQUIDO VAPORLa presin de vapor de un liquido a una temperatura particular es la presin de equilibrio ejercida por las molculas que salen y que se incorporan de la superficie lquida.Puntos importantes con respecto a la presin del vapor:La entrada de energa eleva la presin del vapor La presin del vapor se relaciona con la ebullicin Un lquido se dice ' va hervir ' cuando su presin del vapor iguala la presin circundante La facilidad con la cual un lquido hierve depende de su volatilidadLquidos con altas presin de vapor (lquidos voltiles) hervir a temperaturas bajas. La presin del vapor y por lo tanto el punto de ebullicin de una mezcla lquida depende de las cantidades relativas de los componentes en la mezcla.La destilacin ocurre debido a las diferencias de volatilidad de los componentes en la mezcla lquida 31Equilibrio liquido-vapor en mezclas binariasBalance de materia:xA + xB = 1 yA + yB = 1

xA = Fraccin molar del componente A en la fase lquidaxB = Fraccin molar del componente B en la fase lquidayA = Fraccin molar del componente A en la fase vaporyB = Fraccin molar del componente B en la fase vapor32Equilibrio liquido-vapor en mezclas binariasFigura 1 Diagrama Presin - Temperatura - Concentracin para mezclas binarias

En la figura se presentan todos los posibles estados para una mezcla binaria33Tiene como ejes la temperatura y la composicin, la cual se expresa en fraccin molar del componente ms voltil A

x fraccin de A en el lquidoy* fraccin de A en el vaporEquilibrio a Presin ConstantePeATemperaturaFraccin molar de Ax, y*Vapor saturadoLquido saturadoA puro1B puro0VaporLquidoPeBFigura 2. Diagrama de equilibrio a presin constante La grfica es formada por las curvas de vapor saturado y de lquido saturado

Se unen en el punto de ebullicin de A puro (composicin igual a 1) y en el punto de ebullicin de B puro (composicin igual a 0). Como A es la sustancia ms voltil, el punto de ebullicin de A es inferior al de B. Equilibrio Lquido - Vapor34Las mezclas de lquido y vapor en equilibrio estn en la zona intermedia en este estado la mezcla se encuentra a la misma presin y temperatura en ambas fases, lo cual es representado en el diagrama a presin constante por una lnea horizontal (a temperatura constante) que une el vapor y el lquido saturado a las condiciones dadas, estas lneas son llamadas lneas de unin tal como la lnea que une los puntos 1 y 2.

Una mezcla que se encuentra en el punto 3, tendr un lquido con la composicin del punto 1 y un vapor con la composicin del punto 2 en equilibrio, y la composicin de 3 ser la composicin ponderada para toda la mezcla

La cantidad de materia presente en cada fase en el estado 3 se relaciona geomtricamente en el diagrama de la siguiente forma:(moles en 1/moles en 2)=(lnea 3-2/lnea 1-3)Equilibrio a Presin ConstanteFigura 2. Diagrama de equilibrio a presin constante Fraccin molar de Ax, y*Temperatura01A puroB puroVapor saturadoLquido saturado123VaporLquidoPeAPeBmoles en 1moles en 23-21-3=35Equilibrio a presin constanteFraccin molar de Ax, y*TemperaturaPeAPeB01A puroB puroVapor saturadoLquido saturadoVaporLquido4567810911Cuando la mezcla se sigue calentando, se llega hasta el punto 11 en donde esta se encuentra como vapor sobrecalentado.

Desde el punto 11 podemos llevar a cabo el proceso inverso, enfriando la mezcla. Entonces en 10 se formar la primera gota que tendr una composicin ms rica de la sustancia menos voltil, la cual ser la del punto 9. Esta formacin de gotas de roco da el nombre a la curva a la que pertenece el punto 10: curva de temperatura de punto de roco.

Figura 2. Diagrama de equilibrio a presin constante 36Equilibrio a Temperatura constante

Figura 2. Diagrama de equilibrio a presin constante Fraccin molar de Ax, y*B puro01A puropApBVaporLquidoEl plano de equilibrio vapor lquido a temperatura constante tiene como ejes la presin y la composicin, la cual se expresa en fraccin molar del componente ms voltil A, (x) para la fraccin de A en el lquido y (y*) para la del vapor en equilibrio con l.

La grfica es formada por las curvas de vapor saturado (inferior) y de lquido saturado (superior) de la mezcla de las dos sustancias, estas se unen en la presin de vapor de A puro (composicin igual a 1) y en la presin de vapor de B puro (composicin igual a 0). Como A es la sustancia ms voltil, tiene una mayor presin de vapor que B.

La parte superior de la grfica representa la zona en la cual la mezcla se encuentra como lquido y la inferior en la que se encuentra como vapor.

Puntos de burbujaPuntos de rocoPresinFigura 3. Diagrama de equilibrio a temperatura constante 37Equilibrio a Temperatura constanteFigura 3. Diagrama de equilibrio a temperatura constante B puroFraccin molar de Ax, y*01A puropApB12Puntos de burbujaPuntos de rocoLas mezclas de lquido y vapor en equilibrio estn en la zona intermedia de las lneas de lquido y vapor saturado, en este estado la mezcla se encuentra a la misma presin y temperatura en ambas fases, lo cual es representado en el diagrama a temperatura constante por una lnea horizontal (a presin constante) que une el vapor y el lquido saturado a las condiciones dadas, estas lneas son llamadas lneas de unin tal como la lnea que une los puntos 1 y 2.

Una mezcla que se encuentra en el punto 3, tendr un lquido con la composicin del punto 1 y un vapor con la composicin del punto 2 en equilibrio, y la composicin de 3 ser la composicin ponderada para toda la mezcla.

La cantidad de materia presente en cada fase en el estado 3 se relaciona geomtricamente en el diagrama de la siguiente forma:(moles en 1/moles en 2)=(lnea 3-2/lnea 1-3)

moles en 1moles en 23-21-3=Presin3LquidoVapor

Figura 3. Diagrama de equilibrio a temperatura constante 38Equilibrio a Temperatura constanteConsidrese una solucin en el punto 6 contenida en un recipiente cerrado que permanece siempre a la misma temperatura a pesar de cualquier cambio de presin. La solucin estar como liquido comprimido. Si se reduce la presin de dicha mezcla, esta se mover desde el punto 6 a travs de una lnea vertical de composicin constante hasta el punto 5, en donde se genera la primera burbuja de vapor (por eso a la curva superior se le denomina curva de presin del punto de burbuja) que tendr la composicin del punto 7.

Si se continua reduciendo la presin, la mezcla se seguir moviendo a travs de una lnea vertical pasando por distintas lneas de unin hasta llegar al punto 4.

B puroFraccin molar de Ax, y*01A puropApB128VaporLquidoPuntos de burbujaPuntos de roco456Presin739

Figura 3. Diagrama de equilibrio a temperatura constante En este punto se encuentra la curva de vapor saturado, momento en el cual la ultima gota de liquido, cuya composicin esta en el punto 9, se evapora.

39Equilibrio a Temperatura constanteCuando se continua reduciendo la presin de la mezcla, se llega hasta el punto 8 en donde esta se encuentra como vapor sobrecalentado.

Desde el punto 8 podemos llevar a cabo el proceso inverso, presionando la mezcla. Entonces en 4 se formar la primera gota que tendr una composicin ms rica de la sustancia menos voltil, la cual ser la del punto 9. Esta formacin de gotas de roco da el nombre a la curva a la que pertenece el punto 4: curva de temperatura de punto de roco.

B puroFraccin molar de Ax, y*01A puropApB128VaporLquidoPuntos de burbujaPuntos de roco456Presin739

Figura 3. Diagrama de equilibrio a temperatura constante 40

Sistemas no-ideales Sistema idealSistemas azeotropicos Curvas de Equilibrio Liquido Vapor (VLE)42Columnas de Destilacin

Zona derectificacinZona de despojo

Condensacin ParcialCondensacin Total43Dispositivos de contactoGeneralmente los equipos de contacto lquido-vapor son cascadas verticales a contracorriente, en donde el vapor (V) asciende a travs del equipo, mientras que el lquido (L) hace lo contrario.La numeracin de la etapas se hace en la direccin del flujo de lquido.Si se toma la n-esima etapa, la etapa arriba de sta ser la n-1 y la inferior ser la n+1.

Cada flujo y composicin dentro del sistema es identificado, colocndole el subndice de la etapa de la cual provienen.123n-1nn+1VnynVn+1yn+1Ln-1xn-1LnxnLquidoVapor44Dispositivos de contactoEl flujo de lquido que entra a la etapa 1, es denominado L0, en virtud de la suposicin de que viene de una etapa cero hipottica.La ltima etapa es denominada como la etapa N y es donde el lquido abandona la cascada. La etapa anterior a sta ser la N-1.El vapor que entra a la cascada proviene de un etapa supuesta N+1 y sale del sistema por la etapa 1.NN-1N-2123n-1nn+1VnynVn+1yn+1Ln-1xn-1LnxnL0x0V1y1VN+1yN+1LNxN45Calculo de Lneas de OperacinLa lnea de operacin de un equipo de contacto de mltiple etapa se representa en un diagrama x vs y. Esta une los puntos de composicin del vapor entrante (yn+1) y el lquido saliente (xn) de cada una de las etapas de la cascada.

Si los flujos de lquido y vapor son constantes a travs de toda la cascada, la lnea de operacin es una recta con pendiente L/V. Con interseccin en y = y1 - (L/V)x0.xnyn+1Lnea deoperacinxy46Calculo de Lneas de OperacinLa lnea de operacin de un equipo de contacto de mltiple etapa se representa en un diagrama x vs y. Esta une los puntos de composicin del vapor entrante (yn+1) y el lquido saliente (xn) de cada una de las etapas de la cascada.xnyn+1Lnea deoperacinLnea deequilibrioxyLVY = y1 - (L/V)x0(x0 ,y1)(xN,yN+1)Si los flujos de lquido y vapor son constantes a travs de toda la cascada, la lnea de operacin es una recta con pendiente L/V. Con interseccin en y = y1 - (L/V)x0.La lnea de operacin tiene como puntos extremos las coordenada (x0,y1) y (xN,yN+1).Se puede representar en este mismo diagrama la curva de equilibrio, que si se trata de un proceso de destilacin, estar por encima de la lnea de operacin47Calculo de Lneas de OperacinSi el lquido que sale del plato n con composicin xn est en equilibrio con su vapor, ste ltimo tendr una composicin y*, la cual se muestra en la lnea de equilibrio en el punto 2.

xnyn+1y*Lnea deoperacinLnea deequilibrioxy12Se puede ver que la concentracin del vapor en equilibrio que sale de la etapa es mayor que la del vapor que entra a la misma. Lo que significa que se est enriqueciendo en la sustancia ms voltil.La fuerza impulsora para la transferencia de masa, es la diferencia entre la composicin del vapor en equilibrio y la composicin del vapor correspondiente a una determinada posicin en la cascada (y* - yn+1)La posicin en la cual se encuentren estas dos lneas, determina el sentido de la transferencia de materia y el nmero de etapas necesarias para una separacin. La lnea de operacin puede tener menos pendiente que la lnea de equilibrio, existiendo an enriquecimiento progresivo del vapor.48Determinacin Grfica No. Etapas en Equilibrio Es posible determinar grficamente (para un sistema binario), el nmero de etapas de equilibrio necesarias para disminuir la concentracin del compuesto ms voltil en el lquido (desde xa hasta xb), o equivalentemente aumentarla para el vapor (desde ya hasta yb).Axa=x0xbyaByb = y1Curva deequilibrioLnea deoperacinEn un proceso en donde la transferencia de masa va de la fase lquida a la de vapor (como la destilacin) la lnea de operacin est por debajo de la lnea de equilibrio. Y sus puntos extremos sern las composiciones que se quieren alcanzar, los puntos A y B.

De la etapa 1, que es la superior, saldr el vapor con la composicin final deseada (yb) que por nomenclatura ser tambin y1.

Mientras que a la misma etapa entra el lquido con la composicin inicial xa o x0. El punto A muestra las composiciones de las dos fases para esta posicin de la cascada.49Determinacin Grfica No. Etapas en Equilibrio Trazando una lnea horizontal desde el punto q, se encuentra x2, que con y2 forman las coordenadas del punto r, el cual representa las fases en equilibrio salientes de la etapa 2.Una lnea vertical desde r hasta la lnea de operacin nos conduce a encontrar el punto s, con coordenadas (x2, y3).De esta manera se tiene el segundo escaln, formado por q, r y s, correspondiente a la segunda etapa de la cascada).

De igual forma se construye el tercer escaln, que llega hasta el punto B. Por ende con tres etapas se alcanza la composicin de lquido deseada, constituyndose esta etapa en la ltima de la cascada (N=3).Como se puede observar las coordenadas del punto B tambin pueden ser escritas como (x3, y4) o (xN, yN+1).Axa=x0xb=x3=xN=y4=yN+1Byb = y1x1pqy2rx2sy3tCurva deequilibrioLnea deoperacinEtapa2Etapa350FRACCIONAMIENTOEl trmino rectificacin continua o fraccionamiento se refiere a la operacin de destilacin continua de mltiple etapa con reflujo, diseada para obtener productos de mayor pureza que los conseguidos en una operacin continua de etapa simple. Generalmente, para una solucin binaria es posible separar mediante este mtodo sus componentes y recuperarlos en el grado de pureza deseado. El problema consiste en determinar el nmero de etapas necesarias para ello. Para calcular las etapas se utilizan :

Ponchon Savarit (grafico)

McCabe - Thiele (grafico)

Sorel (analtico)

51McCabe - ThieleEl mtodo de McCabe - Thiele es un procedimiento grfico de clculo etapa a etapa de la destilacin continua de sistemas binarios.

No requiere de informacin detallada de entalpa, lo que lo convierte en una rutina no rigurosa.

Es til para el clculo de muchas separaciones (excepto cuando las prdidas de calor o los calores de solucin son extremadamente grandes).

Los balances de energa son usados nicamente para hallar las cargas trmicas de los equipos de transferencia de calor.

La aproximacin principal que se hace para su implementacin, es que las lneas de operacin correspondientes a cada seccin de la torre (enriquecimiento y agotamiento) son rectas.52El enfoque de McCabe-Thiele es grfico, y utiliza el diagrama de VLE para determinar el nmero etapas terico requeridas para efectuar la separacin de una mezcla binaria. Asume una inundacin molar constante y esto implica : El calor molal de vaporizacin de los componentes son aproximadamente iguales.Efectos del calor (calor de solucin, prdidas de calor de y desde la columna, etc.) sea insignificantePor cada mol de vapor condensado, 1 mol de lquido se vaporiza. McCabe - Thiele53El procedimiento de diseo es simple. Dado el diagrama de VLE de la mezcla binaria, las lneas de operacin se dibujan primero.Las lneas de operacin definen las relaciones del equilibrio entre las fases lquido y vapor en la columna.Hay una lnea de operacin para la seccin inferior de la columna (stripping), y para el tope (rectificacin o enriquecimiento) la seccin superior de la columna.El uso de la asuncin de inundacin molar constante tambin asegura que las lneas de operacin sean lneas rectas. McCabe - Thiele54Lnea de Operacin para la Seccin de Rectificacin

Se construye como sigue:McCabe - Thiele55

Lnea de Operacin para la Seccin de DespojamientoSe construye como sigue:McCabe - Thiele56Lnea de Operacin para la Seccin de DespojamientoSe construye como sigue:Lnea de Carga (q-line). Depender del estado de la alimentacin, la lnea de alimentacin tendr diferentes pendientes. Por ejemploq = 0 (vapor saturado). q = 1 (liquido saturado) .0 < q < 1 (mezcla de liquido y vapor) .q > 1 (liquido subenfriado).q < 0 (vapor sobrecalentado). McCabe - Thiele57La condicin de alimentacin ser considerada para plotear la lnea de alimentacin.La condicin de alimentacin determinara la diferencia de las velocidades de flujo del lquido y el vapor entre la zonas de rectificacin y de despojamiento de la columna.La primera porcin dela lnea de alimentacin es dibujada verticalmente desde la composicin de alimentacin hasta la lnea Y=X.

McCabe Thiele : Lnea de Alimentacin58Alimentacin lquido Fro.La temperatura de alimentacin es menor que la temperatura de burbuja que del liquido de alimentacin. La lnea de alimentacin tendr gradiente positiva, la cual es determinada por un balance de calor.

McCabe Thiele : Lnea de Alimentacin59Alimentacin en el punto de burbuja.Toda la alimentacin desciende en la columna.La lnea de alimentacin tendr una gradiente infinita (vertical).

McCabe Thiele : Lnea de Alimentacin60Alimentacin entre el punto de burbuja y el punto de roco.Algo de la alimentacin se une al lquido y algo se une al vapor. Las cantidades se determinaran por un balance de calor y un calculo flash.La lnea de alimentacin tendr una gradiente negativa.

McCabe Thiele : Lnea de Alimentacin61Alimentacin en el punto de roco.La alimentacin es un vapor y todo se une al vapor que sube en la columna.La lnea de alimentacin tendr una gradiente cero (horizontal).

McCabe Thiele : Lnea de Alimentacin62Vapor Sobrecalentado.La alimentacin es un vapor sobrecalentado y todo se une al vapor que asciende en la columna, tambin se evaporara algo del lquido sobre el plato de alimentacin.La gradiente de la lnea de alimentacin es determinada por un balance de calor y es positiva

McCabe Thiele : Lnea de Alimentacin63Para ejemplo asumiremos que la alimentacin esta entre el punto de burbuja y de roco.La lnea de alimentacin tendr un slope negativo.

McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio64El siguiente paso es plotear la lnea de operacin para la zona de rectificacin de la columna. Esta es la zona encima del plato de alimentacin.La lnea de operacin representa la composicin del liquido y el vapor a lo largo de la columna. La lnea de operacin de la zona de rectificacin se determina por un balance de masa entre un plato en al zona de rectificacin y el producto de tope como se muestra en la figura.

McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio65La lnea de operacin pasa a travs de los puntos.Composicin del producto de tope (xD , xD) e intercepta sobre el eje Y (0, xD/(R+1))Estos puntos son ploteados y la lnea de operacin de la zona de rectificacin se dibuja a travs de ellos. Si la relacin de reflujo se conoce entonces la lnea de operacin se puede dibujar.

McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio66Luego se plotea la lnea de operacin para la zona de despojamiento.

McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio67

La lnea de operacin de la zona de despojamiento pasara por los puntos de intercepcin de la lnea de operacin de rectificacin y la de alimentacin y el punto (xB , xB).McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio68

Se construye la lnea de operacin de la zona de despojamiento.McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio69

El paso final es determinar el numero de etapas de equilibrio requeridos.

La separacin requiere de seis etapas de equilibrio. Para encontrar el numero real de etapas, este valor es dividido por la eficiencia de etapa. McCabe Thiele : Etapas de Equilibrio70BASES DE DISEO PARA COLUMNAS DE DESTILACION71Principales Componentes de la Columna de Destilacin

Una coraza vertical donde la separacin de componentes lquidos se lleva a cabo. Columna interna ejm. Platos y/o empaques el cual es usado para mejorara la separacin de componentes.Un reboiler para proveer la vaporizacin necesaria para el proceso de destilacin.Un condensador para enfriar y condensar el vapor del tope de la columna.Un drum de reflujo para contener el vapor condensado del tope de la columna para poder reciclar el lquido (reflujo) de nuevo a la columna. 72Son placas horizontales, situadas en la columna a intervalos regulares, que retienen parte del lquido descendente, formando una capa de varios centmetros de espesor, a travs de la cual fluye, en sentido ascendente, el vapor que atraviesa el plato por multitud de aberturas practicadas en ste, denominadas campanas, cuyo diseo sta pensado para que sea mxima la superficie de contacto entre el lquido y el vapor que lo atraviesa, rompiendo el sello hidrulico (burbujeo).

Bandejas y Platos 73La clasificacin de los platos se hace en funcin del diseo de las aberturas destinadas al paso de los vapores. Los tipos ms usuales son Platos de Copa de Burbujeo

Tipos de Platos74Platos de Vlvula

Tipos de Platos75Otros Tipos

Platos Perforados Son muy econmicos pero de baja flexibilidad.Son variantes de los platos de campana, pero de construccin ms sencilla y econmica.

Uniflux Montz Tipos de Platos76Platos sin bajantesLos ms conocidos son los Ripple-tray y Turbogrid.

Ripple-tray TurbogridTipos de Platos77

Las siguientes figuras muestran la direccin del flujo del liquido y el vapor a travs de un plato, y a travs de una columna.

Flujo de Liquido y Vapor en una Columna de Platos78

Siendo ms ligero, el vapor fluye encima de la columna y se fuerza para pasar a travs del lquido, va las aberturas en cada bandeja. El rea que permite el paso del vapor en cada bandeja se llama rea activa de la bandeja. Flujo de Liquido y Vapor en una Columna de Platos79Empaques son dispositivos pasivos que se disean para aumentar el rea interfacial para el contacto lquido vapor.

Empaques80 Proporcionar una superficie interfacial grande entre el liquido y el gas. Poseer las caractersticas deseables del flujo de fluidos. Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se estn procesando. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fcil manejo y la instalacin. Tener bajo precio. Caractersticas de Empaques81Tipos de EmpaquesRandomEstructurado

Pall rings ( Koch)

CRM TM rings ( Glitsh)

IMTP Silla ( Norton)

Flexisaddle Silla ( Koch)

Mellapack ( Sulzer)

Tipo Grid ( Glitsh )

Distribuidor por gravedad ( Norton )82Una vez elegido el tipo de plato a utilizar (campanas, vlvulas, etc) mediante consideraciones de tipo econmico u operacional, es necesario determinar una serie de caractersticas propias de la columna, tales como: Espaciamiento entre platos Dimetro de la columna Prdida de carga del plato, etc. Normalmente, la casa constructora de los platos es quien se ocupa de todos estos clculos, sin embargo, es interesante comentar algunas nociones bsicas. Dimensionando Columnas de Destilacin83Espaciamiento entre platos

El espaciamiento entre los platos se escoge con base en la facilidad para la construccin, mantenimiento y costo; posteriormente se verifica para evitar cualquier inundacin y arrastre excesivo del lquido en el gas.

Se han usado espaciamientos de 15 cm. (6 in). Para todos los dimetros, excepto para los dimetros ms pequeos de la torre, parece que 50 cm. (20 in) es un mnimo aceptable desde el punto de vista de la limpieza de los platos.VALORES RECOMENDADOS84Es funcin del caudal de vapor. Para su clculo se utiliza la ecuacin de Sauders y Brown:

Donde:V = Carga total de vapor a la columna, ft2/seg.C = Constante adimensional que depende del espaciamiento entre platos.pL = Densidad del lquido (P, T) pV = Densidad del vapor (P, T) Dimetro de la columna2/1)/(14=VLCVDrrp85Es funcin fundamentalmente del caudal de vapores a travs del mismo.Se admiten como valores aceptables los comprendidos entre 4 y 20 g/cm2.Es funcin de la prdida de carga admisible especificada para la columna, el diseador deber calcular la relacin de orificios por unidad de superficie.Prdida de carga del plato

86* P2* P1P plato seco =expresado en pulgadas de lquido claro

P hidrulico = en el plato, expresado en pulgadas de lquido.

K = coeficiente del orificio; 0.3 para platos perforados y 0.6 a 0.95 para platos de vlvulasDv = Densidad del vapor, lb / pie3DL = Densidad del lquido, lb / pie3Vg = velocidad del vapor a travs de los orificios del plato, pies/sAF = Factor de aireacin, tpicamente es 0.5WH = altura del vertedero, en plgGPM = flujo de lquido del plato, en GPM.WL = longitud del vertedero en pulgadasPtotal = P plato seco + Phidrulico ( Normal de 4 y 20 g/cm2)

Pplato seco = K*( Dv / DL )* Vg2Phidrulico = AF * WH +0.4*(GPM / WL)0.67 Prdida de carga del plato

87 Las principales variables de operacin son:a) Caudal de reflujob) Aportacin de calor por el reboilerc) Presin en el acumulador de reflujod) Variaciones en la carga a la columna Caudal Temperatura Altura de la alimentacin ComposicinEsta ltima variacin es independiente del operador y, por tanto, no manipulable. VARIABLES DE OPERACIN DE UNA COLUMNA88Se define como punto de corte la temperatura a la que, sobre la curva TBP, se obtiene el rendimiento deseado en un determinado producto. Es decir, si se pretende obtener un 50% de Destilado, y este rendimiento corresponde sobre la curva TBP de la alimentacin a una temperatura de 90C, se dir que el punto de corte deseado es 90C. PUNTO DE CORTE89El establecer un punto de corte, no implica ningn grado de calidad en los productos, este vendr definido por el fraccionamiento. La figura siguiente ilustra este concepto:

PUNTO DE CORTE90Es la que condiciona la mayor o menor presencia, de componentes ligeros en el Residuo y de pesados en el Destilado. Por tanto, para el anlisis de la operacin de una columna se pueden establecer, en principio, tres posibles formas de definir la calidad del fraccionamiento: La composicin de los dos productos es conocida Slo la composicin de uno de los productos es conocidaNo se conoce ninguna de las composicionesCALIDAD DEL FRACCIONAMIENTO91

GAP/OVERLAP

92Mtodo de destilacinSeparacin entre los productosGap FASTM D8695% Light Cut 5% Heavy CutGasolina / Kerosene20 a 40ASTM D8695% Light Cut 5% Heavy CutKerosene / Diesel 210 a 20ASTM D8695% Light Cut 5% Heavy CutDiesel 2 / Gasleo pesado0 a 10 ( overlap)ASTM D116090% Light Cut 10% Heavy CutGasleo de vaco / Destilado de vaco10Calidad de Separacin93Dan una idea de la calidad del producto extrado, correspondiendo a la temperatura de burbuja del mismo bajo su presin parcial.A presin fija, una mayor temperatura indicar un producto ms pesado y viceversa. No hay que olvidar, sin embargo, la accin posterior del stripping. Temperatura de Extraccin94

Perfil de Temperaturas de la Columna Atmosfrica95Con el fin de poder cumplir las especificaciones de inflamabilidad de los productos comerciales, es necesario someter a las extracciones laterales de la columna a un proceso de destilacin con arrastre por vapor, que elimine los ligeros indeseables. En el caso del fondo de la columna, este arrastre con vapor cumple un doble cometido. LOS STRIPPERS LATERALES Y EL FONDO DE LA COLUMNA96

El efecto conseguido es el de un agotamiento de la carga a la misma, dando como resultado unos vapores que se devuelven a la columna principal y un lquido de fondo que cumple la inflamabilidad especificada. Strippers Laterales 97

Eficacia del stripping con vapor98Para los stripper laterales, el valor ptimo de la inyeccin ser el mnimo que consiga la inflamabilidad deseada. Este valor suele situarse entre 433 y 866 libra/1000 Bl. Para cada tipo de alimentacin al Stripper existe una curva distinta, conservando siempre la misma forma bsica. De ah, que se pueda afirmar la inoperancia de sobrepasar determinados lmites en la inyeccin de vapor de stripping. Eficacia del stripping con vapor99Se trata en esencia de un stripper. De la operacin del mismo depende el reflujo interno en la zona comprendida entre la alimentacin y la tercera extraccin, tal como se demuestra a continuacin

Fondo de la Columna Atmosfrica100En el caso del fondo de la Columna Atmosfrica, el ptimo ser aquel que d lugar al reflujo interno, "overflash; suficiente para conseguir el mximo agotamiento. Lgicamente, este valor deber encontrarse en la zona definida como "ptimo de operacin". De hecho la inyeccin al fondo suele situarse entre 860 y 1730 Lb/1000Bl, siendo el lmite mximo de la zona ptima de operacin del orden de 2,160 Lb/1000Bl. Eficacia del stripping con vapor

101En diseo todos los stripper presentan una relacin de 1,730 Lb/1000Bl. Cabe destacar, por ltimo, que la accin del stripping se refleja de forma directamente proporcional a la revaporizacin sobre la temperatura del 5% de la curva ASTM del producto efluente, ligada a su vez con la inflamabilidad. Eficacia del stripping con vapor

102Este reflujo interno es, a su vez, generado por la eliminacin de calor (y consiguiente condensacin), en los vapores de cabeza. Sin embargo, en el caso de una columna atmosfrica, la aplicacin de este principio llevara a unos trficos de lquido y vapor enormes en la zona superior de la columna, obligando, por tanto, a un diseo de dimetro creciente para la misma.Con el fin de evitar este inconveniente, aparecen los reflujos circulantes, cuyo papel es eliminar calor a distintos niveles de la columna, desahogando as la zona de cabeza. REFLUJOS EXTERNOS103Consiste en el lquido procedente del Acumulador de Reflujo Caliente, generalmente. Es posible controlar su temperatura mediante la oportuna mezcla con lquido procedente del Acumulador de Reflujo Fro.Sin embargo, es conveniente no hacerlo, ya que el ideal termodinmico sera aquel en que el reflujo se encontrase a una temperatura inferior en un infinitsimo a la del plato de recepcin del mismo, ya que de esta manera no se produciran condensaciones indiscriminadas, mejorando, por tanto, el fraccionamiento. Reflujo de Tope

104Consiste en una parte del producto lquido procedente del plato de 2 Extraccin, que antes de ser strippado cede calor en varios intercambiadores y retorna a la columna sobre un plato situado por encima del de extraccin.Su efecto es el de eliminar de la columna el calor necesario para que el caudal de reflujo de cabeza no supere ciertos lmites, que podran dar lugar a inundaciones. Reflujo Circulante

105La relacin ptima entre los dos reflujos de la columna estudiados ser aquella que rena el mximo poder de fraccionamiento y la mayor cantidad posible de calor recuperado a alto nivel trmico.Habitualmente esta relacin est en el orden de 2 a 1 (Reflujo de Tope / Reflujo Circulante), sin embargo, vara con las caractersticas de la alimentacin (ZF, ZT) y con la presin del sistema. Relacin entre ambos reflujos106Puntos de Ebullicion de Hidrocarburos

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108TextoTextoTextoTextoTextoTextoTextoTexto