DESTILACION
1
PRINCIPIOS GENERALES
ETAPAS REQUERIDAS PARA EFECTUAR LASIMULACION DE UNA COLUMNA DE DESTILACION
1) DETERMINAR EL FLUJO DE ALIMENTACION Y SUCOMPOSICION
a) ANALISIS CROMATOGRAFICOb) OBTENER UN ENSAYO DE LABORATORIO PARA
LA ALIMENTACION O BIEN DE LOS PRODUCTOS
2) FIJAR CONDICIONES DE OPERACION:
a) TEMPERATURAS, PRESIONES, RELACION DEREFLUJO, CARGAS TERMICAS
b) EN CASO DE DISEÑO, UN METODO CORTOPUEDE SER DE MUCHA AYUDA
3) DETERMINAR LA SEPARACION DE LOSPRODUCTOS:
a) ANALISIS CROMATOGRAFICO DE LOSPRODUCTOS
b) FRACCIONAMIENTO DE PRODUCTOS (GAPS YOVERLAPS)
c) CUANDO SEA POSIBLE DETERMINAR LOSCOMPONENTES CLAVES (LIGERO Y PESADO)
DESTILACION
2
PRINCIPIOS GENERALES (CONT'N)
UN ANALISIS DE UNA COLUMNA EXISTENTEPUEDE SER DE MUCHA AYUDA EJEMPLO:
% RECUPERADOCOMPONENTE NBP °F DEL DESTILADO
1 30 100 2 44 100 3 50 100 4 70 95 CL LIGERO 5 95 50 6 115 5 CL PESADO 7 160 0.01 8 180 0 9 200 010 220 0
4) ESPECIFICANDO LA COLUMNA
a) DETERMINE EL NUMERO DE PLATOS TEORICOS.- PARA CHEQUEO, MULTIPIQUE LA EFICIENCIA
DE PLATO A LOS PLATOSACTUALES
- PARA DISEÑO, SUPORGA UN NUMERO DEPLATOS TEORICOS
(LOS METODOS CORTOS PUEDEN SER MUYVARIADOS EN LA DETERMINACION DE LOSPLATOS TEORICOS REQUERIDOS )
b) LOCALIZAR LA(S) ETAPA(S) DE ALIMENTACIONc) LOCALIZAR CALENTADORES Y ENFRIADORES EN
LA COLUMNA
DESTILACION
3
PRINCIPIOS GENERALES (CONT'N)
5) CALCULO HIDRAULICO DE LA COLUMNA
a) CHEQUEO
SUMINISTRAR LOS DETALLES DE PLATOS YBAJANTES PARA DETERMINAR LASINUNDACIONES Y CAIDAS DE PRESION
b) DISEÑO
SUMINISTRAR CARGAS HIDRAULICAS YDETERMINE DIAMETRO DE LOS PLATOS,NUMERO DE PASOS, DETALLES DE PLATOS, ETC.
c) METODOS COMUNES PARA EVALUAR Y DISEÑARCOLUMNAS:
KOCH (EL METODO MASCONSERVADOR)
GLITCH (EL SIGUIENTE METODO MASCONSERVADOR)
NUTTER (EL METODO MAS OPTIMISTICO)
MANUALES DE DISEÑO DE LOS METODOSANTERIORES ESTAN DISPONIBLES EN OFICINASDE VENTA Y/O REPRESENTACION DE LOSFABRICANTES A QUIEN LOS SOLICITE.
DESTILACION
4
GRADOS DE LIBERTAD
PARA CADA ESPECIFICACION QUE SE REQUIERA ALCANZAR(VARIABLE INDEPENDIENTE), DEBE ESTAR RELACIONADACON UNA VARIABLE QUE PUEDA SER CALCULADA (VARIABLEDEPENDIENTE)
VARIABLES TIPICAS EN CULUMNAS DE DESTILACION
CARGAS TERMICASREHERIVADOR Y CONDENSADOR ENFRIADORESY/O CALENTADORES LATERALES.
EXTRACCIONES
EXTRACCIONES LATERALES DE VAPOR Y/OLIQUIDOS DESTILADO LIQUIDO EN COLUMNA CONAMBOS PRODUCTOS EN EL DOMO (CIMA), ESTO ES,DESTILADO LIQUIDO Y DESTILADO VAPOR.
ALIMENTACIONES
VAPOR DE AGOTAMIENTO ACEITE POBRE PARAABSORSION
ESPECIFICACINES TIPICAS EN COLUMNAS DE DESTILACION
COMPOSICION DE LOS PRODUCTOSTEMPERATURAS Y FLUJOS EN PLATOSFLUJO DE PRODUCTOS (PRODUCCION)RELACION DE REFLUJOPROPIEDADES DE PRODUCTOSDENSIDAD, PESO MOLECULAR, VISCOSIDAD, ETC.PUNTOS DE DESTILACIONES ASTM O TBP
DESTILACION
5
ESPECIFICACIONES TIPICAS
DEETANIZADORA
ESPEC'S: RECUPERACION DE C3C2/C3 EN FONDOS
VARIABLES:CARGA TERMICA ENCONDENSADOR YREHERVIDOR
DEBUTANIZADORA
ESPEC'S: nC4 EN FONDOSiC5 EN DOMOS (CIMA)
VARIABLES:CARGA TERMICA ENCONDENSADOR YREHERVIDOR
DEPROPANIZADORA
ESPEC'S: RECUPERACION DE C3iC4 EN FONDOS
VARIABLES:CARGA TERMICA ENCONDENSADOR YREHERVIDOR
SEPARADOR DENAPHTHA
NAPHTHA PESADA
NAPHTHA LIGERA
ESPEC'S: D86 95% DE Lt. NAPHTHAD86 5% DE Hvy. NAPHTHA
VARIABLES:CARGA TERMICA ENCONDENSADOR YREHERVIDOR
DESTILACION
6
ESPECIFICACIONES TIPICAS (CONT'N)
AGOTADOR EN UNAPLANTA DE GAS DE UNA
FCC
ESPEC'S: C2 EN FONDOS
VARIABLES:CARGA TERMICA ENREHERVIDOR
CONDENSADOR PARCIAL
iC4
ESPEC'S: C2 EN FONDOS
VARIABLES:CARGA TERMICA ENREHERVIDOR
DE-ISO BUTANIZADORAEN UNA PLANTA DE
ALQUILACION
iC4
nC4
ALQUILADO
ESPEC'S: PUREZA DE iC4PUREZA DE nC4RVP DEL ALQUILADO
VARIABLES:FLUJO DE EXTRACCIONDE nC4CARGAS TERMICAS ENREHERVIDOR YCONDENSADOR
DESTILACION
7
EFICIENCIA DE PLATO
NO SE HAN DESARROLLADO MODELOS GENERALIZADOSPARA EL CALCULO DE LA EFICIENCIA DE PLATOS, LOSCUALES NOS DEN PREDICCIONES ADECUADAS DE TODAS LASCOLUMNAS.
LAS EFICIENCIAS DE PLATO DEBEN SER DETERMINADASMEDIANTE EL USO DE:
FACTORES DE EXPERIENCIA
JUICIO EDUCADO
EFICIENCIA GLOBAL CONTRA EFICIENCIA LOCAL
GLOBAL = No. DE PLATOS TEORICOS No. DE PLATOS REALES
LOCAL:- LAS EFICIENCIAS VARIAN DE PLATO A PLATO- EL VAPOR EN EQUILIBRIO ES MODIFICADO- UN EJEMPLO DE ESTE ULTIMO ES EL
METODO DE "MURPHEE"
DESTILACION
8
EFICIENCIA DE PLATOS ( CONT'N)
EFICIENCIAS EN DIFERENTES TIPOS DE PLATOS:
LOS DATOS OBTENIDOS DE PLANTA NO SON LOSUFICIENTEMENTE BUENOS COMO PARA DISTINGUIRDIFERENCIAS EN LA EFICIENCIA DE PLATO LAS CUALESSEAN IMPUTABLES A LAS DIFERENCIAS O TIPOS DEPLATOS.
INCENTIVOS PARA EL CAMBIO DE PLATOS:
SU COMPORTAMIENTO OPERACION A BAJAS CARGAS.CAIDA DE PRESIONPROBLEMAS MECANICOSCOSTOCORROSIONAUMENTO DE CAPACIDAD
DESTILACION
9
DETERMINACION DE EFICIENCIAS DEPLATO
DATOS REQUERIDOS
a) PLANOS ACTUALIZADOS DE LA COLUMNA
- DIAGRAMA DE FLUJO- DIAGRAMAS DE TUBERIA E INSTRUMENTACION- DIAGRAMAS MECANICOS- DIAGRAMAS DE LOS INTERNOS
b) ANALISIS CONFIABLES
- ALIMENTACION- PRODUCTOS
c) MEDICIONES CONFIABLES
- REFLUJO- CARGATERMICA REHERVIDOR
SECCION DE RECTIFICACION
SECCION DE AGOTAMIENTO
DESTILADO
PRODUCTO DE FONDOS
DESTILADOVAPOR
REHERVIDOR
CONDENSADOR
DESTILACION
10
DETERMINACION DE EFICIENCIAS DEPLATO (CONT'N)
PROCEDIMIENTO:
1) SUPONGA UNA EFICIENCIA GLOBAL DE PLATO ENTODA LA COLUMNA Y CONSTRUYA EL ESQUEMA DEPROCESO EN "HYSYS", (INICIALMENTE SUPONGA LAMISMA EFICIENCIA EN AMBAS SECCIONES DE LACOLUMNA).
2) EFECTUE LAS SIMULACIONES RESPECTIVAS HASTAALCANZAR LAS SEPARACIONES OBTENIDAS ENPLANTA, CHEQUE EL REFLUJO Y/O LA CARGATERMICA DEL REHERVIDOR.
3) SI EL REFLUJO O CARGA TERMICA DEL REHERVIDORES BAJO, REDUSCA EL NUMERO DE ETAPAS EN ELESQUEMA DE PROCESO.
4) PARA UN MEJOR ACERCAMIENTO, ESPECIFIQUE LASEPARACION DEL COMPONENTE CLAVE LIGERO YFIJE EL REFLUJO, CHECAR LA SEPARACION DELCOMPONENTE CLAVE PESADO.
SI LA COMPOSICION CLAVE PESADO ES MUYALTO EN LOS DOMOS (CIMA), BAJE EL PLATO DEALIMENTACION SI LA COMPOSICION DELCOMPONENTE CLAVE PESADO ES MUY BAJASUBA EL PLATO DE ALIMENTACION.
5) VUELVA A LA ETAPA 2 SI ES NECESARIO.
DESTILACION
11
EFICIENCIAS GLOBALES DE PLATO
TIPO DE COLUMNA No. DE PLATOS EFICIENCIA REALES TIPICOS (PLATOS TEORICOS)
ABSORBEDOR/AGOTADOR 15-25 20-30AGOTADOR LATERAL (VAPOR) 4-6 (2)AGOTADOR LATERAL (CALOR) 6-8 (3-4)ABSORBEDOR CON CALOR 25-40 45-55DEETANIZADORA 30-35 65-70DEPROPANIZADOR 35-40 70-80DEBUTANIZADORA 38-45 85-90ALKY DE ISOBUTANIZADORA 75-90 85-90(REFLUJADA)ALKYL DE ISOBUTANIZADORA 55-70 55-65(SIN REFLUJO)SEPARADOR DE NAPHTHA 30-35 70-75SEPARADOR DE C2 110-130 95-98SEPARADOR DE C3 200-250 95-98SEPARADOR DE C4 70-80 85-90ENDULZAMIENTO DE GAS CON 20-24 (4-5)AGOTADOR DE AMINA 20-24 (9-12)
COLUMNAS EMPACADAS ESTIMADO 1 PLATO TEORICO POR PIE DE EMPAQUE
DESTILACION
12
EFICIENCIAS GLOBALES DE PLATO(CONT'N)
TIPO DE COLUMNA No. DE PLATOS EFICIENCIA REALES TIPICOS (PLATOS TEORICOS)
COLUMNA DE CRUDO 35 - 45 50 - 55 GLOBAL
ZONA DE AGOTAMIENTO ( 1 - 2 )
ZONA DE FLASH-GALOLEO ( 3 - 4 )
GASOLEO - DIESEL ( 4 - 5 )
DIESEL - KEROSENO ( 3 - 4 )
KEROSENO - NAPHTHA ( 4 - 5 )
NAPHTHA - DOMOS ( 6 - 8 )
REFLUJOS - (PUMPAROUND) ( 2 - EXT Y RET)
CRUDO
VAPOR DE AGOTAMIENTO
GAS
GASOLINA
NAPHTA
KEROSENO
DIESEL
GASOLEO ATM
RESIDUO
DESTILACION
13
EFICIENCIAS GLOBALES DE PLATO
TIPO DE COLUMNA No. DE PLATOS EFICIENCIA REALES TIPICOS (PLATOS TEORICOS)
COLUMNA DE VACIO 50 - 55 GLOBAL
SECCION DE AGOTAMIENTO ( 1 - 2 )
ZONA DE FLASH - HVGO ( 2 - 3 )
SECCION DE HVGO ( 2 )
SECCION DE LVGO ( 2 )
CRUDO DESPUNTADO
VAPOR DE AGOTAMIENTO RESIDUO DE VACIO
HVGO
(GASOLEO PESADO DE VACIO)
LVGO
(GASOLEO LIGERO DE VACIO)
NO CONDENSABLES Y VAPOR
COLUMNA DE VACIO
DESTILACION
14
EFICIENCIAS GLOBALES DE PLATO
TIPO DE COLUMNA No. DE PLATOS EFICIENCIA REALES TIPICOS (PLATOS TEORICOS)
FRACCIONADOR PRINCIPAL 24 - 35 50 - 55 GLOBALDE UNA PLANTA FCC
ENFRIADOR DE FONDO ( 1 )
ZONA DE QUENCH ( 1 - 2 )
QUENCH - HGO ( 2 - 3 )
HGO - LGO ( 3 - 4 )
LGO - DOMOS COLUMNA ( 5 - 7 )
EFLUENTE DEL REACTOR
GAS COMBUSTIBLE
AGUA ACEITOSA
GASOLINA NO ESTABILIZADA
REFLUJO
VAPOR DEL DOMODE LA COLUMNA
ACUMULADOR DE REFLUJO
CONDENSADOR
ACEITE CICLICO LIGERO
ACEITE ESPONJA RICO
RESIDUO ATMOSFERICO
VAPOR DE AGOTAMIENTO
ACEITE ESPONJA POBRE
ACEITE CICLICO PESADO
DESTILACION
15
ANALISIS DEL PLATO DE ALIMENTACION(METODO CORTO)
METODO DE HENGSTEBECK
COLUMNA OPTIMIZADA
CARGA TERMICA ENREHERVIDOR ES MINIMA
Ln (X / X )LK HK
DOMO ALIM. FONDO
PLATO
Ln (X / X )LK HK
DOMO ALIM. FONDO
PLATO
Ln (X / X )LK HK
DOMO ALIM. FONDO
PLATO
Ln (X / X )LK HK
DOMO ALIM. FONDO
PLATO
ZONA MUERTA
DESTILACION
16
ALGORITMO DE SOLUCION
METODOLOGIA
EL AGORITMO ES ITERATIVO, E INICIA DESDE UN ESTIMADOINICIAL DE LOS PERFILES DE FLUJO Y TEMPERATURA DE LACOLUMNA.
LA CONVERGENCIA SE ALCANZA CUANDO SE CUMPLE CON:
-BALANCE TERMICO EN TODOS LOS PLATOS.
-EQUILIBRIO DE FASES EN TODOS LOS PLATOS
-QUE SE CUMPLAN TODAS LAS ESPECIFICACIONES FIJAS ALA COLUMNA
METODO "INSIDE/OUT"
VARIABLES INDEPENDIENTES
USA FACTORES DE AGOTAMIENTO (K V/L) EN LUGARDE TEMPERATURAS Y FLUJOS DE CADA ETAPA.
DESTILACION
17
ALGORITMO DE SOLUCION (CONT'N)
DOS LOOPS BASICOS DE CONVERGENCIA
INNER LOOP (LAZO INTERNO)
-UTILIZAR MODELOS SENCILLOS PARA ESTIMARVALORES DE "K" Y ENTALPIAS
-FACTORES DE AGOTAMIENTO Y DE EXTRACCION DEPRODUCTOS COMO VARIABLES ITERATIVAS
-LAS INVERSIONES DE MATRICES SON APROXIMADASDESPUES DE LA SOLUCION RIGUROSA DE UNJACOBIANO
-LOS BALANCES DE CALOR Y EL CUMPLIMIENTO CONLAS ESPECIFICACIONES ES ALCANZADO.
OUTER LOOP (LAZO EXTERNO)
-SE UTILIZAN TODOS LOS PARAMETROS DEPENDIEN-TES DE LA TERMODINAMICA Y SE PRUEBAN PORCONVERGENCIA
-LAS CONDICIONES DE LAS ETAPAS TEORICAS SEPRUEBAN A CONDICIONES DE EQUILIBRIO.
DESTILACION
18
ESTIMADOS INICIALES
1) ESTIMAR LOS FLUJOS DE TODOS LOS PRODUCTOSYA SEA EN MOLES, MASA O VOLUMEN.
NOTA: LOS ESTIMADOS DE LOS PRODUCTOS DE DOMO(CIMA) Y FONDOS DEBERAN SER LO MASCERCANO POSIBLE A LA SOLUCION, YA QUE ESMUY SENSIBLE LA CONVERGENCIA A ESTOSDATOS.
2) ESTIMAR LA RELACION DE REFLUJO O FLUJO DEREFLUJO.
NOTA: UN ALTO ESTIMADO, USUALMENTE ES MEJOR.
3) ESTIMAR LA TEMPERATURA DE PLATOS CLAVECOMO:
- CONDENSADOR - PRIMER PLATO DEL DOMO - PLATO DEL FONDO - REHERVIDOR
4) SUMINISTRAR LA PRESION DEL PRIMER PLATO DELDOMO
5) SUMINISTRAR LA PRESION EN LA ZONA DE FLASHEN COLUMNAS DE CRUDO Y COLUMNAS A VACIO.
DESTILACION
19
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS
PRINCIPALES FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS
1) LAS ESPECIFICACIONES DE LA COLUMNA SONINALCANSABLES O ESTAN EN CONFLICTO.
NOTA: EL INNER LOOP FALLA EN EL I/O(INPUT/OUTPUT) DE LA COLUMNA
2) EL AGUA LIBRE QUEDA ATRAPADA EN PLATOS INTERME-DIOS DE LA COLUMNA.
NOTA: HYSYS OBLIGA AL AGUA A IR AL DOMO (CIMA)DE LA COLUMNA Y ENVIA UN MENSAJE.
3) MODELOS TERMODINAMICOS INAPROPIADOS O ALTAMEN-TE NO IDEALES.
4) ESTIMADOS INICIALES MUY MALOS
- TERMPERATURAS - FLUJOS
DESTILACION
20
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS ( CONT'N)
ESTRATEGIA PARA OBTENER UN DIAGNOSTICO
1) ANTES DE HACER CAMBIOS, CHECAR TODOS LOS DATOSDE ENTRADA
2) NO ESPERE QUE LOS RESULTADOS DE COLUMNAS SINCONVERGER NOS DEN MUCHA INFORMACION.
3) SIMPLIFIQUE EL PROBLEMA SI SE REQUIEREN OBTENERRESULTADOS DE UNA CORRIDA QUE ALCANCE LACONVERGENCIA.
DESTILACION
21
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS (CONT'N)
SINTOMAS Y PROBABLES CAUSAS
1) FLUJOS INTERNOS MUY GRANDES O MUY PEQUEÑOS
CAUSAS: - REFLUJO ESPECIFICADO, MUY BAJO - NO HAY SUFICIENTE EVAPORACION - EXTRACCION DE PRODUCTOS MUY GRANDE - EN INTERCAMBIADORES DE CALOR LATERALES,
DEMASIADA EXTRACCION O ADICION DE CALOR
DEMACIADA EXTRACCIONDE CALOR SECA ELLIQUIDO DEL PLATO No. 3
3
4
5
RECOMENDACION:ESPECIFIQUE LOS FLUJOS EN ZONAS DE BAJO FLUJOPARA OBTENER Y ANALIZAR UNA CORRIDA QUEALCANCE LA CONVERGENCIA
DESTILACION
22
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS (CONT'N)
2) TEMPERATURAS MUY ALTAS EN LA COLUMNA
CAUSAS:
RECUPERACION DEL COMPONENTE CLAVE LIGEROMUY ALTA
FLUJOS DE LOS PRODUCTOS DEL FONDO MUY BAJOS
3) TEMPERATURAS MUY BAJAS EN LA COLUMNA
CAUSAS:
RECUPERACION DEL COMPONENTE CLAVE PESADOMUY ALTA
FLUJOS DE LOS PRODUCTOS DEL FONDO MUY ALTOS
4) PERDIDA DEL DESTILADO LIQUIDO O VAPOR EN UNACOLUMNA CON CONDENSADOR PARCIAL
CAUSAS:
LA TEMPERATURA FIJADA EN EL CONDENSADOR ESMUY ALTA
LA TEMPERATURA FIJADA EN EL CONDENSADOR ESMUY BAJA
DESTILACION
23
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS (CONT'N)
INSUFICIENTE VAPOR EN LA ALIMENTACION PARAGENERAR EL VAPOR DE LOS DOMOS (CIMA) DE LACOLUMNA
5) OSCILACIONES DE LA CONVERGENCIA DE LA COLUMNAMUY CERCANAS A LA SOLUCION
CAUSAS:
LA TERMODINAMICA USADA (ECUACIONES DEESTADOS O METODOS EMPIRICOS PARA LADETERMINACION DEL EQUILIBRIO LIQUIDO VAPOR) ESALTAMENTE NO IDEAL.
LA LOCALIZACION DEL PLATO DE ALIMENTACION ESINCORRECTA
INADECUADO NUMERO DE PLATOS EN LASSECCIONES DE RECTIFICACION Y/O AGOTAMIENTO
6) MULTIPLES SOLUCIONES A UN MISMO PROBLEMA
CAUSAS:
EXISTE UNA ESPECIFICACION QUE NO DEFINE UNASOLA SOLUCION.
DESTILACION
24
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS (CONT'N)
DIAGNOSTICO
FALLA INMEDIATA
Checar laacondiciones detemparatura y
presion
Checar que elplato de
alimentacionexista.
Checar losestimados delos productos
Checar que lasespecificacionesno esten sobrecomp. Que no
existan
Checar la existenciade reflujo en el 1erplato, y agotamientoen el ultimo plato
ERROR EN EL EQUILIBRIO
FALLA OSCILACION
Columna con unsistemaaltamente no
Cambiar el factorde "Damping" a
0.2 a 0.7.Default de 1.0
Variasextracciones
de Agua
Checar latemperatura del
Domo, si esta muyfria, adicionar unaextraccion de agua.
Checar elbalance de
materia
DESTILACION
25
FALLAS EN LA CONVERGENCIA DECOLUMNAS (CONT'N)
DIAGNOSTICO
HEAT AND SPEC ERROR
FALLA
Si no se estaobteniendo la
pureza deseada,adicionar mas
platos
Checar parauna
mejor/peorpureza que la
requerida
Inicia con erroresmuy grandes
Checar los flujosestimados de los
productosEspecificar menoscomponentes en laespecificacion dela columna.
IMPRIMIR PRODUCTOS
OSCILACION
Componentescon un puntode ebullicionmuy cercano
Componentesdando bueltasen la
Adicionaruna
extraccionlateral de
agua
Recommended