destilacion process

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  • BalancedeMateriayEnerga

    Columnasdedestilacin 1de16

    Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniera Qumica

    BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

    Tema:

    Columnas de destilacin

    Profesor:

    Zavaleta Ortiz Jack

    Grupo:

    N9

    Integrantes:

    Ruck Puerta Gisella 030739E Sedano Merlo Deysi 030792C Tolentino Patio Shirley 030759F

    2007

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    INTRODUCCIN

    Enlaindustria,laseparacindecomponentesvoltilesserealizapormedio

    dedestilacin,yaseaencolumnadeplatosoencolumnaempacada,selleva

    acaboparalarecuperacindesubproductosdereaccionesopurificacin.

    En este tipo de operaciones es muy importante el considerar el balance de

    materiales para obtener una operacin estable y calidad de los productos

    deseada.

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    COLUMNASDEDESTILACIN

    FUNDAMENTOS

    Ladestilacines,essuformamssimple,laseparacinporvaporizacindelos componentes de una solucin queresulta de una diferencia de volatilidaddeloscomponentes.

    La destilacin de mltiples etapas, puede ser llevada a cabo en una simplecolumnadeparedmojada,lacualesuncilindroverticalsobrecuyassuperficiesinternas fluyen en contracorriente lquido y vapor. A causa de su limitadasuperficie interfacial, la transferencia de masa es muy limitada. Una de lasformas de obtener una interfase grande consiste en llevar a cabo estaoperacinenunatorrellenadecuerposgeomtricospequeos(empaque)quepermiteelcontactocontinuoentimoentreellquidoysuvapor,aldesplazarseatravsdelamisma contracorriente.

    En la prctica se utilizan gran variedad de materiales para empacar torres,dentrodeestosseencuentran:pedacearadevidrio,piedrasporosas,carbn,empaqueestructurado,oempaquecermico,entrelosprincipales.

    Dentro de los empaques ms conocidos se tienen: anillos rashing, anilloslessing, anillos de particin empaque tipo silla o silla intalox y el empaqueestructurado

    DEFINICIN

    Unacolumnadedestilacinesunaestructuracerradaenlacualserealizalaseparacinfsicadeunfluidoen dos o ms fracciones. Esta separacin se lograsometiendo el fluido a condiciones de presin ytemperaturaapropiadasalolargode lacolumna,demodo de lograr que las fracciones que se buscansepararseencuentrenendosestadosdiferentes.Lafraccin ms pesada (en estado lquido) baja porgravedad, mientras que la ms liviana (en estadogaseoso) sube y se condensa en las partessuperiores. De esta manera se logra un buenintercambioentreambasfasespermitiendolaefectivatransferenciadelapartegaseosadellquidoquebajaalafasegaseosaquesubee,igualmente,delapartelquida que pueda arrastrar la fraccin gaseosa quesubeallquidoquebajacomoseapreciaenlafigura.

    Este mecanismo de transferencia se optimiza al maximizar la superficie decontacto entre ambas fases. En las columnas de destilacin esto se realiza

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    mediantedostiposdeestructurasmecnicasbsicas:lasestructurasdeplatoso bandejas y las estructuras de empaques. Ambas estructuras puedenencontrarseenunamismacolumnadependiendodesudiseoyutilizacin.

    Estructuradeplatos

    En la figura de la derecha se muestra un cortelongitudinaldeunsectordeunatorreconestructurasdeplatosdeunsolobajante.Talcomoseaprecia,losbajantesdelosplatosvanalternndoseaunladoyalotrodela torresucesivamenteobligandoal lquidoarecorrerunlargocaminozigzagueantehacialaparteinferiordelatorre.Elgassedesplazaenladireccincontraria,esdecirhaciaarriba,talcomoloindicanlasflechas y pasa de un plato a la regin del platoinmediatosuperioratravsdeunosductosubicadosen laparteactivadelosmismosdondeserealizaelcontactoentreel lquidoquebajayelgasquesube.Losductospuedensersimplesorificiosoestructurascompuestas por partes rgidas o movibles cuyafuncin es ayudar a impedir el desplazamiento dellquidohaciaabajoatravsdelosductos,facilitandoel transporte del gas hacia arriba de modo de forzarelcontactogaslquidosobrelaparteactivadelplato.Existen platos con dos y tres bajantes cada uno,platos de chimeneas y otros para funcionesespeciales.

    Estructuradeempaques

    Una zona de empaque, est compuesta por un agregado de pequeoselementos de empaque que pueden ser metlicos, cermicos o plsticos yque se acumulan en una regin de la torre donde cumplen la funcin demaximizarelcontactoentreellquidoquebajayelgasquesube.Laszonasempacadas se usan preferentemente en procesos de destilacin al vacodonde se requieren bajas diferencias de presin. Esta acumulacin de laspequeas estructuras en la zona de empaque puede ser ordenada odesordenadadependiendodelafuncinquedebacumplir.

    Desde mediados del siglo pasado los equipos ms utilizados industrialmenteestaban hechos de acero o de otro tipo de metal y recibieron el nombre decolumnasderectificacinocolumnasdedestilacin.Setratadeunequipoqueconstadeuncaldernorehervidor(enelcualsegeneravapor),unacolumnacon platos o con empaques (en la cual se lleva a cabo la rectificacin, alponerselosvaporesencontracorrienteconellquido)yuncondensador(enelcual se condensan los vapores salientes del domo, se regresa parte de eselquido como reflujo y se extrae parte del mismo como un destilado oproductodeldomo),figura3.Enestascolumnas,laalimentacinseefectapor

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    logeneralcercadelcentrodelacolumna.Laparteporarribadelaalimentacinrecibeelnombredeseccinderectificacinodeenriquecimientoylapartedeabajoseccindeagotamiento.

    Elaparatoutilizadoenlaactualidadenladestilacincontinuaestconstituidopor tresequipos integrados: un generador de vapor, rehervidor o caldern, unelemento que pone en contacto vapor y lquido, columna de platos oempacada,yuncondensador,queesuncambiadordecalorenfriadoporaguaoporunrefrigerante(figura3).

    La rectificacin o destilacin continua con etapas y con reflujo puedeconsiderarse, de forma simplificada, como un proceso en el cual se lleva acabo una serie de evaporaciones y condensaciones. Estos fenmenos sellevanacaboenlosplatosocharolasdelacolumnadedestilacin.Paraello,ellquidodecadaetapafluyeporgravedadalaetapainferioryelvapordecadaetapalohacehaciaarriba,alaetapasuperior.Porconsiguiente,encadaetapaentra una corriente de vapor G y una corriente lquida L, las que se mezclanparatransferirmasaytratardealcanzarelequilibrio.Laformadelograrloeslacreacin de una interfase lquidovapor lo ms extensa posible. La principalresistenciaalatransferenciademasaestenlafasevapor,porloquesehandiseado aparatos y dispositivos en los que el vapor burbujee dentro dellquido, para obteneras una mayor superficie de transferencia. Sin embargo,no es posible lograr que las corrientes que salen de una etapa estn enequilibrio, de all que se hable de eficiencia, que es una medida delacercamientoalequilibrio.Losplatosrealesdeunacolumnatieneneficienciasmenores que 100 por ciento. Como ya se mencion, el principio defuncionamientodelacolumna(figura3)esponerencontactounvaporconun

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    lquido ms rico en el componente ms voltil que el correspondiente alequilibrio. Al mezclarse ntimamente, el vapor tender aponerse enequilibriocon el lquido, condensndose parte del componente menos voltil yevaporndose el ms voltil. Mediante la repeticin de esos contactos acontracorriente,elvaporseirenriqueciendoyellquidoempobreciendo(enelcomponente msvoltil)hastaalcanzarlascomposicionesdeldestiladoydelresiduorespectivamente.Comoelprocesoconsisteenponerencontactovaporcon lquido y a la columna no le entra ms que la alimentacin, el vapor segenera evaporando parte del residuo o fondos, y el lquido retornando a lacolumna parte del destilado, que son las mezclas ms pobres y ms ricas,respectivamente, en el componente ms voltil. La energa para que la torrefuncioneasesproporcionadaporelcalorqueseintroduceenelrehervidor,elcualcausalaevaporacindepartedellquidoquellegaaste.Lacorrientedevapor, conforme asciende por la torre, se enriquece en el componente msvoltil. Esta corriente se condensa en el condensador y una parte de eselquidoseregresarefluja hacialacolumnayotraparteseextraedeldomocomodestiladooproducto.Lacorrientedellquidoquesereflujadesciendeporgravedadysevaenriqueciendoconelcomponentemspesado.Esteprocesodeenriquecimientoyempobrecimientoendeterminadoscomponentessellevaa cabo en etapas sucesivas de la torre. Para entender ms fcilmente estemecanismoesconvenientereferirsealafigura6,enlaqueserepresentaunplato y las concentraciones del lquido voltil en las corrientes lquidas y devapor.

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    Encadaplatoseponeencontactoellquidoquedesciendedelplatosuperior,Ln1, con el vapor que sube del plato inferior, Gn+1. Cuando la etapa secomportademaneraidealsealcanzaelequilibrioylasconcentracionessonlascorrespondientesalatemperaturadeequilibrioalcanzada,esdecir,cuandolatemperatura de ambas corrientes es la misma (tn). En estas condiciones, laconcentracindelcomponenteligeroenellquido(Xn)ylaconcentracinenelvapor (Yn) son las concentraciones en el equilibrio. Aqu se puede apreciartambin el efecto del empobrecimiento y enriquecimiento mencionados. Laconcentracin del lquido que desciende, X n1, es mayor que Xn, pero laconcentracindelvaporquesubeaumenta,esdecir,YnesmayorqueYn1.

    COLUMNADEDESTILACINBATCHMULTICOMPONENTE

    DescripcindelProceso

    La columna tiene 162 mm de dimetro, y est rellena con un material SulzerMellapack 250 Y. La altura de la columna es de 8 m, y consta de 20 platosincluyendo rebolier y condensador. La entrada al sistema es la denominadarelacindereflujo,entantoquelasvariablesdesalidasonlasconcentraciones,alasalidadelacolumna,delastrescomponentesdelamezcla.

    Una dificultad que se presenta para la identificacin de una columna dedestilacin es que usualmente la medicin de las variables de inters (e.g.,composiciones)escostosayengeneralnopuedereal