Contenido - Web del Profesor

Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Química
Dpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos
Fundamentos Destilación
Multicomponente.
Prof. Jesús F. Ontiveros
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Contenido
“ Conceptos
Básicos.
D til ió
Destilación
M lti
Multicomponente.
t
C
Componentes
t
Métodos Cortos. Métodos Rigurosos.
“ Métodos
Cl
Clave.
Cortos.
Reflujo Total. Ecuación de Fenske. Reflujo Mínimo. Método
de Underwood. Número de etapas. Localización de la
etapa óptima de alimentación.
1
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Conceptos Básicos
“
Componentes Clave
Componentes en los que se basa la separación de la
alimentación.
li
t ió
Destilación
Multicomponente
Destilación
Binaria
A
1
2
Alimentación (L/V)
A
AB
“
“
D, xD
E
f
N
B
C
D
E
F
G
“
Reflujo
AB
Destilado C
BD
Fondo
C
D
AE
B, xB
BGF
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Clave Ligero (LK)
Componente más volátil de los que salen tanto en tope como en
fondo.
Clave Pesado (HP)
Componente más pesado de los que salen tanto en tope como en
fondo.
C
Componentes
t di
distribuidos
t ib id
Componentes cuya volatilidad relativa se encuentra entre la del
clave pesado y el clave liviano.
1
2
Alimentación (L/V)
A
B
C
D
E
F
G
Reflujo
Destilado
D, xD
A
B
C
D
E
f
Claves
N
Fondo
B, xB
C
D
E
F
G
2
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
•Balances de Masa engorrosos.
•No se puede efectuar cálculo
gráfico.
Destilación
Multicomponente
“
• El cálculo riguroso requiere
iteraciones etapa por etapa.
Métodos Cortos
• Método de Smith-Brinkley
• F.U.G. (Fenske, Underwood, Gilligand)
• Método de grupo de Kremser
Estimados preliminares confiables para iniciar
simulación en un ordenador o computos con métodos
rigurosos.
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Métodos Cortos
“
Reflujo Total. Ecuación de Fenske (1932)
El número mínimo de etapas (Nmin) se obtiene de la correlación
de Fenske. Incluye al reboiler y al condensador mixto.
N min
⎛ x LKD
⎜
x
log⎜ HKD
x LKB
⎜
⎜
x HKB
⎝
=
l (α LK ; HK )
log
⎞
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
xLKD Fracción LK en destilado
xHLD Fracción HK en destilado
xLKB Fracción LK en fondo
xHKB Fracción HK en fondo
αLK,HK Volatilidad
V l tilid d relativa
l ti d
de LK
(Ec. 1)
αLK,HK debe ser constante.
3
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
bi =
dr
α i ,r N min
br
di =
d
N
1 + r ⋅ α i ,r min
br
fi ⋅
fi
(Ec. 2)
d
N
1 + r ⋅ α i ,r min
br
(Ec. 3)
d Flujo molar destilado.
b Flujo molar de fondo.
r= Compuesto de referencia del cual se conozca el flujo en tope y fondo.
αi,r Volatilidad relativa de i respecto al componente de referencia (HK )
N min aumenta:
•Si la volatilidad relativa del clave liviano respecto al pesado es
pequeña (separaciones difíciles).
•A medida que la composición del clave liviano en el destilado o
del clave pesado en el fondo aumentan.
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
“
Reflujo Mínimo. Ecuaciones de Underwood (1948)
Deducción Compleja. Asume :
Flujo molar constante en las zonas intermedias.
Volatilidad relativa constante
α i = (α i ,d ⋅ α i ,b )2
1
(Ec. 4,5)
α i = (α i ,d ⋅ α i , f ⋅ α i ,b )3
1
α i , HK ⋅ zi
∑ α −ϑ = 1− q
i =1 i , HK
n
xi,d Fracción i en destilado
(Ec. 6)
α i , HK ⋅ xi ,d
∑ α − ϑ = Rmin + 1
i , HK
i =1
(Ec. 7)
zi
q=
n
Fracción i en alimentación
(H V − H F )
(H V − H L )
Rmin Reflujo Mínimo
ϑ=
Lmin
Vmin K HK
4
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Especificada la condición termodinámica de la alimentación se
procede a calcular los valores de Ɵ que satisfagan la ecuación 6.
α HK , HK < ϑ1 < α LK , HK
(Ec. 8)
Estimado el (los) valor(es) de Ɵ , se plantea la ecuación 7 tantas
veces como raíces haya de Ɵ para conocer los valores de Rmin y
las composiciones xi,d .Un estimado inicial de los flujos en tope y
fondo puede conocerse por las ecuaciones de Yaw y col. :
10 A α i ,r B
di
=
fi 1 + 10 A ⋅ α i,i r B
⎛ bHK
⎜
f HK
A = − log⎜
⎜ 1 − bHK
f HK
⎝
(Ec. 9)
⎞
⎟
⎟
⎟
⎠
bi
1
=
A
fi 1 + 10 ⋅ α i,i ,r B
(Ec. 10)
⎛ ⎛ d LK
⎞ ⎛ bHK
⎜⎜
f LK ⎟ ⎜
f HK
log⎜ ⎜
⎟⋅⎜
b
d
⎜⎜ ⎜ 1 − LK
⎟ ⎜ 1 − HK
f LK ⎠ ⎝
f HK
⎝
⎝
B=
log(α LK , HK )
⎞⎞
⎟⎟
⎟⎟
⎟ ⎟⎟
⎠⎠
(Ec. 11, 12)
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
“
Etapas a Reflujo Real. Correlación de Gilliland (1940)
Método Empírico. Requiere conocer Nmin y Rmin
R = f (Rmin )
5
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
“
Localización de la Alimentación. Ecuación de
Kirkbride
⎡
N R ⎢ z HK , F
=
N A ⎢ z LK , F
⎣
⎛ xLK , B ⎞ B ⎤
⎥
⎜
⎜x
⎟ D⎥
⎝ HK , D ⎠
⎦
2
0, 206
(Ec. 13)
B Flujo molar de Fondo
D Flujo molar de Fondo
NR Etapas de Rectificación
NA Etapas de Agotamiento
6