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CONTENIDO 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero CONTENIDO 4.3. Reflujo mínimo 4.4. Platos teóricos a Reflujo de Operación 4.5. Localización del plato de alimentación Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Definición Aplicaciones Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Componentes Claves Se especifica su recuperación - Se dividen en - Clave Ligero LK El más pesado de los ligeros - Clave Pesado HK El más liviano de los pesados Componentes no Claves - No Clave Ligero Más ligeros que el clave liviano - No Clave Pesado Más pesados que el clave pesado - Se dividen en Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Componentes distribuidos -La volatilidad relativa de estos compuestos está comprendida entre la de los componentes clave ligero y pesado j kj k HK LK HK Componentes Adyacentes - Componentes con igual volatilidades Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE XC1= NO CLAVES XC1= XC2= LK NO CLAVES XC2= LK XC3= XC4= XC3= NO CLAVE DIST. HK XC5= NO CLAVE DIST. XC4= HK XC5= XC4= NO CLAVE LK XC3= NO CLAVE DIST. XC6= XC5= XC6= HK NO CLAVE Distribución de los componentes en una torre de destilación Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Secuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Secuencia Directa Secuencia Indirecta Secuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR Inicio Composición de alimentación Especificadas o estimadas Calcular PD del punto Burbuja de destilado a 120º F No PD > 215 psia Si Use condensador total Reponga PD a 30 psia Si PD < 30 psia Calcular PD del punto de rocío del destilado a 120º F PD > 365 psia No Si Utilizar condensador parcial Elegir refrigerante para operar el condensador parcial a 415 psia Calcule presión PB P Ingeniería UNEFM M OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR P M Calcular temperatura de punto s de burbuja a Prehervidor TB < T descomposición Térmica No Disminuir la presión PD de forma aproximada Si Fin Algoritmo para establecer la presión de la columna de destilación y el tipo de condensador. Henley Seader Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR Los límites de presión y temperatura son orientativos y dependen de factores económicos. solamente 0 < PD < 415 psia PD hasta 215 psia ====> Condensador total 215 psia < PD < 365 psia ====>Condensador parcial PD > 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 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 psia La condición fásica de la alimentación se determina mediante un Flash adiabático para una presión del plato de alimentación de PD + 7,5 psia Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODOS APROXIMADOS DE CALCULO DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Criterios de Diseño Permite calcular las Composiciones de los Productos a partir de la especificación de dos componentes Métodos Aproximados Número de Etapas Reales y Mínimas Determinación de relación de reflujo Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND Inicio Composición de alimentación Especificadas Especificar distribución de Componentes Claves Estimar distribución de Componentes no Claves (ED) Determinar Presión y tipo de Condensador Aplicar flash a la alimentación con la Presión de la columna Calcular número de etapas mínimas. Ec. De Fenske Calcular composiciones de Componentes no claves (CD) No ED CD Ingeniería UNEFM Si M OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND M Calcular relación de reflujo mínimo Rmin. Ec. De Underwood 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 Ingeniería UNEFM Algoritmo para destilación de sistemas multicomponentes por un método empírico. Henley Seader OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • ETAPAS MÍNIMAS Considera volatilidad constante Rápida estimación de etapas mínimas a reflujo total Ecuación de Fenske X X log LK * HK X HK D X LK N min 1 log α LK , prom B 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • ETAPAS MÍNIMAS 1 Evaluada a Tpromedio de la torre Evaluada a T de la alimentación Volatilidad Relativa promedio LK LK LK Ingeniería UNEFM HK , prom LK HK HK HK ( tope ( tope * fondo fondo 2 )/ 2 ) 1 3 4 2 ( tope * fondo * a lim entación ) 1 3 5 OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND DESTILACION MULTICOMPONENTES METODOS CORTOS NUMERO DE ETAPAS MINIMAS Tope Fondo Tope Fondo Tope Fondo 0,1Ln 2 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 Evaluada a T de la alimentación LK Ingeniería UNEFM HK ( tope * fondo ) 1 2 2 4 OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL Ecuación de Fenske Modificada bi fi dj 1 bj * m N min dj N min f i * m bj di dj N min 1 * m bj 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • ETAPAS MÍNIMAS Volatilidad Relativa variable NMin Rápida estimación de etapas mínimas a reflujo total Ecuación de Winn ij x x log LK,D HK,B xLK, B xHK, D log ij Ki ij K j ij 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL Ecuación de Winn Modificada bi fi iN, j min 1 i ,r 1 b j B i ,r d D j di fi b j B 1 i , j j d j D 1 N min i, j Donde: B bi D di 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO Supone derrame molar y volatilidad relativa constantes Ecuación de Underwood i * X if 1 q i Estima requisitos de Rmin R min 1 i * x iD i 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND Ecuación de Shiras et al. x j ,DD xFj , j F j 1 xLK , DD LK j xHK , DD LK 1 xF , LK F LK 1 xF , HK F XC1= XC2= LK XC3= XC4= HK XC5= x j,DD xFj, jF 0 1 x j,DD xFj, jF x j,DD xFj, jF Ingeniería UNEFM 1 1 TOPE XC6= SE DISTRIBUYE FONDO OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO XC1= XC2= Ecuación de Underwood LK XC3= XC4= i * X if 1 q i R min 1 i * x iD i HK XC5= XC6= LK HK q= condición térmica de la alimentación i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado Cuando hay un componente no clave distribuido la ecuación Rmin tendrá más de una solución xiF= fracción molar del componente i en la alimentación xiD= fracción molar del componente i en el destilado Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • PLATOS TEÓRICOS Estima nº de platos teóricos a reflujo de operación Correlación de Gilliland Relaciona nº de platos mínimos y nº de platos reales Relaciona R Rmin R 1 Ingeniería UNEFM N N min N 1 Método de Condensación de reflujo R/Rmin Refrigeración de bajo nivel (-300 a -150 ºF) 1,05 – 1,10 Refrigeración de alto nivel (-150 A 50 º F) 1,10 – 1,20 Otro Refrigerante 1,40 – 1,50 OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • PLATOS TEÓRICOS Ingeniería UNEFM Correlación de Gilliland OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • PLATOS TEÓRICOS Correlación de Gilliland 1.0 (N - Nm)/(N+1) 0. 1 0.01 0.01 0.1 1.0 (R - Rm)/(R+1) Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • PLATOS TEÓRICOS Estima nº de platos teóricos a reflujo de operación Ebbar Maddox Relaciona nº de platos mínimos y nº de platos reales Relaciona R R 1 Ingeniería UNEFM Rmin R 1 min Nmin N OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • PLATOS TEÓRICOS Ingeniería UNEFM Correlación de EBBAR MADDOX OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • LOCALIZACIÓN PLATO DE ALIMENTACIÓN Ecuación de Kirkbride Estima la localización del plato de alimentación 2 NR zHK,F xLK,B B * * NS zLK,F xHK,D D 0,26 NR+1= Etapa de Alimentación Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND Limitaciones de las especificaciones 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. Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND 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 Ingeniería UNEFM OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero
