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OPERACIONES UNITARIASDESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
Profs: Johemar Almera, Zoraida CarrasqueroUNEFM
IngenierIngenierííaa
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
CONTENIDO
OPERACIONES UNITARIASDESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
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4.3. Reflujo mínimo
4.4. Platos teóricos a Reflujo de Operación
4.5. Localización del plato de alimentación
CONTENIDO
OPERACIONES UNITARIASDESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
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Definición
Aplicaciones
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
OPERACIONES UNITARIASDESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
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- Clave Ligero LK
Componentes Claves
Componentes no Claves
- Clave Pesado HK
El más pesado de los ligeros
El más liviano de los pesados
- No Clave Ligero
- No Clave Pesado
Más ligeros que el clave liviano
Más pesados que el clave pesado- Se dividen en
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
- Se dividen en
Se especifica su recuperación
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Componentes distribuidos
Componentes Adyacentes
- Componentes con igual volatilidades
HKkkj
j HKLK
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
-La volatilidad relativa de estos compuestos está comprendida entre la de los
componentes clave ligero y pesado
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Distribución de los componentes en una torre de destilación
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
XC1=
XC2=
XC3=
XC4=
XC5=
XC6=
XC1=
XC2=
XC3=
XC4=
XC3=
XC4=
XC5=
XC6=
LK
LK
LKHK
HK
HK
NO CLAVES
NO CLAVE
NO CLAVE
NO CLAVES
NO CLAVE DIST.
XC5=NO CLAVE DIST.
NO CLAVE DIST.
OPERACIONES UNITARIASDESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
Profs: Johemar Almera, Zoraida CarrasqueroUNEFM
IngenierIngenierííaaSecuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
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Profs: Johemar Almera, Zoraida CarrasqueroUNEFM
IngenierIngenierííaaSecuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
Secuencia Directa Secuencia Indirecta
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Elegir refrigerante para operar el condensador parcial a 415 psia
Inicio
Calcular PD del punto Burbuja de destilado a 120º F
Calcule presión PB
M
Utilizar condensador parcial
No
Si
Use condensador total Reponga PD a 30 psia Si PD < 30 psia
Calcular PD del punto de rocío del destilado a 120º F
No
Si
DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR
Composición de alimentación Especificadas o estimadas
PD > 215 psia
PD > 365 psia
P
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DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR
Si
Calcular temperatura de puntos de burbuja a Prehervidor
NoDisminuir la presión PD de forma aproximada
Fin
M
TB < T
descomposición Térmica
P
Algoritmo para establecer la presión de la columna de destilación y el tipo de condensador. Henley Seader
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DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR
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 psiaLa condición fásica de la alimentación se determina mediante un Flash adiabático para
una presión del plato de alimentación de PD + 7,5 psia
Los límites de presión y temperatura son solamente orientativos y dependen de factores económicos.
0 < PD < 415 psiaPD hasta 215 psia ====> Condensador total
215 psia < PD < 365 psia ====>Condensador parcialPD > 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
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MÉTODOS APROXIMADOS DE CALCULO DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
Criterios de Diseño
Métodos Aproximados
Número de EtapasReales y Mínimas
Permite calcular las Composiciones de los Productos a partir de
la especificación de dos componentes
Determinación de relaciónde reflujo
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
Determinar Presión y tipo de Condensador
Calcular número de etapas mínimas. Ec. De Fenske
Calcular composiciones de Componentes no claves (CD)
No
Si
Aplicar flash a la alimentación con la Presión de la columna
Inicio
Especificar distribución de Componentes Claves
Estimar distribución de Componentes no Claves (ED)
M
Composición de alimentación Especificadas
ED CD
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M
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
Calcular relación de reflujo mínimo Rmin. Ec. De Underwood
MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
Algoritmo para destilación de sistemas multicomponentes por un método empírico. Henley Seader
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
promLK
BLK
HK
DHK
LK
,αlogXX*
XXlog
minN
1
• ETAPAS MÍNIMAS
Ecuación de FenskeRápida estimación de etapas
mínimas a reflujo totalConsidera volatilidad
constante
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
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• ETAPAS MÍNIMAS
Volatilidad Relativa promedio
prom,HKLK
2/)( fondotopeHK
LK
21)*( fondotope
HKLK
31)**( entaciónlimafondotope
HKLK
Evaluada a Tpromedio de la torre
Evaluada a T de la alimentación
1
2
3
4
5
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
DESTILACION MULTICOMPONENTESMETODOS CORTOSNUMERO DE ETAPAS MINIMAS
21,0 FondoTope
FondoTope
FondoTope Ln
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
21)*( fondotope
HKLK
Evaluada a T de la alimentación 2
4
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL
Ecuación de Fenske Modificada
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
minNm
j
j
ii
*bd
fb
1
minNm
j
j
minNm
j
ji
i
*bd
*bd
fd
1
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• ETAPAS MÍNIMAS
Ecuación de WinnRápida estimación de etapas
mínimas a reflujo totalVolatilidad
Relativa variable
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
ijjiji KK
ij
B,HKD,LK
Min log
D,xHKx
B,xLKx
log
N
ij
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL
Ecuación de Winn Modificada
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
r,ir,i
min
1
j
j
Nj,i
ii
DB
db
1
fb
min
j,i
Nj,i
1j
j
j
ii
DB
db
1
fd
biB
diD
Donde:
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO
Ecuación de Underwood Estima requisitos de RminSupone derrame molar y volatilidadrelativa constantes
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
i
ifi X*q1
i
iDi x*minR 1
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
Ecuación de Shiras et al.
XC1=XC2=
XC3=
XC4=
XC5=
XC6=
LK
HK
Fx
Dx
Fx
Dx
Fx
Dx
HKF
DHK
LK
jLK
LKF
DLK
LK
j
jFj
Dj
,
,
,
,
,
,
11
1
SE DISTRIBUYE
TOPE
FONDO
1FxDx
j,Fj
D,j
10 FxDx
j,Fj
D,j
1FxDx
j,Fj
D,j
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO
Ecuación de Underwood
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
i
ifi X*q1
i
iDi x*minR 1
HKLK
XC1=XC2=
XC3=
XC4=
XC5=
XC6=
LK
HK
Cuando hay un componente no clave distribuido la ecuación Rmin tendrá más de una solución
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• PLATOS TEÓRICOS
Correlación de GillilandEstima nº de platos
teóricos a reflujo deoperación
Relaciona nº de platosmínimos y nº
de platos reales
1RRR min
1NNN min
1,40 – 1,50Otro Refrigerante
1,10 – 1,20Refrigeración de alto nivel (-150 A 50 º F)
1,05 – 1,10Refrigeración de bajo nivel (-300 a -150 ºF)
R/RminMétodo de Condensación de reflujo
Relaciona
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• PLATOS TEÓRICOS Correlación de Gilliland
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• PLATOS TEÓRICOS Correlación de Gilliland
(R - Rm)/(R+1)0.01 0.1 1.0
1.0
0. 1
0.01
(N - Nm)/(N+1)
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• PLATOS TEÓRICOS
Ebbar MaddoxEstima nº de platos
teóricos a reflujo deoperación
Relaciona nº de platosmínimos y nº
de platos reales
1RR
N
Nmin
Relaciona
1min
minR
R
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• PLATOS TEÓRICOS Correlación de EBBAR MADDOX
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
• LOCALIZACIÓN PLATO DE ALIMENTACIÓN
Ecuación de Kirkbride Estima la localización del plato de alimentación
2602 ,
D,HK
B,LK
F,LK
F,HKDB*
xx
*zz
NSNR
NR+1= Etapa de Alimentación
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
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.
Limitaciones de las especificaciones
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MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND
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
Limitaciones de las especificaciones