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Fundamentos Destilación Multicomponente.
Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería QuímicaDpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos
Prof. Jesús F. Ontiveros
Contenido
Conceptos Básicos.D til ió M lti t C t Cl
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Destilación Multicomponente. Componentes Clave.Métodos Cortos. Métodos Rigurosos.
Métodos Cortos.Reflujo Total. Ecuación de Fenske. Reflujo Mínimo. Métodode Underwood. Número de etapas. Localización de laetapa óptima de alimentación.
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Conceptos BásicosComponentes ClaveComponentes en los que se basa la separación de la
li t ió
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alimentación.Destilación Binaria
AB
A
Destilación Multicomponente
ABCDEAlimentación (L/V)
21
f
Reflujo
D, xD
Destilado
AB
AB
CDEFG
ABCDEFG
N
f
Fondo
B, xB
Clave Ligero (LK)Componente más volátil de los que salen tanto en tope como enfondo.Clave Pesado (HP)Componente más pesado de los que salen tanto en tope como enfondo.C t di t ib id
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Componentes distribuidosComponentes cuya volatilidad relativa se encuentra entre la delclave pesado y el clave liviano.
21 Reflujo Destilado
ABCD
ClavesAlimentación (L/V)
N
2
f
Fondo
D, xD
B, xB
E
CDEFG
ABCDEFG
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Destilación Multicomponente
•Balances de Masa engorrosos.
•No se puede efectuar cálculográfico.
• El cálculo riguroso requiereiteraciones etapa por etapa.
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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.
Métodos CortosReflujo Total. Ecuación de Fenske (1932) El número mínimo de etapas (Nmin) se obtiene de la correlaciónde Fenske. Incluye al reboiler y al condensador mixto.
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( )HKB
LKB
HKD
LKD
xx
xx
Nmin l
log⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
=
xLKD Fracción LK en destilado
xHLD Fracción HK en destilado
xLKB Fracción LK en fondo
xHKB Fracción HK en fondo
V l tilid d l ti d LK( )HKLK ;min log α αLK,HK Volatilidad relativa de LK
αLK,HK debe ser constante.
(Ec. 1)
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min,1 Nri
r
ri
bd
fibα⋅+
=min
min
,
,
1 Nri
r
r
Nri
r
r
i
bdbd
fid
α
α
⋅+
⋅=(Ec. 2) (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 espequeña (separaciones difíciles).•A medida que la composición del clave liviano en el destilado odel clave pesado en el fondo aumentan.
Reflujo Mínimo. Ecuaciones de Underwood (1948)Deducción Compleja. Asume :
Flujo molar constante en las zonas intermedias.Volatilidad relativa constante
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∑ −=−⋅n
i HKi
iHKi qz
1
, 1ϑα
α xi,d Fracción i en destilado
zi Fracción i en alimentación
( )( )31,,,
21
,,
bifidii
bidii
αααα
ααα
⋅⋅=
⋅=(Ec. 4,5)
(Ec. 6)
=i HKi1 , ϑα
∑=
+=−⋅n
i HKi
diHKi Rx
1min
,
,, 1ϑα
αRmin Reflujo Mínimo
( )( )LV
FV
HHHHq
−−
=
HKKVL
min
min=ϑ(Ec. 7)
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Especificada la condición termodinámica de la alimentación seprocede a calcular los valores de Ɵ que satisfagan la ecuación 6.
HKLKHKHK ,1, αϑα << (Ec. 8)
Estimado el (los) valor(es) de Ɵ , se plantea la ecuación 7 tantasveces como raíces haya de Ɵ para conocer los valores de Rmin ylas composiciones xi,d .Un estimado inicial de los flujos en tope yfondo puede conocerse por las ecuaciones de Yaw y col. :
Bri
A
Bri
Ai
fid ,
10110
α
α
⋅+= B
riA
i
fib
,1011α⋅+
=(Ec. 9) (Ec. 10)
ri, ri,
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
−−=
HKHK
HKHK
fb
fb
A1
log
( )HKLK
HKHK
HKHK
LKLK
LKLK
fb
fb
fd
fd
B,log
11log
α
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
−⋅⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛
−=
(Ec. 11, 12)
Etapas a Reflujo Real. Correlación de Gilliland (1940)Método Empírico. Requiere conocer Nmin y Rmin
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( )minRfR =
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Localización de la Alimentación. Ecuación de Kirkbride
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206,02 ⎤⎡ ⎞⎛ BxzN
,
,
,
,
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
DB
xx
zz
NN
DHK
BLK
FLK
FHK
A
R
B Flujo molar de Fondo
D Flujo molar de Fondo
(Ec. 13)
D Flujo molar de Fondo
NR Etapas de Rectificación
NA Etapas de Agotamiento