DESTILACION DESTILACION ATMOSFÉR ATMOSFÉRICA ICA Y AL VACIO
gestión 2014
Contenido del capitulo Principios de funcionamiento.
Objetivos del proceso de
destilación Características y Variables del
proceso DA. Diagrama de flujo DA
Características y Variables del
proceso DV Diagrama de flujo DV
Principios de funcionamiento de la destilación
OBJETIVO DEL PROCESO DE DESTILACIÓN La separación de fracciones de mutlicomponentes por medio de las diferencias en los puntos de ebullición, donde por un equilibrio termodinámico, se forman dos fases una de vapor y la otra de líquido.
Esquema de un equipo de destilación Condensador de reflujo
Alimento (Crudo)
Producto de tope
Fraccionador
Rehervidor Intercam. Producto de fondo
Esquema de fraccionamiento
Modelo básico de fraccionamiento
CURVAS DE DESTILACIÓN Limites de destilación o curvas de destilación son utilizados para definir las características comerciales de los productos del petróleo, también para el control de calidad de estos Con esta finalidad se utiliza los métodos de destilación sin rectificación, que consta en que los vapores formados por el calentamiento del producto del petróleo son eliminados del balón de destilación, condensados a medida que se van formando y luego colectados en un cilindro graduado. La destilación se la realiza en aparatos ASTM en condiciones bien determinadas
CURVAS DE DESTILACIÓN Los resultados de los análisis se expresa bajo la forma de porcentaje de destilación a cierta temperatura, o también bajo la forma una temperatura dada destila cierto porcentaje •
En función de los productos sometidos al análisis, la destilación se puede realizar ala temperatura atmosférica o a una presión baja •
Una destilación atmosférica se aplica a los derivados gasolinas, kerosén diesel oil en general hasta una temperatura de 360 C •
También se puede realizar a productos pesados para conocer las fracciones livianas que contienen o las fracciones que destilan hasta los 360 C •
CURVAS DE DESTILACIÓN
Destilación
En una mezcla binaria se diferencia: El componente más volátil (liviano) que tiene una temperatura de ebullición menor y una presión de vapor mayor El componente menos volátil (pesado) que tiene una temperatura de ebullición mayor y una presión de vapor menor Por el calentamiento la mezcla de líquidos a la temperatura tºC se obtiene dos fases: una de vapor y la otra liquida, después de un tiempo se establece un equilibrio termodinámico.
Sistema de cabeza de una torre de DA
Destilación La destilación fraccionada del petróleo crudo es más
compleja, ya que la mezcla supuestamente al fraccionamiento no es una mezcla binaria, es una mezcla de poli componentes. Los productos obtenidos de una torre de fraccionamiento del petróleo crudo no son componentes en estado puro, son fracciones con ciertos intervalos de destilación llamados: gasolinas, kerosén, diesel oil, los cuales a su vez están constituidos de muchos individuos químicos La vaporización de un producto del petróleo puede tener lugar en diferentes modos: discontinua (diferencial) cuando los Vaporización vapores formados (más ricos en el componente volátil que la mezcla inicial) son separados continuamente a medida que se forman estos. A medida que la evaporación se va llevando, tanto los vapores resultantes y el líquido residual se enriquecen en componentes mas pesados, la temperatura de vaporización crece continuamente
Destilación •
Vaporización continua o en equilibrio, cuando los vapores se
mantienen en contacto continúo en el líquido residual, la composición de estas fases siendo constantes en el tiempo, dado el hecho que está en equilibrio Evidentemente que en este tipo de vaporizador la temperatura en el vaporizador permanece constante. Ejm en el proceso de vaporización en una torre de destilación del petróleo crudo El petróleo crudo es aspirado por una bomba del tanque de almacenamiento, luego realiza intercambio de calor con los productos que salen de la torre y luego al horno, donde se vaporiza parcialmente y entra en la zona de vaporización de la torre (flasheo), separándose en dos fases que se encuentran en equilibrio con los vapores que suben hacia la parte superior de la torre y el liquido que baja al fondo de la torre
Destilación
Vaporización en presencia de vapores de agua (vapor sobre calentado) este tipo es utilizado muy a menudo en
los procesos de destilación en la industria de transformación del petróleo Se utiliza con las siguientes finalidades Realizar una circulación intensa del fluido en los diversos equipos de calentamiento evitándose un sobre calentamiento local de la masa del fluido, el cual puede provocar una descomposición térmica de este. Realizar una reducción a la temperatura de vaporización de los productos pesados bajo las temperaturas de descomposición térmica de estos (en los hornos tubulares y torres de destilación) Vamos a suponer que el producto se vaporiza a una temperatura tºC, es decir entonces cuando la presión de sus vapores vence la presión externa que ejerce al liquido π.
Destilación En el momento que se introduce vapor sobre calentado en la masa del fluido bajo la forma de burbujas, comienza la difusión en los vapores del hidrocarburo, en el interior de la burbuja. En este caso, en la burbuja de vapor, la vaporización del hidrocarburo puede tener lugar a la temperatura t1ºC menor que la tºC, ya que la presión parcial de los vapores de hidrocarburos en la burbuja, la cual se suma a la presión parcial del vapor sobrecalentado
Destilación Atmosférica
El petróleo crudo es una mezcla compleja de poli componentes, en primer lugar se supone a un fraccionamiento de donde se obtiene fracciones que tienen diferentes usos, gasolina, kerosén, diesel oil, asfalto Ya que el fraccionamiento se realiza por destilación fraccionaria a una presión casi cerca de la presión atmosférica, es por
eso que se llama destilación atmosférica, también es llamada destilación primaria
Destilación atmosférica DA
Destilación
Destilación Atmosférica
Instalaciones industriales de destilación atmosférica
Pueden ser de diferentes tipos con una sola torre o con dos torres, una torre y un vaporizador preliminar
Instalaciones de DA con una sola torre
Este tipo de instalaciones son utilizadas en la destilación de crudos con un contenido de gasolina de hasta el 15%, por que las gasolinas con un contenido de gasolina mayor al 15 % ejercen una presión mayor a los intercambiadores, que deben ser gruesos y por lo tanto caros. De igual manera son utilizados en la destilación de crudos con un contenido mínimo de cloruros y ácido sulfhídrico, en caso contrario se produce una corrosión intensa a la torre de fraccionamiento y los condensadores de cabeza Instalación de DA con dos torres de fraccionamiento
Este tipo de instalaciones puede procesar crudos con un contenido alto de gasolina (sobre los 15%) por que parte de la gasolinas se separan en la torre cero, antes de ser calentado en crudo en el horno (donde se esa manera se reduce la presión). En las torres cero se realiza una excelente separación de la gasolina liviana, si el crudo tiene contenido de azufre en cantidades grandes el ácido sulfhídrico resultante se elimina por la cabeza de torre cero, siendo protegida la torre principal de la corrosión. Este tipo de instalaciones son más caras que las torres con una sola torre
Destilación Atmosférica Petróleo Crudo
Gasolin a media Gasolina liviana
Gasolina Pesada
Kerosén
1 2
Crudo descabezado
3
Diesel oil
Residuo
4
Destilación Atmosférica
Diagrama de flujo de principio a una instalación de DA con dos torres 1 Torre cero 2 Horno 3Torre de fraccionamiento 4 intercambiadores de calor Instalaciones de DA con una torre y un vaporizador preliminar
En las instalaciones modernas son caracterizadas por una capacidad mayor de transformación del petróleo crudo (sobre los 2MM de toneladas de crudo/ año), que llevan a una economía de inversión (consumo reducido de metal) y gastos en la explotación frente a las instalaciones de destilación del petróleo crudo con capacidades pequeñas. Una reducción substancial a estos gastos se realiza por el acoplamiento de la instalación de DA con una instalación al vacío (DV)
PRODUCTOS OBTENIDOS, CARACTERISTICAS DE CALIDAD Y LA UTILIZACION DE ESTOS
En las instalaciones de DA al petróleo crudo por lo general, no se obtienen productos refinados directamente para su comercialización. Los productos obtenidos son sometidos a unas operaciones de refinación (separación de algunos componente no deseables) o a unos procesos termocatalíticos (con el propósito de mejorar diferentes propiedades y al final a unas operaciones de mezcla (blending), los cuales se realizan en el área de tanques y después estos procesos son comercializados Los productos intermediarios obtenidos en la DA, es necesario que cumplan ciertas propiedades, en función al producto refinado que se quiera obtener. Estas propiedades deben ser previstas de acuerdo a las normas internas de cada empresa y varían en función de la materia prima para su transformación
Destino de los productos de DA
Productos de DA Ejemplo de balance de materia de un crudo
Destilación en Vacío al Residuo
Objetivos de una destilación en vacío
Las temperaturas de ebullición de los hidrocarburos existentes en el residuo tienen valores muy altos, que por calentamiento antes de su evaporación, comienza una descomposición térmica. Por lo que se procede con la evaporación de los hidrocarburos a una presión mas baja (vació), en presencia de vapor sobrecalentado, estos factores conducen a bajar los puntos de ebullición de los hidrocarburos, siendo posible la evaporación antes de la descomposición térmica. El objetivo de esta destilación es obtener productos pesados para la fabricación de aceites o la obtención de materias primas para la transformación en los procesos termo catalíticos, mediante la destilación al vacío.
Diagrama de DA y DV en serie
Características de la DV Al igual que las instalaciones de DA, las instalaciones al vacío, están previstos de hornos tubulares donde se calienta el residuo. Ya que la descomposición térmica al residuo en el momento de su calentamiento llevan a bajar la calidad del aceite ( bajo punto de inflamación, bajar la viscosidad y el índice de viscosidad) se debe dar una atención para poder reducir y controlar este fenómeno, en el momento del calentamiento, que depende de su temperatura de ebullición y el tiempo de estacionamiento en los hornos tubulares. Generalmente las instalaciones de DV están acopladas a las de DA porque se tiene la ventaja que el producto esta caliente, esto implica un consumo menor de combustible y por lo tanto un ahorro de energía.
Características de la DV
El residuo de fondo es bombeado por los intercambiadores para su calentamiento y luego entra al horno donde sale parcialmente vaporizada y entra en la zona de vaporización de la torre de destilación al vació. Los vapores de diesel, una pequeña parte de vapor y no condensables abandonan la torre de fraccionamiento, condensando parcialmente (es decir solo condensaran el diesel oil y una pequeña parte del vapor de agua) el liquido se acumula en el vaso de reflujo de donde se introduce el reflujo a la torre y el resto se envía al deposito. Los vapores y los gases no condensables son aspirados por el sistema de vació de la torre, de dos etapas están constituidos por condensadores barométricos uno grande y otro pequeño y los eyectores. Las fracciones laterales de aceite liviano, aceite medio y aceite pesado después de los vasos de striper y luego de intercambiar calor son enfriados y enviados al área de tanques las fracciones pesadas y el residuo de fondo realizan intercambio de calor con la materia prima
Productos de DV
Productos obtenidos En las instalaciones de destilación en vacío, los principales productos obtenidos son los aceites que después de refinación y aditivacion se transforman en aceites finitos, comerciales. Si se toma en cuenta el uso de los aceites, estos se pueden agrupar de este modo: aceites de motores con carburador; aceites de motores Diesel; aceites de motores de avión; aceites de transmisión industriales; aceites hidráulicos; aceites de cilindro; aceites de turbina; aceites de compresores; aceites electro aislantes; etc.
PRODUCTOS OBTENIDOS En la misma categoría, los aceites se diferencian por la viscosidad a temperaturas representativas, para el arranque en frió y para el funcionamiento normal. Se llaman aceites monogrado los aceites que se utilizan en función de la estación (verano, invierno) y aceites multigrado los aceites que se utilizan en todas las estaciones. Para los aceites lubricantes la propiedad mas importante es la viscosidad. La viscosidad para los: motores con encendido por chispa es de 60 – 70 cST a 500C motores Diesel lentos es de 40 – 65 cSt a 500C motores Diesel rápidos es de 75 – 120 cSt a 500C motores de aviación es de 150 – 175 cSt a 500C. También es importante la variación de la viscosidad de los aceites lubricantes con la temperatura, expresada por el índice de viscosidad Dean – Davis que tiene un valor de 90 – 130 para motores con encendido por chispa y de 60 – 70 para motores Diesel. Aceites con viscosidades idénticas pueden realizar coeficientes de fricción diferentes en las mismas condiciones de uso, debido a la propiedad llamada ontuosidad, que aumenta de valor con la proporción de compuestos polares en aceite.
PRODUCTOS OBTENIDOS
La estabilidad a la oxidación es otra propiedad importante para los aceites lubricantes porque durante el uso, por oxidación se forman ácidos, cetonas, polímetros, gomas que alteran las propiedades del aceite. Para un arranque fácil se impone que la temperatura de congelamiento de los aceites sea 6 – 100C menor que la temperatura del medio ambiente en que se encuentra el motor. Otras propiedades que se exigen a los aceites lubricantes son: contenido de azufre, cifra de cok, falta de agua e impurezas mecánicas, alcalinidad, etc. Además los aceites tienen propiedades especificas para el uso que tienen. Así, los aceites para : turborreactores deben ser fluidos en los limites de temperatura de -600C …+500C turbinas deben tener tendencia de formar espuma muy baja y deben separarse fácil de las emulsiones que forman con agua. Para maquinas frigoríficas no deben reaccionar con el agente frigorífico (freones, CH3Cl) Los aceites aislantes utilizados en electrotécnica (aceites de transformador, aceites para interruptores eléctricos, aceites para cables eléctricos), deben tener propiedades dieléctricos y estabilidad a la oxidación.
Destilación en Vacío al Residuo
