PROCEDIMIENTO BASICO Y CRITERIOS DE DISEÑO PARA UNA TORRE DE DESTILACION MULTICOMPONENTE Andre Figueroa (20112084F), Romel Urba y (20112070E), (20112070E), Jorge Casillo (201140!8"), (201140!8"), #enil Es$uela de %ngenier&a 'erou&mi$a, F%'U#%* 'roye$o de %n+ersin, %n+ersin, 2- de .e/iembre .e/iembre del 201andreigueroaloresgmail*$om
Resumen: El /resene raba3o desarrollar un anlisis eri$o de los /unos /rin$i/ales en la elabora$in de una orre de desila$in, los $uales nos brindaran una me3or +isin en la $onsru$$in de la orre de desila$in* .e omara $ieras /ares es/e$&i$as de la orre ya ue son las ms es/e$ii$adas en la $onsru$$in de una orre* Abstract: 56is or de+elo/ed a 6eorei$al analysis o 6e main /oins in 6e de+elo/men o a disillaion oer, 6i$6 /ro+ide us i6 a beer insig6 ino 6e $onsru$ion o 6e disillaion oer* ./e$ii$ ./e$ii$ /ars o 6e oer as aen be$ause 6ey are 6e mos s/e$iied in 6e $onsru$ion o a oer*
1. INTRODUCCIÓN 'ara anali9ar o dise:ar una orre de desila$in e;isen +arios m<odos, y se $lasii$an en m<odos gri$os, m<odos $oros y m<odos rigurosos En los m<odos gri$os, slo es /osible el anlisis de una orre de desila$in $on una me9$la binaria, y slo son =iles /ara un dise:o muy /reliminar* >os m<odos gri$os ms em/leados son ?$Cabe 56iele y 'on$6on.a+ari* El /rimero em/lea un diagrama de ra$$iones mol en l&uido y +a/or /ara el anlisis, mienras ue el segundo uili9a un diagrama enal/&a $onra ra$$in mol a /resin $onsane >os m<odos $oros em/lean e$ua$iones ue rela$ionan los /armeros im/oranes en la orre, sin inegrar m<odos de /redi$$in de /ro/iedades en sus $l$ulos, y son a/li$ables a desila$in muli$om/onene* Algunos de esos m<odos son FenseUnderood@illiland (FU@) y Edminser* >os m<odos rigurosos in+olu$ran modelos maemi$os de /redi$$in de /ro/iedades en sus $l$ulos /ara obener los /armeros de la orre* Ese i/o de m<odos son basane $om/le3os, de al manera ue ya se en$uenran /rogramados en simuladores de /ro$esos* Esos m<odos son $ada +e9 ms usados dada su e;a$iud y ambi
4* "eermina$in de las ea/as y reuerimienos de relu3o (n=mero de ea/as de euilibrio) -* 5ama:o de la $olumna, dimero y n=mero de ea/as reales* * "ise:o de los inerno de la $olumna, /laos, disribuidores, so/ores de em/aues* 7* "ise:o me$ni$o*
2.- PROCEDIMIENTO Procedmento b!sco El /ro$eso de se/ara$in /or desila$in es /robablemene uno de los ms aniguos en la indusria u&mi$a y sus a/li$a$iones +an desde la re$ii$a$in del al$o6ol 6asa el ra$$ionamieno del /erleo $rudo* El dise:o de $olumnas de desila$in se /uede di+idir en las siguienes ea/as 1* Es/e$ii$a$in del grado de se/ara$in reuerida* 2* .ele$$in de las $ondi$iones de o/era$in ales $omo la /resin (la o/era$in /uede ser un ba6 o $oninuo)* B* .ele$$in del i/o de dis/osii+o de $ona$o, /laos o em/aue*
Fig1. Bosquejo de una Columna de Destilación
CRITERIO" PARA E# DI"E$O DE TORRE DE P#ATO" Entrada % sa&das 1* >a +elo$idad en las bouillas de enrada a una orre no debe e;$eder B /iesDs $uando el alimeno es l&uido*
2* Cuando el alimeno $oniene +a/or, debe in$remenarse el es/a$iamieno enre /laos* Un in$remeno enre y 12 /ulg es saisa$orio* B* >a enrada de alimeno (+a/or o me9$la) en el ondo de una orre, o el reorno de ebulli$iones, debe lo$ali9arse $omo m&nimo 12 /ulg /or en$ima del m;imo ni+el del l&uido en el ondo*
4. El tiempo mínimo de residencia en la vasija del fondo se establece mediante la tabla 1 del artículo: Outlets and internal devices for destillation columns de kister.
$orrosin es $alibre 14 y $alibre 10 /ara maeriales de $onsru$$in $omunes* 2* Es/esores m&nimos re$omendable /ara oros elemenos inernos +igas, so/ores, barras de ba3anes (+
Man'o&es 1* "ebe 6a$erse un man6ole /or $ada 10 a 20 /laos* 2* .e re$omienda dimeros de man6ole en el rango de 1 a 24 /ulgadas* B* .e re$omienda 6a$er un man6ole en$ima del /lao de alimena$in* 4* >a oriena$in de odos los man6oles debe ser la misma* Es /reerible ue se ubiuen /or el lado /rin$i/al de la orre* -* El es/a$iamieno m&nimo enre /laos donde lo$ali9a un man6ole debe ser de 24 /ulgadas* * >os $ondu$os o /asos de 6ombre en un /lao son normalmene re$angulares, $on los lados de longiud m&nimo de 14* Algunos auores re$omiendan $omo m&nimo 18 /or 1 y oros 12 /or 1*
"o(ortes de (&atos 1* >as +igas so/ore /rin$i/ales de un /lao generalmene ienen un an$6o de 1* /ulgadas y un largo m;imo de 14 /ulgadas* >a disan$ia m&nima al /lao inerior debe ser de 14 /ulgadas* 2* >as +igas /rin$i/ales deben orienarse en la misma dire$$in del lu3o de l&uido en el /lao* B* >as +igas menores o se$undarias se orienan normales a la dire$$in del lu3o de l&uido* 4* El rea de so/ores del /lao al$an9a el 1- del rea se$$ional oal* -* Enre el /lao y la /erieria inerna de la $amisa se re$omienda una $laridad de 0*- /or $ada 10 /ies de dimero*
Es(esor de& (&ato % otros 1* El es/esor m&nimo re$omendado /ara maeriales $on e;$elene resisen$ia a la
Fig2.Partes de un plato
a t a r a l n e o
Incremento en la rata de ujo de liquido
Fig3.Diagrama del Desempeño típico de los platos.
Fig4. Campanas de urujeo.
D!metro de &a torre 'uede +ariar enre 2 y24 /ies, aunue se 6an $onsruido orres $on dimeros de -0 /ies*
Fig!. Criterio general de la cantidad de platos en una columna de destilación.
CRITERIO" DE DI"E$O CO#UMNA" EMPACADA"
PARA
>as $olumnas em/a$adas se usan /ara desila$in, absor$in de gases y e;ra$$in liuidoliuido*
Crteros de e&ecc)n (ara torres de (&atos o em(acadas .e /uede 6a$er la ele$$in enre una $olumna em/a$ada o de /laos $on $om/lea seguridad /or medio de una anlisis de $osos* .in embargo, no siem/re ser =il o ne$esario y generalmene se /uede 6a$er la sele$$in basndose en la e;/erien$ia, $onsiderando las
/rin$i/ales +ena3as y des+ena3as de $ada i/o, las $uales se enlisan a $oninua$in 1* >as $olumnas de /laos se /uede dise:ar /ara mane3ar rangos ms am/lios de lu3os de gas y l&uido ue las $olumnas em/a$adas* 2* >as $olumnas em/a$adas no son a/ro/iadas /ara +elo$idades de l&uido muy ba3as* B* >a ei$ien$ia de un /lao se /uede /rede$ir $on ms $ere9a ue el ermino eui+alene /ara un em/aue (GE5', 6eig6 eui+alene o 6eorei$al /lae, o G5U, 6eig6 o ranser uni)* 4* >as $olumnas de /laos se /ueden dise:ar $on ms garan&as ue las $olumnas em/a$adas* .iem/re 6ay alguna duda de ue an buena /ueda ser la disribu$in del l&uido ba3o odas las $ondi$iones de o/era$in, /ari$ularmene en $olumnas grandes* -* Es ms $il /ro/or$ionar enriamieno a una $olumna de /laos las es/irales /ueden ser insaladas en los /laos* * Es ms $il ade$uar $orrienes laerales en una $olumna de /laos* 7* .i el l&uido genera residuos o $orriene solido es ms $il lim/iar en una $olumna de /laos* .e /ueden insalar manay en los /laos* Con dimeros de $olumnas /eue:os es ms barao usar orres em/a$adas y reem/la9ar el em/aue $uando ese su$io* 8* 'ara l&uidos $orrosi+os generalmene es ms baraa una $olumna em/a$ada ue la $olumna de /laos eui+alene* !* >a reen$in del l&uido es a/re$iablemene ms ba3a en $olumnas em/a$adas ue en $olumnas de /laos* Eso /uede ser im/orane $uando el in+enario de l&uidos ;i$os o inlamables ne$esie manenerse en ni+eles an ba3os $omo sea /osible* 10* >as $olumnas em/a$adas son ms a/ro/iadas /ara mane3ar sisemas es/umosos* 11* >a $a&da de /resin /or ea/a de euilibrio /uede ser ms ba3a /ara orres em/a$adas ue /ara orres de /laos y el em/aue deber&a $onsiderarse /ara $olumnas de +a$&o* 12* >a orre em/a$ada deber&a $onsiderarse siem/re /ara $olumnas $on dimero /eue:o, es de$ir, menor de 0* m, en don
/odr&a ser di&$il y $ososo insalar los /laos*
Fig(.)'iciencia por cada tipo de plato en la columna
Fig". Platos con Copa
T(o de em(a*ue >os anillos ras6ing son ms baraos /or unidad de +olumen ue los anillos /all, o las sillas, /ero son menos ei$ienes y el $oso oal de la $olumna generalmene ser ms alo si se es/e$ii$an anillos Ras$6ing* 'ara $olumnas nue+as la ele$$in normalmene esar enre anillos 'all y sillas Herl o %nalo;*
Tama+o de& em(a*ue Fig#.Platos con $%l$ula mó$iles.
Fig&.Platos con $%l$ula 'ija.
En general, se deber&a usar el ama:o ms grande de em/aue ue es a/ro/iado /ara el ama:o de la $olumna, 6asa -0 mm* >os ama:os /eue:os son a/re$iablemene ms $aros ue los ama:os grandes* 'or en$ima de -0 mm el $oso ms ba3o /or mero $ubi$o normalmene no $om/ensa la menor ei$ien$ia de ranseren$ia de masa* El uso de un ama:o demasiado grande en una $olumna /eue:a /uede $ausar una disribu$in /obre del l&uido* >os rangos de ama:os re$omendados se indi$an en la abla 1* 5abla 1* Rangos de ama:os re$omendados /ara em/aues*
Dimetro de la columna # $.% m $.% a $.( m *$.( m
!ama"o de #&' mm &' a &) m '$ a +' m
Dstrbudores de &,*udo 1* .e debe ubi$ar un disribuidor de l&uido (o redisribuidores de l&uido) en las /ares de la $olumna donde se inrodu9$a una $orriene liuida* 2* .e re$omienda manener /unos de irriga$in disribuidos radialmene /ara $onrarresar la enden$ia del l&uido a luir 6a$ia las /aredes* B* >os /unos de goeos deben ser igualmene dis/ersados* 'uede resular una mala disribu$in $uando el disribuido /ro/or$iona ms liuido /or unidad de rea a algunas regiones $enrales ue a regiones /eri
/ies a/ro;imadamene, o $in$o +e$es el dimero de la orre, seg=n el ue sea menor* Algunos auores re$omiendan /ara em/aues de ala ei$ien$ia (GE5' 2/ies) Reali9ar la redisribu$in en iner+alos ue no e;$edan 10 /laos eri$os* 'ara orres /eue:as (menos de 2 /ies de dimero), la inorma$in de un e;$esi+o lu3o en la /ared $rea un /roblema mayor y se re$omienda redisribuir en iner+alos ue no e;$edan d&as +e$es el dimero de la orre* Con em/aues /lsi$os se re$omiendan /roundidades ue no e;$edan 1- /ies /ara e+iar la $om/resin de las /ar&$ulas em/a$adas* B* En $olumnas muy grandes (mayores de 20 /ies), /uede no ser sui$iene un redisribuidor de l&uido /ara me9$lar el l&uido ade$uadamene* En esos $asos se /uede me3orar la me9$la adi$ionando un $ole$or liuido desde el $ual se alimena el l&uido al redisribuidor*
Dstrbudores de a(or 1* >os dis/osii+os de disribu$in de +a/or se ubi$an &/i$amene en o /or en$ima de un alimeno de +a/or, enre un /lao y una se$$in em/a$ada, o /or en$ima de la se$$in de ransi$in donde el dimero $ambia* .on $omunes los siguienes dis/osii+os uber&as de ro$i, disribuidores de +a/or, so/ores de disribu$in de +a/or* 2* .e deben insalar disribuidores de +a/or $uando ese lle+e ala +elo$idad, $uando su lu3o no se disribuya uniormemene 6a$ia el le$6o em/a$ado y en general, $uando la $abe9a de +elo$idad de di$6o +a/or sin disribu$in uniorme (/or e3em/lo, +a/or en la bouilla de enrada) sea del mismo orden de la $a&da de /resin del le$6o em/a$ado /or en$ima* Cuando esa $abe9a de +elo$idad sea menor ue un d<$imo de la $a&da de /resin del le$6o, es ms +iable usar un disribuidor de +a/or*
Entradas de &,*udo a &os dstrbudores 1* >as +elo$idades en la uber&a no deber&an e;$eder los 10 /iesDs aunue /reeriblemene la +elo$idad deber&a ser menor de 4 /iesDs* 2* Cuando la uber&a alimena dire$amene el disribuidor el l&uido deber&a ser alimenado al $enro del disribuidor /ara asegurar uniormidad sobre odos los orii$ios* .e re$omienda lo$ali9ar la uber&a enre 2 y 8 /or en$ima del e3e del disribuidor*
Redstrbudores de &,*udos 1* >os redisribuidores de l&uido se usan $uando se inrodu$e un alimeno l&uido inermedio en una $olumna em/a$ada y enre se$$iones em/a$adas* 2* .e re$omienda ubi$ar los redisribuidores $ada B0 o 40 /ies, /ero en o$asiones no se /uede /rede$ir la mala disribu$in y su ee$o en a ei$ien$ia de la $olumna, /or eso mu$6os dise:adores re$omiendan 20
.
CONC#U"IONE" >a sele$$in del maerial de em/aue se basa /rin$i/almene en la resisen$ia a la $orrosin
El uso de em/aues de $ermi$a se 6a +iso redu$ido desde el ad+enimieno de los em/aues /lsi$os* Com/arados $on los /lsi$os, los em/aues $ermi$os son rgiles, ienen menor $a/a$idad y no esn dis/onibles en mu$6as de las ormas ms usadas* En general, los em/aues esru$urados muesran +ena3as en $a/a$idad y ei$ien$ia $om/aradas $on em/aues desordenados, $uando son o/erados a $argas l&uidas menores* .in embargo, los em/aues esru$urados no deber&an ser usados en ser+i$ios donde la /resin de o/era$in sea mayor de 100 a 200 /sia* >a 6erramiena de dise:o ms ade$uada /ara dimensionar $olumnas em/a$adas es la iner/ola$in de daos e;/erimenales* .in embargo, el dise:ador se en$uenra $on re$uen$ia en la siua$in de no /oseer al inorma$in /ara un ser+i$io /ari$ular* Ane esa $ir$unsan$ia, la =ni$a o/$in /osible es el uso de $orrela$iones de dise:o* Es im/orane re$ono$er ue raba3ar $on una sola $orrela$in de dise:o de orres em/a$adas no es sui$iene, /ueso ue un /roblema re$uene es la in$eridumbre de ue la $orrela$in sele$$ionada /ro/or$ione una /redi$$in ade$uada /ara el ser+i$io en $onsidera$in, ya ue sus limia$iones son a menudo des$ono$idas, y si son $ono$idas, rara +e9 son re/oradas* A $oninua$in se e;/ondrn las $orrela$iones ms usadas en la a$ualidad* #ormalmene, se re$omienda dise:ar orres em/a$adas $on un margen del 10 al 20 del ?KC* 'ueso ue la ?KC esa usualmene - /or deba3o del /uno de inunda$in, ese $rierio eui+ale a dise:ar de un 7 a 8 de la +elo$idad de inunda$in, ue es /or lo ano menos $onser+ador ue el $rierio del a$or de inunda$in*
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RECOMENDACIONE" •
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>os disribuidores de 5'* son ade$uados /ara l&uido solamene, y deben ser e+iados $uando 6ay /resen$ia de +a/or* .e re$omienda generalmene ue esa +elo$idad del l&uido en las /erora$iones no debe e;$eder de 1*2 a 1*8 mDs (4 a /ieDs), y se debe e+iar una ala $a&da de /resin a ra+os disribuidores de 5'* deben ser e+iados en ser+i$ios donde /ueda o$urrir a/onamieno, ales $omo $uando 6ay slidos /resenes, o $uando el l&uido esa $er$a de su /uno de $ongela$in* 5am/o$o deber&an ser usados $uando el l&uido /ueda $orroer, erosionar o e;/andir los orii$ios de ora manera, /ueso ue algunos orii$ios /udieran e;/andirse ms ue oros, $ausando mala disribu$in*
0. REERENCIA" I#IO3RAICA"
Fran Lrei6 , 'rin$i/ios de raneren$ia de $alor , se;a edi$in , /aginas 4!44!7 y B* Munus Cengel * 5ranseren$ia de $alor , /aginas 477(5abla 84) ,-!1 %*N* .al+ador Aguirre Robles, 5esis de ?aesria O"ise:o "e >a K/era$in M El Conrol 'ara Columnas "e "esila$in Hinarias 'or >oes
'"P.A ?anual de dise:o de /ro$eso 5orres de ra$$ionamieno O5KRRE. "E "E.5%>AC%K# E?'ACA"A. A'P disillaion GandHoo 56ird Ediion*
