TABLA DE CONTENIDO Pág.
INTRODUCCION....................................................................................................... 2 1. FRACCIONAMIENTO.........................................................................................3 Descripción del proceso.........................................................................................3 Principio de la Destilación......................................................................................4 Volatilidad elati!a................................................................................................. " #rado de separación o p$re%a..............................................................................&
2. TORRES DE FRACCIONAMIENTO...................................................................9 Tipos de 'raccionadores........................................................................................ (
Ejercicio 1) Calc$lo *olar en $na torre depropani%adora...............................++ 3. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO Y DISEÑO DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO.............................................................................................14 Presión , te*perat$ra..........................................................................................+4 elación de re-l$o , n/*ero de etapas..............................................................+0 12ni*o n/*ero de platos..................................................................................... +" 12ni*a relación de re-l$o....................................................................................+( N/*ero de platos teóricos................................................................................... Pasos para los cálc$los de dise5o de $na torre -raccionadora.........................
Ejercicio 2) Cálc$los de dise5o de torre -raccionadora......................................3 4. CÁLCULO DEL DIÁ METRO DE LA S TORRES DE FRA CCIONAMIENTO... 33 16todo del 'actor C............................................................................................. 33 16todo del No*ogra*a....................................................................................... 37 16todo Detallado.................................................................................................30
Ejercicio 3) Calc$lo del diá*etro para $na torre -raccionadora.........................3( . CONCLUSIONES.............................................................................................4 !. REFERENCIA DE DOCUMENTOS CITADOS................................................. 1 ". REFERENCIA DE DOCUM ENTOS CONSULTADOS..................................... 1
INTRODUCCION La destilación , -racciona*iento de 8idrocar9$ros cons$*e $na gran cantidad de energ2a , genera $na considera9le cantidad de desec8os. :in e*9argo a tra!6s de procesos ter*odiná*icos *eorados;red$cciones signi-icati!as en el cons$*o de energ2a , la generación de desec8os se p$eden lograr. La destilación -raccionada del petróleo es la pri*era etapa de operación en práctica*ente todas las re-iner2as; donde las -racciones del cr$do son separadas en torres at*os-6ricas; de !ac2o , esta9ili%adoras. El -racciona*iento son operaciones de la $nidad $tili%ada para separar *e%clas en prod$ctos indi!id$ales. 'racciona*iento de los co*ponentes; se separan por la !olatilidad relati!a <=>. La di-ic$ltad de $na separación está directa*ente relacionada con la !olatilidad relati!a de los co*ponentes , la p$re%a re?$erida de las corrientes de prod$cto. Los l2?$idos del gas nat$ral lic$ado están constit$idos por di-erentes co*ponentes los c$ales se separan en -racciones o co*p$estos de9ido a s$ !olatilidad relati!a; a este proceso se le conoce co*o -racciona*iento. A la operación reali%ada ?$e 8ace posi9le el -racciona*iento de los co*p$estos se le lla*a destilación. :eg/n la #P:A c$ando el gas de prod$cción
?$e posea $n +.3 @ de *ol; p$ede ser desde el p$nto de !ista econó*ico !ia9le para rec$perar gases lic$ados del petróleo. Este tra9ao se 9asara en el conoci*iento del proceso de -racciona*iento en c$anto a los di-erentes cálc$los , procesos -2sicos para la rec$peración de co*p$estos seg/n !olatilidad con respecto a los de*ás co*ponentes de la *e%cla; para el *eor apro!ec8a*iento , $so del gas.
1. FRACCIONAMIENTO na co#$%&' (e )r'ccio&'%ie&*o ; ta*9i6n lla*ada col$*na de platos o col$*na de platillos; es $n aparato ?$e per*ite reali%ar $na destilación -raccionada. na destilación -raccionada es $na t6cnica ?$e per*ite reali%ar $na serie co*pleta de destilaciones si*ples en $na sola operación sencilla , contin$a. La destilación -raccionada es $na operación 9ásica en la ind$stria ?$2*ica , a-ines; , se $tili%a -$nda*ental*ente en la separación de *e%clas de co*ponentes l2?$idos. :e le lla*a destilación al proceso *ediante el c$al se logra reali%ar la operación de -racciona*iento.
De+cri,ci-& (e# ,roce+o Fi$r' 1/ Di'r'%' e+0$e%*ico (e# )r'ccio&'%ie&*o.
'$ente) 'ig; #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4; pag +(.
Es $no de los *6todos *ás econó*icos para el *6todo *ás econó*ico para separar $na *e%cla en s$s co*ponentes indi!id$ales. La separación es -ácil se la !olatilidad relati!a de los co*ponentes cla!e li!iano , cla!e pesado es s$9stancial*ente *a,or ?$e $no. El prod$cto de -ondo de $na col$* na es el ali*ento a la prói*a col$*na; donde se p$ede operar a $na presión *enor pero a te*perat$ra *a,or. El n/*ero de platos , del e*pa?$e depende de la !olatilidad relati!a; entre *ás 9aa sea la !olatilidad relati!a; la alt$ra de la col$*na será *a,or. El l2?$ido se introd$ce al re8er!idor para prod$cir despoo; eneldonde s$9e generando $n contacto con el l2?$ido 9aante.!apores El !aporde?$e sale por tope de la col$*na entra a $n condensador donde se re*$e!e por alg/n *edio de en-ria*iento; el l2?$ido se retorna a la col$*na de -racciona*iento para eli*inar li*itar perdidas del co*ponente pesado. Los platos internos o e*pa?$es pro*$e!en el contacto entre l2?$ido , !apor; este contacto 2nti*o entre !apor , l2?$ido se re?$iere para ?$e la separación sea *ás e-iciente. El !apor ?$e entra en contacto en cada etapa se !a en-riando lo c$al oc$rre $n poco de condensación en los co*ponentes pesados. A s$ !e% la -ase li?$ida se calienta; res$ltando alg$na !apori%ación de los co*ponentes li!ianos dentro del l2?$ido; el c$al la -ase li?$ido se !ol!erá prod$cto -ondo; donde solo eistirán co*ponentes pesados , los prod$ctos de ci*a cada !e% se !ol!erán *ás p$ros en c$anto a s$ co*posición.
Pri&ci,io (e #' De+*i#'ci-& La destilación se 9asa en la !olatilidad relati!a de los co*p$estos a ser separados; donde la separación oc$rre 8asta ?$e $n co*ponente se calienta llegando a la -ase !apor , los otros co*ponentes sig$en en -ase li?$ida. C$ando la *e%cla posee *ás de dos co*ponentes <*$ltico*ponentes>; en la separación se seleccionan dos co*ponentes deno*inados cla!es; por ee*plo etano , propano. :e aplica calor a esta *e%cla 8asta ?$e el etano , co*p$estos *ás !olátiles se e!aporen; donde a las *is*as condiciones de operación co*p$estos co*o el propano per*anecen en -ase li?$ida. Entre *a,or cla!es; sea laserá relación de e-ect$ar !olatilidad relati!adeentre los co*p$estos deno*inados *ás -ácil el proceso -racciona*iento. Por lo tanto se necesita ?$e 8a,a $n di-erencia en los p$ntos de e9$llición de los co*ponentes para ?$e se p$eda $tili%ar la destilación co*o proceso de
-racciona*iento; los co*p$estos de9en ser t6r*ica*ente esta9le a la *is*a presión de operación.
El co*ponente *ás pesado ?$e se !apori%a se le deno*ina cla!e pesado; , el co*ponente *ás li!iano ?$e per*anece en la -ase li?$ida se le deno*ina cla!e li!iano. Fi$r' 2/ r)ic' (e c$r'+ (e e0$i#irio ',or #50$i(o ,'r' e# e*'&o.
'$ente) DATACAT:; #P:A EN#INEEIN# DATABOO; +t8 Edition; 4; pag 7+3.
En destilación; cálc$los se eec$tan etapas teóricas e?$ili9rio. nala col$*na de los -racciona*iento p$ede $sando ser considerada co*o de $na serie de !aporaciones -las8 son dos corrientes de ali*ento , dos de prod$cto. El !apor entra !iene de la corriente in-erior a alta te*perat$ra , el l2?$ido !iene de la parte
s$perior a 9aa te*perat$ra. La co*posición de estas -ases están consideradas con la constante de e?$ili9rio co*o)
K i=
Yi Ecuac ión 1 Xi
Donde) i) Constante de e?$ili9rio Fi) -racción *olar del co*ponente i en la -ase li?$ida. GI) 'racción *olar del co*ponente i en la -ase !apor.
Fi$r' 3/ %o(e#o +ico (e )r'ccio&'%ie&*o.
'$ente) 'ig +(3; #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4; pag +(3.
En la -ig$ra 4; se o9ser!a la relación de -l$o entre los co*ponentes !apor , l2?$ido , las r$tas por donde ascienden , descienden respecti!a*ente. En cada
plato de la torre de -racciona*iento oc$rre $n e?$ili9rio ter*odiná*ico; esto se re-iere a $n e?$ili9rio t6r*ico; ?$2*ico , *ecánico. Esto se re-iere a ?$e los cálc$los 9asados en trans-erencia de *asa , energ2a están relacionados con los cálc$los de dic8a s$posición. El !alor es $na *edida de la tend encia del co*ponente i a !apori%arse. :i el !alor es alto; el co*ponente tiende a concentrarse en el !aporH si es 9ao; tiende a concentrarse en el l2?$ido. :i el !alor es la $nidad; el co*ponente se di!idirá ig$al*ente entre el !apor , el l2?$ido. El !alor es $na -$nción de la te*perat$ra; presión , co*posición. En el e?$ili9rio; si se -ian dos de estas tres !aria9les; se -ia la tercera. Entonces el !alor p$ede considerarse co*o $na -$nción de la presión , co*posición; o te*perat$ra , co*posición . En esta etapa; de cada plato; oc$rre $n e?$ili9rio ter*odiná*ico; en el c$al 8a, traspaso de energ2a; las !elocidades son constantes; , las -$er%as son ig$ales a . All2 la tras-erencia de *asa , energ2a están relacionadas con la propiedad lla*ada !olatilidad relati!a.
6o#'*i#i('( Re#'*i' Con!encional*ente; la !olatilidad relati!a es de-inida co*o la ra%ón de los !alores del co*ponente *ás !olátil al *enos !olátil; por lo c$al la !olatilidad relati!a sie*pre será *a,or o ig$al a la $nidad. α ij=
ValordeKdelcomponentei Ecuación 2. ValordeKdelcomponentej
L' (e+*i#'ci-& e+ $&' *7c&ic' (e +e,'r'r co%,o&e&*e+ (e 'c$er(o ' +$ o#'*i#i('( re#'*i'; #' c$'# e+ $&' %e(i(' (e #' )'ci#i('( (e +e,'r'ci-& 8 e+* ('(' ,or #' r'-& e&*re #' *e&(e&ci' ' ',ori'r (e (o+ co%,o&e&*e+ . :i la !olatilidad relati!a es alta; $n co*ponente tiene $na tendencia *$c8o *a,or a !apori%ar ?$e el otro; , será -ácil separarlos $no del otro *ediante la !apori%ación de $no . De otro lado c$ando la tendencia a !apori%ar de los co*ponentes es si*ilar; la !olatilidad relati!a se acercará a la $nidad , será di-2cil separar los co*ponentes destilación. :i la,!olatilidad es la $nidad; cada co*ponente es tanpor !olátil co*o el otro; no p$edenrelati!a separarse por destilación.
La !olatilidad de los co*ponentes sola*ente se epresa co*o !olatilidad relati!a a. Esta !aria9le está de-inida co*o la relación de las constantes de e?$ili9rio de los co*p$estos cla!es li!iano , pesado as2)
α=
K LK Ecuación 3. K HK
α ) epresenta el -actor de separación K ) Constante de E?$ili9rio LK ) Cla!e li!ianos
HK ) Cla!e pesados <8ea!, e,> Para siste*as de 8idrocar9$ro en dos -ases; co*p$estos ?$e están en $na -ase estarán ta*9i6n presentes en la otra -ase; en proporción al !alor de s$ constante de e?$ili9rio . Por lo ta*o; es necesario tener *$c8as etapas de contacto gasJl2?$ido; para pro!ocar $na concentración grad$al de los co*ponentes li!ianos en la -ase gaseosa; , los co*ponentes pesados en la -ase l2?$ida. Esto re?$iere ?$e la col$*na de destilación tenga *$c8as etapas de separación; ?$e se agreg$e al -ondo de la col$*na de despoo; , ?$e secalor apli?$e condensación en la para ci*a s$*inistrar para lic$ar la losenerg2a co*ponentes ?$e se retornan a la ci*a de la torre co*o re-l$o.
:r'(o (e +e,'r'ci-& o ,$re' Este !alor tiene $n i*pacto directo en c$anto a la prestación ópti*a de separación co*o al *is*o ta*a5o de la torre; la alta p$re%a re?$iere *ás platos; *ás re-l$o; *a,or diá*etro , red$cida cantidad de prod$cto. na *edida c$antitati!a de la di-ic$ltad para $na separación es el -actor de separación :- de-inido co*o)
Sf = XD LK ∗ XB HK Ecuación 4. XB XD
( ) ( )
FD) 'racción *olar del co*ponente en el prod$cto de destilado. FB) 'racción *olar del co*ponente en el prod$cto de -ondo. L) co*ponente cla!e li!iano ) co*ponente cla!e pesado. A la *a,or2a de estos pro9le*as de separación este -actor está entre el rango de 7 a . :in e*9argo; para separacion es *$, p$ras este !alor p$ede llegar a +. El n/*ero de platos aproi*ada*ente será el logarit*o del -actor de separación para $n deter*inado siste*a.
2. TORRES DE FRAC CIONAMIENTO Las torres de -racciona*iento son cilindros !erticales; altos , de gran diá*etro. Donde con-ig$ran el contorno de la re-iner2a. Cada $na de las torres se encarga de retirarle $na porción a la cadena de 8idrocar9$ros. En el caso del gas oc$rre lo *is*o pero en este caso se trata de la separación de los integrantes *ás li!ianos de la cadena de 8idrocar9$ros. El dise5o de la torre de -racciona*iento co*ien%a con la indagatoria del -l$ido de -ondo; de la co*posición , conoci*iento ?$e se tiene del gas a tratar; $na !e% ?$e se sepa la co*posición , la prod$cción est6 garanti%ada se p$ede e*pe%ar el análisis de dise5o. La torre tiene $na presión esta9le en toda la longit$d; la /nica di-erencia ?$e 8a, entre el tope , el -ondo es de9ido al peso propio de los -l$idos. En ca*9io la te*pe rat$ra del tope es *$c8 o *ás 9aa ?$e la del -ondo de la torre.
Ti,o+ (e Fr'ccio&'(ore+ El tipo de torre -raccionadora depende del prod$cto ?$e se necesita o9tener , del prod$cto de ali*entación disponi9le. Los t2picos e?$ipos de -racciona*iento son para o9tener los sig$ientes prod$ctos) •
Etano
•
1e%cla de etano Kpropano
•
Propano co*ercial.
•
B$tano
•
B$tano , gasolinas
•
#asolinas nat$rales
•
1e%clas de gases con especi-icaciones deter*inadas
El n/*ero , tipo de -raccionadores depende del n/*ero de prod$ctos a ser prod$cidos , la co*posición de la ali*entación. Fi$r' 4/ Tre& (e Fr'ccio&'%ie&*o
'$ente) 'ig +(4; #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4; pag +(3.
O,er'ci-& Para descri9ir las operaciones de -racciona*iento de este tren as$*i*os ?$e el prod$cto de ingreso contiene $na alta cantidad de etano , por lo tanto será tratado en $na col$*na deetani%adora. Esta col$*na estará dise5ada para operar con 47 pisa. El proceso descripto; e!ita la ele!ación de la te*perat$ra en el -ondo a 4 ' , el acondiciona*iento a (7 ' en el tope de la torre para el re-l$o. Bao tales
condiciones el etano saldrá por la parte s$perior de la torre 8acia $n circ$ito de gas co*9$sti9le o planta de procesa*iento de otros deri!ados , por la parte in-erior se o9tendrán los *ás pesados; co*o el propano , s$periores. En la segunda etapa del tren de proceso; *ediante el *is*o siste*a , 9ao 3+3
psia depresión; con +37 ' de te*perat$ra de re-l$o , & ' para el proceso del l2?$ido en el -ondo; se o9tendrá el propano por la parte s$perior de la torre , los co*ponentes *ás pesados ; ingresarán en la tercer torre.
La tercera etapa opera a + psia para o9tener $n re-l$o de +37 ' , $n
acondiciona*iento en el -ondo a 7 '. De esta -or*a se rec$perará por la parte s$perior el 9$tano , por la in-erior se o9tendrá gasolina nat$ral esta9ili%ada.
EJERCICIO 1:Cálculo molar en una torre depropanizadora.
Para $n -l$o de ali*entación dado; calc$lar la co*posición de los -l$os; para el (&@ de propano rec$perado en $na col$*na -raccionadora; con $n *ái*o de iso9$tano contenido en el -l$o de +@. La ali*entación tiene la sig$iente co*posición)
SOLUCI;N/ allando las -racciones *olares para calc$lar el porcentae de ali*entación de ca9e%a , -ondo *ediante el $so de la depropani%adora
x i=
moles i ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ molestotales
( 1)
Aplicando la sig$iente ec$ación 8alla*os los sig$ientes !alores
Con los datos del eercicio procede*os a calc$lar la co*posición de la ca9e%a , -ondo de la torre -raccionadora.
Calc$lando los !alores con las sig$ientes ec$aciones para la ca9e%a. nC 2 + nC 3 + niC 4 =n!"L(C"BE#") ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ ( 2 )
$i−C 4 =
niC 4 ∗100 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ ( 3 ) n! "L ( C"BE#" )
e*pla%ando <> en <3>
$i−C 4 =
niC 4 ∗100 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ ( 4 ) nC 2+ nC 3 + niC 4
Despeando niC 4
, re*pla%ando !alores)
$iC 4 niC 4=
100 1−
( nC 2 +nC 3 ) $iC 4 100
1 ( 21.5 +( 0.98 ) ( 505.6 ) ) 100 = =5.22 moles 1 1− 100
Calc$lando los !alores con las sig$iente ec$aciones para el -l$o de -ondo
nC 3 ( %!&D!) =( 0.02 ) n C 3( "L'(E&"C')& )=( 0.02 )∗( 505.6 )=101.12 moles niC 4 ( %!&D!) =niC 4 ( "L'(E&"C')& ) −niC 4 (C"BE#" ) =105−5.22= 99.78 moles
3. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO Y DISEÑ O DE TOR RES DE FRACCIONAMIENTO. Fi$r' / e+0$e%' (e (i+e
Pre+i-& 8 *e%,er'*$r'. Antes de 8acer c$al?$ier cálc$lo en $n pro9le*a de -racciona*iento; se de9e deter*inar la presión de operación de la torre. na de las consideraciones pri*arias; es el *edio de en-ria*iento disponi9le para el condensador de re-l$o. El prod$cto de ci*a estará a las condiciones del p$nto de 9$r9$a; para $n prod$cto li?$ido o del p$nto de roció de $n prod$cto !apor. La presión para c$al?$iera de estos p$ntos; se -ia por la separación deseada de $n co*ponente , la te*perat$ra del *edio de en-ria*iento. T2pica*ente los *edios de en-ria*iento $sados son aire; ag$a , $n re-rigerante. El en-ria*iento con aire nor*al*ente es el *enos costoso. n dise5o práctico li*ita el proceso a M' de aproi*ación con la te*perat$ra a*9iente en !erano. Esto res$lta en $na te*perat$ra de procesos entre ++7 , +7 M' en la *a,or2a de los l$gares. Con ag$a de en-ria*iento se p$ede conseg$ir te*pera t$ras del proceso entre (7 , +7 M'. Para te*perat$ras por de9ao de (7 M' se re?$iere re-rigeración *ecánica; la c$al es el *edio de en-ria*iento *ás costoso. #eneral*ente es desea9le operar a la presión *ás 9aa posi9le para *ini*i%ar la !olatilidad relati!a entre los co*ponentes cla!es de separación. :in e*9argo; en la *edida ?$e se red$%ca presión se re?$iere el ca*9io a $n *edio de en-ria*iento *ás costoso; lo c$al no es $na opción desea9le.
Fi$r' !/ co&+i(er'cio&e+ ,'r' e# c#c$#o (e ,re+i-& (e o,er'ci-&.
Aire
Temperaturas de 115-125°F
Consideraciones para el cálculo de la presión de operación
Medio de enfriamiento disponible para
Agua Temperaturas de
el condensador
95-105°F Refrigerantes (refrigeración mecánica) Temperatura< 95°F
Volatilidad relativa entre los componentes claves de separación Costos y eciencia de operación
en!r presiónma"imi#a $a %!$ati$idad re$ati%a en!r presiónaument! en c!st! &resi!nes mu' e$e%adas- men!r eciencia de pr!ces!
'$ente) 'racciona*iento; se*inario de Ingenier2a de gas; I++.
En alg$nos casos el prod$cto de tope de $na col$*na de9e ser co*pri*ido; en este caso $na presión de operación alta es desea9le para red$cir la potencia de co*presión. Otros p$ntos ?$e se de9en tener en c$enta en la selección de presión por ee*plo; el 8ec8o de ?$e si la presión de operación es *$, alta; la te*perat$ra critica del prod$cto de -ondo se p$ede s$perarse , la separación deseada no se alcan%a. A *anera de g$2a; *antener la te*perat$ra de -ondo en 7M' por de9ao de la te*perat$ra cr2tica -a!orece La separación. Adicional*ente; la presión no p$ede eceder la presión cr2tica del prod$cto de ci*a deseado.
La selección de $n condensador parcial o total se -ia seg/n sea el prod$cto de tope re?$erido. Para $n prod$cto l2?$ido se $tili%a $n condensador total , para$n prod$cto !apor se $tili%a $n condensador parcial. :in e*9argo; $n prod$cto -inal l2?$ido p$ede ser prod$cido en $na torre co*o !apor , posterior*ente ser en-riado o co*pri*ido para prod$cir el l2?$ido deseado. a, casos incl$si!e en los c$ales la lic$e-acción ag$as a9ao es *ás econó*ica. En *$c8os casos; el siste*a de -racciona*iento con $n condensador parcial es *ás econó*ico , de9e co*pararse contra el costo adicional de los e?$ipos ag$as a9ao. Antes de c$al?$ier co*paración econó*ica; el dise5o de la col$*na de9e 8acerse para a*9os tipos de condensador; con !arias relaciones de re-l$o , !arias presiones de operación.
Re#'ci-& (e re)#$jo 8 &=%ero (e e*','+ El dise5o de $na col$*na de -racciona*iento es $n pro9le*a de 9alance entre el costo de in!ersión , el costo de energ2a. Los pará*etros pri*arios son el n/*ero de etapas , la relación de rel$o. La relación de rel$o se p$ede de-inir de !arias -or*asH en *$c8os cálc$los; la relación de re-l$o está de-inida co*o la relación de la rata *olar de rel$o l2?$ido di!idida por la rata *olar de prod$cto neto de ci*a. El de9er del re8er!idor es $na -$nción directa de la relación de re-l$o; *ientras se *antiene en la col$*na de -racciona*iento $n 9alance total de *ateria , calor para $na separación dada. na col$*na de -racciona*iento p$ede prod$cir sola*ente $na separación deseada entre los l2*ites de rel$o *2ni*o , el *2ni*o n/*ero de etapas. Para *2ni*o rel$o se re?$iere $n n/*ero in-inito de etapas. Para re-l$o total; se re?$iere $n *2ni*o n/*ero de etapas.
Fi$r' "/ Re#'ci-& e&*re #' re#'ci-& (e re)#$jo 8 e# &=%ero (e e*','+.
'$ente) 'ig +(7; #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4; pág +(4.
Ning$na de estas dos sit$aciones representa la operación real; pero son los etre*os de la con-ig$ración de dise5o posi9le. Para calc$lar a*9os casos se 8an desarrollado *6todos rig$rososH sin e*9argo; se re?$iere $na sol$ción por co*p$tador para eec$tar cálc$los plato a plato. Para iniciar $n dise5o detallado; se 8acen esti*ati!os de la relación *2ni*a de re-l$o , el *2ni*o n/*ero de platos; $sando *6todos si*ples de análisis de co*ponentes 9inarios cla!es.
M5&i%o &=%ero (e ,#'*o+ El n/*ero *2ni*o de platos p$ede ser calc$lado para la *a,or2a de los siste*as *$ltico*ponentes por la ec$ación de 'ense. S m=
log ( S % ) log( α a*+ )
Ecuación 5.
Donde)
α a*+ Volatilidad relati!a pro*edio S m N$*ero de platos *2ni*o. S % 'actor de separación.
S m en esta ec$ación incl$,e $n re8er!idor parcial , $n condensador parcial si ellos se $san. La es la !olatilidad relati!a pro*edio < α a*+ ¿ en la col$*na para los co*ponentes cla!es en la separación. El pro*edio *ás co*/n*ente $sado es el arit*6tico.
α a*+=
α top + α ,ottom 2
Ecuación 6.
α a*+ Volatilidad relati!a pro*edio α top Volatilidad relati!a en el tope de la torre. α ,ottom Volatilidad relati!a en el -ondo de la torre. :i la !olatilidad !ar2a a*plia*ente; se $sa la aproi*ación de inn en la c$al se *odi-ica la !olatilidad. - ij =
K LK ,
K HK
Ecuación 7.
Donde)
- ij 'actor de Volatilidad. , Eponente o9tenido de gra-icas de la constante de e?$ili9rio so9re los rangos de inter6s. El *2ni*o n/*ero de platos se calc$la con la sig$iente epresión) log
S m=
[( ) ( ) ( ) ] XD XB
LK
XB XD
,
HK
log ( -ij )
B D
1− ,
Ecuación 8.
S m N$*ero de platos *2ni*o.
- ij =Factor de Volatilidad. , Eponente o9tenido de gra-icas de la constante de e?$ili9rio so9re los
rangos de inter6s.
X ) 'racción *olar del l2?$ido; 1olesJTie*po B ) Tasa de prod$ctos de -ondo; 1olesJTie*po D
) Tasa de prod$ctos destilados; 1olesJTie*po
LK ) Co*ponentes li!ianos
HK ) Co*ponentes pesados <8ea!, e,> El *2ni*o n/*ero de platos incl$,e el condensador parcial , el re8er!ido parcial si ellos se $san.
M5&i%' re#'ci-& (e re)#$jo. El *6todo de nderood es el *ás $sado para calc$lar la *2ni*a relación de re-l$o. :e as$*en constantes la !olatilidad relati!a , la relación *olar l2?$idoJ!apor. El pri*er paso es e!al$ar por pr$e9a , error n
1−/ =
X ∗α
%i i Ec uación 9. ∑ i = ( α −0 ) 1
i
/ 1oles de l2?$ido sat$rado en el ali*ento por *ol de ali*ento. 0 Pará*etro de a$ste de la ec$ación. % 1asa de entrada *olJtie*po. αi Volatilidad relati!a del co*ponente i respeto al co*ponente *ás pesado de la *e%cla.
α i=
Ki Ecuación 10. Kj
Donde)
α epresenta el -actor de separación K Constante de E?$ili9rio i Cada $no de los co*ponentes de la *e%cla. j Co*ponente *ás pesado de la *e%cla. L$ego de calc$lar el !alor de 0 por ensa,o , error; se calc$la la *2ni*a relación de re-l$o as2)
( LD ) + = 1 + =∑ (α −X0 )/ α Ecuación n
o
1
m
m
Di
1
i =1
i
11.
i
0=¿ Pará*etro de a$ste de la ec$ación.
Lo=¿ Tasa de re-l$o li?$ido; *olJTie*po 1m=¿ D =¿
12ni*a relación de re-l$o. Tasa de prod$ctos destilados; 1olesJTie*po
" ma2or reflujo 3 (a2or consumo de *apor 4
N=%ero (e ,#'*o+ *e-rico+ El n/*ero de etapas teóricas re?$eridas para $na separación dada a $na relación de re-l$o entre el *2ni*o , el re-l$o total; se p$ede deter*inar por relaciones e*p2ricas. Er9ar , 1addo 8icieron $na etensa in!estigación de cálc$los de -racciona*iento plato a plato , desarrollaron la correlación de la sig$iente -ig$ra)
Fi$r' >/ Corre#'ci-& (e Er'r 8 M'(o?? 0$e re#'cio&' e# re)#$jo 8 e# &$%ero (e e*','+.
F$ente) 'ig +("; #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4; pag +(".
Esta correlación relaciona la ra%ón *2ni*o n/*ero de etapas a etapas teóricas <:*J:>; con la *2ni*a relación de re-l$o < *> , la relación de rel$o de operación <>.
1=
( LD ) o
( 11+ )=( VL ) m
m
o
1
1
=
1
Lo
( 1 + ) (V ) 1
1
m
La -ig$ra ( se p$ede $sar para deter*inar el re-l$o de operación para $n n/*ero dado de etapas teóricas; entrando a la -ig$ra con el !alor de : *J:;*o!i6ndose 8acia arri9a 8asta la l2nea ?$e representa el !alor de *J<*Ql>* , se lee so9re las ordenadas a la i%?$ierda; $n !alor de J<Ql>LoJVi. La relación de re-l$o ópti*a de operación se enc$entra cerca a la *2ni*a relación de re-l$o. Valores de +. a +.3 !eces el *2ni*o son co*$nes. L$ego para $na dada se p$ede deter*inar el !alor de : en la 'ig$ra (. #eneral*ente; 1,2
Lo Lo Lo 5 5 1,3 V1 m V1 V1
( )( ) ( )
m
Esta correlación se generó so9re la 9ase ?$e el ali*ento está en s$ p$nto de 9$r9$a. :i el ali*ento está entre el p$nto de 9$r9$a , el p$nto de roc2o; el rel$o de operación de9e corregirse. Er9ar , 1addo prop$sieron la sig$iente relación para a$star la rata de !apor del plato de ci*a; para $n ali*ento ?$e no est6 en s$ p$nto de 9$r9$a)
(+ − D% ) [ % ( H 1
V corr=V calc
V%
− H B6 ) ]
7C Lo
Ecuación 12.
calc
( )
Lo Tasa de re-l$o li?$ido; *olJTie*po. V corr 'l$ode !apor en la sección de recti-icación a condiciones distintas al p$nto de 9$r9$a; 1olJTie*po.
V calc 'l$o de !apor en la sección de recti-icación en el p$nto de 9$r9$a; 1olJTie*po. 7C =¿
D$t, del condensador; BTJ8r.
D=¿ Tasa de prod$ctos destilados; 1olesJTie*po.
% 1asa de entrada *olJtie*po.
H V%=¿ Entalpia de la Corriente !apori%ada de ali*entación; BTJL9. H B6=¿
Entalpia de la Corriente de ali*entación en p$nto de 9$r9$a; BTJL9.
La rata de re-l$o se a$sta posterior*ente por el 9alance de *ateria as2)
Lo=V 1− D Ecuación 13
Lo Tasa de re-l$o li?$ido; *olJTie*po D =¿
Tasa de prod$ctos destilados; 1olesJTie*po.
V 1=¿
Tasa de !apor ?$e sale del palto de tope; 1olesJTie*po.
P'+o+ ,'r' #o+ c#c$#o+ (e (i+e
E@ERCICIO 2/ C#c$#o+ (e (i+e
na corriente de. (+; galJd en s$ p$nto de 9$r9 $a; se ali*enta a $na torre de -racciona*iento con la co*posición *olar ?$e se indica a contin$ación)
COMPOSICI;N DE LA M o# CORREINTE DE ENTRADA
Mo#e+
C
;"
+;7
C3
4&;0"
77;0
iC4
+;++
+7
nC4
4;&
7;+
iC7
7;4+
70;
nC7
4;&+
7
C0
4;&7
7;4
TOTAL
+
+3&;&
Deter*inar) a> El *2ni*o de platos re?$eridos. 9> La relación de re-l$o *2ni*a. c> El n/*ero de platos teóricos a +;3 !eces la *2ni*a relación de -l$o. eali%ando el *is*o procedi*iento presentado en el ee*plo anterior se o9tiene la sig$iente ta9la de 9alance general.
SOLUCI;N/ a> El *2ni*o de platos re?$eridos. Pri*ero especi-ica*os los co*ponentes cla!e en la separación. Co*ponente cla!e li!iano es el POPANO C3 Co*ponente cla!e pesado es el I:OBTANO iC4
TABLA1. B'#'&ce %o#'r e&er'# e& #' *orre (e,ro,'&i'(or'.
:e deter*inan las consta ntes de e?$ili9rio li?$ido !apor <> de ac$erdo a la presión , te*perat$ra en las grá-icas de la sección 7 del li9ro #P:A. T'#'2/ co&+*'&*e+ (e e0$i#irio ,'r' c'(' co%,o&e&*e ' #' ,re+i-& 8 *e%,er'*$r' e+,eci)ic'(' e& e# *o,e (e #' *orre.
T'#' 3/ co&+*'&*e+ (e e0$i#irio ,'r' c'(' co%,o&e&*e ' #' ,re+i-& 8 *e%,er'*$r' e+,eci)ic'(' e& e# )o&(o (e #' *orre.
Fi$r' 9/ c$r'+ (e co&+*'&*e+ (e e0$i#irio ,'r' e# ,ro,'&o.
'$ente) #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4. PA# 7+7.
:e deter*ina la !olatilidad relati!a pro*edio de los co*ponentes cla!e li!iano , cla!e pesado.
α a*+=
α 1 + α 2 1,643 + 2,07 = 2
2
α a*+=1,1855 Con el !alor de la !olatilidad relati!a de los co*ponentes cla!e , las co*posiciones de los co*ponentes a la salida tanto en el tope co*o en el -ondo se deter*ina el -actor de separación de la *e%cla.
S% = XD XB
( ) ∗( XX ) B
LK
D HK
T'#' 4/ Porce&*'je e& %o# (e #o+ ,ro($c*o+ c'#e #ii'&o 8 c#'e ,e+'(o e& e# *o,e (e #' *orre.
Prod$ctos tope
(
S % = 94,88 1,96
de Prod$ctos -ondo
Co*ponente
@1ol
@1ol
C3
(4;&&
+;(0
iC4
+;
+(;3+
) ∗(
19,31 1,0
LK
)
de
HK
S % =936,24 R S m=
S m=
log ( S % ) log( α a*+ ) log( 936,24 ) log ( 1,855 )
S m=11,07 platos 12 platos ≅
A8ora se deter*inara el *2ni*o n/*ero de platos teóricos por el *6todo de inn. , - ij = K LK / K HK
T'#' 1/ Porce&*'je e& %o# (e #o+ ,ro($c*o+ c'#e #ii'&o 8 c#'e ,e+'(o e& e# )o&(o (e #' *orre.
TOPE Pre+i-&2> P+i' Te%,er'*$r'12 F
FONDO Pre+i-&2> P+i' Te%,er'*$r'2 F
Co*ponente
C3 iC4
;3 ;47
;(3 +;4
0,45
¿ ¿
K LK = 0,93= - ij∗¿
S<+>
1,4
¿ ¿
K LK = 2,3= - ij∗¿
<e8er!idor>
S<>
Di!ido la ec$ación S<+> en la ec$ación S<> , o9tengo el !alor de 9.
, =0,798
L$ego el !alor de 9 es re*pla%ado en c$al?$iera de las dos ec$aciones anteriores , se det er*ina el !al or para - ij . 'inal*ente se 8alla el n/*ero de platos *2ni*o. log
[( ) ( ) ( ) ] XD XB
S =
LK
XB XD
,
HK
B D
1− ,
log ( - ij )
m
T'#' !/ C'&*i('( (e %o#e+ (e #o+ ,ro($c*o+ c#'e ,e+'(o 8 c#'e #ii'&o 0$e +'#e& (e #' *orre.
Porce&*'je+ ( e ' #i%e&*'ci-&
Pro($c*o+ ( e * o,e
Pro($c*o+ e & ) o&(o
Co*ponente
1oles
1oles
C3
4(7;4(
+;++
iC4
7;
((;"&
TOTAL
7;+
7+0;7(
1−0,798
0,798
S m=
log 495,49 10,11
[(
)( LK
99,78 5,22
) ( HK
log ( 1,7585)
516,59 522,21
) ]
S m=11,05 platos ( ,andejas ) 12 platos ≅
na !e% calc$lado el *2ni*o n/*ero de platos se deter*ina la *2ni*a relación de re-l$o.
L' re#'ci-& (e re)#$jo %5&i%'. :e reali%a el proceso iterati!o para deter*inar el !alor de ; ?$e en este caso es de +7;("7; partiendo de los !alores de
αi
.
:ección 7 Li9ro #P:A. :e deter*inan los !alores de las constantes de e?$ili9rio Ki
para cada $no de los co*ponentes de la *e%cla a $na te*perat$ra de
ali*ento , a presión de & Psi , se registran en $na ta9la para 8allar el !alor de 0 .
=(120 + 2 50 )/ 2=185 8 % Fi$r' 1/ c$r'+ (e co&+*'&*e+ (e e0$i#irio ,'r' e# ,ro,'&o.
'$ente) #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4. PA# 7+7.
:e reali%a el proceso iterati!o para deter*inar el !alor de ; ?$e en este caso es de +7;("7; partiendo de los !alores de α=
αi
.
Ki Kj n
1−/ =
X
%i ∑ i= ( α −0 )/ α 1
i
≅
0
i
Se asume /ue el *alor de/ =1 9alim ento esta enel punto de,ur, uja 4
:e de9e tener co*o p$nto de inicio ?$e el !alor de
0
oscila entre las
!olatilidades relati!as del C3 , C4 en la sig$iente ta9la. +3;&3 50 5 26,67
0
T'#'"/ c'#c$#o (e# '#or (e
Con el !alor de 0 se deter*ina la *2ni*a relación de re-l$o.
( )+= Lo D
n
1 1 m+ 1=
m
X Di
∑ = ( α −0 )/ α i 1
i
i
T'#'>/ c#c$#o (e #' %5&i%' re#'ci-& (e re)#$jo.
( LD ) + = 1 + =( o
1
m
m
1
0,041∗68,33 0,949∗26,67 0,01∗13,83 + + =2,3368 68,33 −15,9) ( 26,67 −15,9) ( 13,83−15,9 )
1m=1,3368 L a minimarelaci ó n de flujo de reflujo para las condiciones dadas esde 1,3368
c E# &$%ero (e ,#'*o+ *e-rico+ ' 1G3 e ce+ #' %5&i%' re#'ci-& (e )#$jo. :e deter*inan los !alores de
Lo V1
, de
( ) Lo V1
m
con los c$ales se entra a la
gra-ica de Er9ar , 1ado para deter*inar el n/*ero de platos teóricos.
1=( 1,3 )∗1m =( 1,3 )∗( 1,337 )=1,738 Fi$r' 9/ Corre#'ci-& (e Er'r 8 M'(o?? 0$e re#'cio&' e# re)#$jo 8 e# &$%ero (e e*','+.
'$ente) 'ig$ra +("; #P:A EN#INEEIN# DATABOO; +t8 Edition; 4; pag +(".
L 1 1,738 = o= = 0,635 1 + 1 V 1 1,738 + 1
1m L = o = 1,337 =0,572 1 m+ 1 V 1 m 1,337 + 1
( )
Co*o se p$ede o9ser!ar en la gra-ica; el !alor de <:*J:> es de ;74. G con el !alor *2ni*o de platos deter*inado anterior*ente se deter*ina el n/*ero de platos teóricos.
S m =0,54 S S =11 del punto,
S=
Sm 0,54
= 11 =20,4 platos 0,54
1edondeando se de,enusar 21 platosteorico
C#c$#o (e #' E)icie&ci' (e# P#'*o Todo el co*porta*iento del dise5o de las torres se 9asa en platos teóricos. n plato act$al no logra el e?$ili9ro de9ido a las li*itaciones del tie*po de contacto de !aporl2?$ido. En $na col$*na act$al *ás platos son re?$eridos para o9tener la separación deseada. Usta deter*inación es $s$al*ente lograda por el $so de la de-inición de la e-iciencia; as2)
6latos reales=
6latos teoricos :
: = Eficiencia Usta correlación la desarrolló OConnell <+(40> , correlaciona la e-iciencia de los platos de -raccionadoras , a9sor9edoras. Para -raccionadoras; 6sta correlación considera siste*as de los c$ales " perteneces a siste*as 8idrocar9$ros. La correlación3& *$estra la relación so9re toda la e-iciencia de los platos , la !olatilidad relati!a co*p$tan $n pro*edio a condiciones de la col$*na , la !iscosidad del ali*ento co*o $n pro*edio a condiciones de la col$*na.
α ∗ ; = Factor para $allar la e%iciencia del plato.
Fi$r' H/ E)ec*o (e #' o#'*i#i('( re#'*i' 8 #' i+co+i('( e& #' e)icie&ci' (e ,#'*o+ e& #' co#$%&' (e )r'ccio&'%ie&*o.
'$ente) 'ig$ra +(+&; #P:A EN#INEEIN# DATABOO; +t8 Edition; 4; pag •
Calcular el número de platos para el ejercicio 2 si la viscosidad de la corriente de alimentación es de 0,076 cp a 18 !F
18 !F es la temperatura promedio para la cual " promedio=1,8#
α ∗ ;=( 0,076 )( 1,855 )
:=
6latos teoricos 6latosreales
α ∗; =0, 1#1
6latos reales=
6latos teoricos :
: = 80&
Los 6latosteoricos son 21, perode ellos uno esta dentro del reer*idor por lo tanto dentro de la torre solo
6latos reales=
21 −1
6latos reales=25
0,8
'ig$ra +(+&; E--ect o- BOO; elati!e+t8 Volatilit, and Viscosit, on Plate E--icienc, o- 'ractionating Col$*n EN#INEEIN# DATA Edition;
; #P:A
n plato adicional por cada ali*ento , $n plato adicional por cada interca*9iador de calor lateral.
6latos reales=25 + 1=26
4. CÁLCULO DEL DIÁMETRO FRACCIONAMIENTO
DE
LAS
TORRES
DE
Para 8allar el diá*etro apropiado de las torres de -racciona*iento; seg/n la #P:A eisten tres *6todos ?$e son de soporte en el cálc$lo de 6ste; p$eden ser) • • •
16todo del 'actor C 16todo del No*ogra*a 16todo Detallado.
A contin$ación !a*os a reali%ar el cálc$lo para los pri*eros *6todos; ?$e son *ás -áciles de resol!er en relación con el 16todo detallado <6ste no !a ser eplicado>.
M7*o(o (e# F'c*or C Uste *6todo -$e desarrollado por :o$ldersBro n <+(34> ?$ienes $tili %aron la le, de :toes a tra!6s de la sig$iente -ór*$la)
V corr=C = L− =* =*
√
=L
*ensidad de$ $+,uid! (./0ft )
=V
*ensidad de$ %ap!r (./0ft )
C Fact!r de c!rre$ación de 2!u$ders-3r!4n (ft05r)
V max 6e$!cidad má"ima (ft05r) D =
√
V max ( 0.7854 ) * max
D =¿ *iámetr! de $a Las densidades son a presión , te*perat$ra -l$,ente. Este *6todo -$e desarrollado para platos de cáps$las de 9$r9$eo , da $n diá*etro con ser!ati!o c!$umna (ft) en relación con otros tipos de platos. Fi$r'/ E+,'ci'%ie&*o e&*re ,#'*o+G ,$#'('+.
'ig$ra +(+3; :o$dersBron Correlation -or Approi*ate Toer :i%ing #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4
M7*o(o (e# No%or'%' Uste *6todo -$e desarrollado por las Inc #litsc8 <+(&+&> *ás ?$e todo para platos de !ál!$la. Uste procedi*iento inicia con el No*ogra*a; siendo $na si*ple relación de la tasa de l2?$ido <#P1> , a $na V load de-inida co*o)
V load =C%S V load
√
=* =L − = *
3 Corriente de !apor <-t Js>
=L
3 Densidad del l2?$ido.
=V
3 C%S 3 Densidad del !apor. Carga de !apor Vapor <-t Js>
D =¿ Diá*etro de la col$*na <-t>
3
V load ft s
3
>V load ft s
'ig$ra +(+4; Val!e Tra, Dia*eter; #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4
M7*o(o De*'##'(o Uste es el *6todo *ás eacto; , co*ien%a con $na resta entre las densidades de las dos -ases =l − =*
( ) L, 3 ft
.ueg! se %a a $a Fig 19-178 5a$$!
VD
¿ ds+
espaciamient! entre p$at!s
'eniendo en cuenta (ue la densidad del vapor es ma)or (ue 1,8 se de*e usar la si+uiente %ormula
s2stem %actor= 1,21 ( =* )0,32 ¿ VD ds+ =Velocidad del do@ncomer ( no corre+ida ) (
+pm ) ft 2
¿ VD ds+ =VD ds+ ( S2stem %actor )
+pm / ft 2 VD ds+ =Velocidad del do@ncomer ( corre+ida ) ¿ ) C"% =C"% o ( S2stem %actor ) Fi$r'/ 6e#oci('( (e (i+e
'ig$ra +(+0; Don co*er Design Velocit,; #P:AEN#INEEIN# DATABOO; +t8 Edition; 4
Figura 19-15, System Factors, GPSA ENGINEERING DATA BOO, 1!t" E#itio$, !%%&
Con el +".
, la densidad del !apor se entra a la 'ig. +(
C"% =C"% ( S2stem %actor ) ft / s ) o
(
*ensidad de$ %ap!r
Figura 19-1', A((ro)imate F*oo# +a(acity o a*.e Trays, GPSA ENGINEERING DATA BOO, 1!t" E#itio$, !%%&//
:e 8alla la 'LP)
%6L= 9 D / &6 Donde) %6L Longit$d de la tra,ectoria del -l$o <-t>
&6 N$*ero de pasos en $n plato. D =¿ Diá*etro de la col$*na <-t>
:e tiene en c$enta ?$e
D
es to*ado del *6todo del *onogra*a , ?$e el
plato tiene dos pasos.
L$ego se 8alla el AA1) ""( =
V load + [>6( ( %6L / 13000 ) ] C"%∗%%
L$ego se 8alla el AA1) ""( =
""(
V load + [>6( ( %6L / 13000 ) ] C"%∗ %%
Wrea acti!a del plato<-t >
C"% 'actor de capacidad de Vapor corregido <-tJs> %6L Longit$d de la tra,ectoria del -l$o <-t> %% 'actor de in$ndación.
El 'actor de in$ndación es co*/n*ente $sado en ;& para *ás siste*as. :e procede a 8allar el AD1) "D( =>6( /( V Dds+∗ %% )
"D( Wrea del plato oc$pada por el Donco*er <-t .> >6( Tasa o Corriente de entrada a la torre :i AD1 es *enor ?$e el ++@ de AA1; $sa*os el ++@ de AA1 o el do9le del !alor o9tenido para AD1. V D ds+ Velocidad en el Donco*er corregida +pm / ft 2 > ¿
L$ego se 8alla el AT1) "( = "(( + 2∗( "D( )
"(
sección del área trans!ersal de la torre <-t .>
""( Wrea acti!a del plato <-t.> X ta*9i6n por)
"D( V load Wrea del plato oc$pada por el Donco*er. <-t .> "( = 0,78∗C"% ∗%% "(
V load
sección del área trans!ersal de la torre; -t . 3 Corriente de !apor; -t Js.
C"% 'actor de capacidad de Vapor corregido -tJs %% 'actor de in$ndación.
&!" : De,etomarse el ma2or *alor de "( D =√ "( / 0,7854
E@ERCICIO 3. DETERMMINACI;N DEPROPANIJADOR.
D EL
DIÁMETRO
DE
UN
Deter*ine el diá*etro de $na torre depropani%adora 9asado en la sig$iente in-or*ación/
7* elación de vapor =*
!Caudal"
#04$ %
'ensidad d el v apor
3,0
7l elación
3 ft /&r (b/ft
3
de l
$$+0
3 ft /&r
de l
2%,%
p m
l)*uido!Caudal
=l
'ensidad l)*uido
A
-ensión supercial del li*uido
3,3
'ina/cm
S
.eparación
24F
uladas
entre
platos
1. M7*o(o (e# F'c*or C 430
:spaciamien!
a c t! r ; e n $a c ! r r e $a c 3,3 dina/cm ió n d e 2 ! u $d e r s 3 r ! 4 24 n (f p$at!s8 pu$gadas entre t0 5 r )
Figura 19-13, ouder!-"ro#n Correlation $or %ppro&imate 'o#er izing ()% E*(I*EERI*( +%'% "OO, 1t Edition, //0
V corr=C
√
= L− =* =*
C 430 ≅
V corr= 430
√
28,8 −3,0 3,0
V corr=¿ +0+ -tJ8r
La V corr=V max ; l$ego se 8alla el D
D =
√(
V max 0.7854 ) * max
D =
√
D =8,43 ft 2. M7*o(o (e# No%or'%'
70418
( 0.7854 )∗1261
:e 8alla el C': ?$e es el 7* /
V load =C%S
√
=* =L − = *
V load =(
t3 9 6 Para platos de $n solo Ya> ++( #P1 , 0;0" -t3Js se paso o9tiene D $n =diá*etro de)
9> Para platos de dos pasos
D = 7 6
√
7048 ft 3 /
3. M7*o(o De *'##'(o
=l− =* =( 28,8 −3,0 )=25,8
L, ft 3
−
L,
Figura 19-1, +o#ncomer +e!ign 2elocit, ()% E*(I*EERI*( +%'% "OO, 1t Edition, //0
Teniendo en c$enta ?$e la densidad del !apor es *a,or ?$e +;& se de9e $sar la sig$iente -or*$la) s2stem %actor =
1,21
( =* )
0,32
Con ( =* ) 3;
s2stem %actor=0,851 Para 8allar la !elocidad del Donco*er corregida 0,4 ¿
VD ds+=VD ds+ ( S2stem %actor )=186∗( 0,851 )
:e 8alla el
158,35 +pm / ft 2 C"% o a tra!6s de la 'ig. +(+" con la Densidad del !apor
=* , el n/*ero de platos.
3,0 *ensidad de$ %ap!r
Figura 19-14, %ppro&imate Flood Capacit o$ 2al5e'ra!, ()% E*(I*EERI*( +%'% "OO, 1t Edition, //0
A8ora se 8alla el 'actor de capacidad del !apor corregido a tra!6s del 'actor de Capacidad del Vapor no corregido)
C"% =C"% o ( S2stem %actor )
C"% o= 0,45 ft / s C"% =0,383 ft / s
C"% =( 0,45 )( 0,853 )
%6L= 9 D / &6
Wrea acti!aen delc$enta plato) ?$e Teniendo
D
"0Z <";7> del *6todo del *onogra*a ,
?$e el plato tiene dos pasos.
""( = %6L= 9 ( 7,5 )/( 2 )
V load+ [>6( ( %6L / 13000 ) ] 6,67 + [ 1190∗( 33,75 / 13000 ) ] = C"%∗%% 0,383∗0,82 ""( =31,07 ft 2
El área del donco*er)
"D( =
>6( =1190/( 158,35∗0,82 ) V D ds+∗%%
"D( =9,17 ft
2
:e 8alla la sección del área trans!ersal de la torre
"( = "(( + 2∗( "D( )=31,07 + 2∗( 9,17)
"( =49,4 ft 2
V load
6,67 "( =27,22 ft 2 = :e de9e to*ar el *a,or !alor de AT1; en este caso corresponde a 4(;4-t
"( =
'inal*ente se 8alla el D D =
√
"( 0,7854
)
=√ 49,4 /0,7854
D =7,93 ft CONCLUSIONES El n/*ero , tipo de -raccionadores depende del n/*ero de prod$ctos a ser prod$cidos , la co*posición de la ali*entación. :i la !olatilidad relati!a es alta; $n co*ponente tiene $na tendencia *$c8o *a,or a !apori%ar ?$e el otro; , será -ácil separarlos $no del otro *ediante la !apori%ación de $no . :i la !olatilidad relati!a es la $nidad; cada co*ponente es tan !olátil co*o el otro; , no p$eden separarse por destilación.
Al 8acer el respecti!o cálc$lo de la co*posición de los -l$os ,a sea en la ca9e%a , en el -ondo se o9tiene los sig$ientes !alores.
)ara nue!tro re!pecti5o procedimiento de cálculo di!e6o de torre! de $raccionamiento. En n$estro caso $na torre depropani%adora entonces
MOLES COMPUEST MOLES OS
DE
CABEJA C2 C3 IC4 TOTAL COMPUESTOS DE FONDO C3 IC4 NC4 IC NC C! TOTAL
+;7 4(7;4( 7; 22G21
FRACION FRACION MOLAR MOLAR 4;+ (4;&& +. 1.
seg$i*os paso a paso
los
procedi*ientos del cálc$lo co*o ta*9i6n el $so de no*ogra*as ?$e o9t$!i*os del li9ro #P:A
+;+ ((;"& 7;+ 70; 7; 7;4 1!G!
+;(0 +(;3+ 4&;4+ +;&( (;0& (;"7 1. EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4. PA# 7+7.
:ig$iendoH
)a!o! para lo! cálculo! de di!e6o de una torre $raccionadora.
+. Esta9lecer la co*posición del ali*ento; la rata de l$o; la te*perat$ra , la presión. . acer $na partición de los prod$ctos en la col$*na , esta9lecer la te*perat$ra , la presión. Con la presión de la col$*na calc$lar la te*perat$ra del re8er!idor. 3. Calc$lar el *2ni*o n/*ero de etapas teóricas con la ec$ación de 'ense. 4. Calc$lar la *2ni*a relación de re-l$o por el *6todo de nderood. 7. O9tener la relación etapas teóricas J re-l$o de operación de la -ig$ra (. 0. A$star el re-l$o real para !apori%ación del ali*ento si es necesario Antes de 8acer c$al?$ier cálc$lo en $n pro9le*a de -racciona*iento; se de9e deter*inar la presión de operación de la torre. na de las consideraciones pri*arias; es el *edio de en-ria*iento disponi9le para el condensador de re-l$o.
A re
Temperatura s de Medio de enfriamiento disponible para el condensador Consideracione s para el cálculo de la presión de operación
Volatilidad relativa entre los componentes claves de separación Costos y eciencia de operación
115-125°F
Agua Temperaturas de
95-105°F Refrigerantes (refrigeración mecánica) Temperatura< 95°F en!r presiónma"imi#a $a %!$ati$idad re$ati%a en!r presiónaument! en c!st! &resi!nes mu' e$e%adas- men!r eciencia de pr!ces!
:e g$i da *e nte
calc$la*os las -racciones *olares de los co*p$estos co*o la ta9la + , s$s !alores de constan te de e?$ili9rio; con a,$da de los no*ogra*as de #P:A EN#INEEIN# DATA BOO. posterior*ente se reali%ó el cálc$lo del *2ni*o n/*ero de platos de la etapa teórica $sando la ec$ación de 'ense. Teniendo $n !alor de) S m=11,07 platos
Se re0$i ere $&o + 12 ,#'* o+ ,'r' (icK ' o,er'c i-& (e #'
)r'ccio&'(or'
(e,ro,'&i'(or' ' #o+ relación ('*o+ (e# #ii'&o Para el cálc$lo e& de '+e la *2ni*a decor*e re-l$o. :e reali%a el proceso iterati!o para deter*inar el !alor de ; $sando el *6todo de nderood ?$e en este caso es de +7;("7; partiendo de los !alores de α i . :ección 7 Li9ro #P:A. :e deter*inan los !alores de las constantes de e?$ili9rio i
para cada $no de los co*ponentes de la *e%cla a $na
te*perat$ra de ali*ento , a presión de & Psi , se registran en $na ta9la para 8allar el !alor de .
1m=1,3368
L a minimarelaci ó n de flujo de reflujo para las condiciones dadas es de 1,3368
El n$*ero de platos teóricos a +;3 !eces la *2ni*a relación de -l$o. :e *$ltiplica , se tiene) 1=1,738 As2a se logró deter*inar el n/*ero de platos teóricos. : ;4 platos teóricos . 1edondeando se de,en usar 21 platosteorico
C#c$#o (e# (i%e*ro (e #'+ *orre+ (e )r'ccio&'%ie&*o Para 8allar el diá*etro apropiado de las torres de -racciona*iento; seg/n la #P:A eisten tres *6todos ?$e son de soporte en el cálc$lo de 6ste; p$eden ser)
16todo del 'actor C 16todo del No*ogra*a 16todo Detallado. A contin$ación reali%ara*os el cálc$lo para los pri*eros *6todos; ?$e son *ás -áciles de resol!er en relación con el 16todo detallado <6ste no !a ser eplicado>. :eg$ida*ente se reali%ó cálc$los con di-erentes no*ogra*as , *6todos; teniendo asi)
Para $n espacia*iento de 9andea distinto a 4Z o para $n -actor de in$ndación <''> di-erente; el @ error p$ede !ariar considera9le*ente , se podr2a decir ?$e en $n e*pa?$e; el diá*etro de la col$*na , la alt$ra lleno de $n derec8o espec2-ico está directa*ente relacionada con el ta*a5o de e*pa?$etado con independencia del tipo e*pa?$e. Los e*pa?$es al a%ar
•
se s$*inistran en los ta*a5os co*$nes sig$ientes) 7J& [ <+0**> + [ <7 **> [ <7 **> 3 [ <"7**> + \ [ <4 **> \ [ <0**> 3 \ [ <(**> C$anto *a,or sea el ta*a5o del e*pa?$e *ás pe?$e5o es el diá*etro de la col$*na pero *ás grande la alt$ra del lec8o e*pacado. Para la *a,or2a de las aplicaciones de $n ópti*o entre el diá*etro , la alt$ra se consig$e
•
c$ando los + \ [, [ ta*a5os se $tili%an. Los *ateriales de los c$ales los e*pa?$es p$eden ser) o 1etal o De plástico
o o
Cerá*ico Car9ono
'ig$ra) Tipos de e*pa?$es $sados en torres de e*pa?$es.
REFERENCIA DE DOCUMENTOS CITADOS #P:A EN#INEEIN# DATA BOO; +t8 Edition; 4 ]nidades de 'racciona*ientoZ; iipedia; La enciclopedia Li9re; Act$ali%ado +7. 'racciona*iento; se*inario de Ingenier2a de gas; I++.
REFERENCIA DE DOCUMENTOS CONSULTADOS Ap$ntes en clases; Ing. a*iro 'lores ; Ingenier2a Petrolera 1:A