REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL“RAFAEL MARIA BARALT” PROGRAMA: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA PROYECTO: INGENIERÍA DE GAS CATEDRA: EQUIPO DE PROCESOS I PROFESOR: ING. SIUBERTH URRIBARIE
Fraccionamiento
R!"#$!%& '&(: Aura Acosta Acosta CI: 20.072.938.
INDICE
) U*#%!% V. H#%(+,"#-! % '"!&/ 0 -&",1*!
) U*#%!% VI. M2&%&/ % %#/3& % '"!&/ 0 -&",1*!/
) U*#%!% VII. D#/3& % -&",1*!/ 1'!-!%!/
) U*#%!% VIII. P(&-/&/ % '"!*!/ % 4!/
) U*#%!% IX. T,5(6!/ 0 -&*(&"/ %" /#/1! 7(!--#&*!%&(
D/!((&""& U*#%!% V. H#%(+,"#-! D P"!&/ Y C&",1*! A continuación se describirá la dinámica de flujo en un plato perforado, para así entender entender mejor las variables variables ue afectarán afectarán en el dise!o de los mismos. "ara anali#ar la dinámica del flujo sobre un plato perforado, primeramente se debe considerar ue el mismo se $ace bajo condiciones estacionarias ideales. %ajo condiciones normales, el vapor flu&e a trav's de las perforaciones & se e(pande dentro del líuido ue atraviesa el plato formando una me#cla turbulenta ue se convierte en espuma. A medida ue la espuma se mueve $acia el vertedero de salida, se produce una eficiente transferencia de masa líuido)vapor, debido a la *ran área interfacial. +anto la espuma como el líuido descienden entonces por el bajante & se termina de separar el vapor del líuido. uando el líuido desciende a trav's del bajante al punto A de la -i*ura , en al*unos casos se puede trope#ar con el vertedero de entrada para ase*urar un buen sellado del bajante. /ntre los puntos A & %, se puede encontrar la #ona de calma de entrada, cu&a altura de líuido claro está dado por $ci. /ntre % & ó entre A & , si es el caso, comien#a entonces la #ona de burbujeo, ue es donde se encuentra el área activa del plato área de burbujeo1. ebido al paso de la fase *aseosa a trav's del líuido ue flu&e en forma transversal, se crea una turbulencia, ue es la causa de la espuma. /sta espuma sobre el área de burbujeo del plato *enera una altura visual de la masa aereada $f. A medida ue la altura de la espuma aumenta, disminu&e la densidad de la misma, por lo cual el líuido, de ma&or densidad, se ueda cerca del plato. /sta masa de espuma posee un cabe#al $idrostático $l ue puede ser medido como se muestra en la fi*ura por un manómetro. uando esta masa se mueve $acia el vertedero por causa del peue!o *radiente de líuido formado, comien#a a des$acerse al lle*ar a la #ona de calma de salida entre & 1, 1, ued uedan ando do el líu líuid ido o clar claro o con con una una altu altura ra eui euiva vale lent nte e a $co, $co, altu altura ra ue ue debe debe sobrepasar al vertedero para entonces descender por el bajante. /l líuido al descender por el bajante, está en presencia de condiciones turbulentas & forma una se*unda #ona de espuma, en donde el líuido con una ma&or densidad lle*a el plato inferior & nuevamente el vapor asciende. /l líuido atraviesa el área activa o de burbujeo, formando la masa aereada. /n los platos perforados *ener almente se considera despreciable despreciable el *radiente *radiente de líuido líuido debido a dos factores factores "rimero, "rimero, la cubierta cubierta del plato está libre de obstrucciones & por lo tanto ofrece mu& poca resistencia al flujo de líuido4
se*undo, el líuido ue sale del bajante & entra al plato tiene un cabe#al develocidad ue usualmente e(cede el *radiente $idráulico, el cual de lo contrario, se necesitaría para mover el líuido a trav's del plato. /n los platos con cajas de receso o vertederos de entrada normalmente esta velocidad se disipa. 5in embar*o, estos mecanismos son usados para ase*urar un buen sellado del bajante a flujos bajos de líuido, en cu&o caso el *radiente es insi*nificante.
C&*%#-#&*/ "#1#!*/ % &'(!-#8* omo vemos, el factor determinante del comportamiento de cualuier plato son los flujos de líuido & de vapor ue pasan por el plato, delimitando 'stos una re*ión de operación satisfactoria. "ara platos perforados esta re*ión está representada por el área A%. /n el punto A de la fi*ura, e(iste un flujo de vapor mu& bajo con un flujo de líuido moderado, ue representa el punto de *oteo. 5i se disminu&e a6n más el flujo de vapor, el *oteo será tan severo ue nada de líuido pasará por el vertedero, por lo ue el bajante no será sellado & se creará una inestabilidad $idráulica. a línea A% representa *oteo cuando el flujo de vapor es insuficiente para soportar el líuido sobre el plato, ca&endo 'ste a trav's de las perforaciones. Al*o de *oteo reducirá la eficiencia li*eramente. a línea A, corresponde a un elevado flujo de vapor & bajos flujos de líuido, esto representa el límite tolerable de arrastre. /n el punto ocurre un arrastre de *randes *otas de líuido al plato superior debido al alto flujo de vapor. /sto provoca ue no e(ista el suficiente tiempo de contacto para ue ocurra una buena transferencia de masa líuido)vapor en el plato disminu&endo la eficiencia, pero manteniendo cierta estabilidad $idráulica. A ma&or flujo de vapor, el arrastre de líuido provocará ue dic$o líuido se acumule en la columna provocando inundación & no será posible continuar la operación. /sto se conoce como inundación por arrastre. os límites de la inundación se encuentran entre . /n el punto %, en donde prevalece un flujo de líuido elevado, el *radiente de líuido en el plato será tan alto ue será intolerable, lo ue representa la inundación del bajante. /n condiciones de flujo de líuido similares & alto flujo de vapor en el punto ocurre una mala distribución de fase ue causa disminución de la eficiencia.
V!(#!5"/ % %#/3& % "&/ '"!&/ '(7&(!%& A continuación se describen las variables más importantes en el dise!o de platos perforados.
R24#1* % 7",9& ependiendo de la *eometría del plato & de las condiciones de operación, el r'*imen de flujo puede ser r'*imen de espuma, en donde el líuido está en fase continua & el vapor está disperso como burbujas en el líuido en el r'*imen atomi#ado spra&, las fases están a la inversa4 el vapor es la fase continua, mientras ue el líuido está disperso como *otas en el vapor. :tro r'*imen puede ser el de emulsión, en donde la dispersión se comporta como un fluido de dos fases, aunue se trata como una e(tensión del r'*imen de espuma. /n este caso el líuido es la fase continua mientras ue las burbujas de vapor cubiertas por líuido es la fase dispersa. ebido a las bajas o moderadas velocidades de vapor & las moderadas o altas car*as de líuido, el r'*imen de espuma es com6n en las destilaciones atmosf'ricas4 el r'*imen atomi#ado es com6n en destilaciones al vacío debido a las altas velocidades de vapor & a las bajas car*as de líuido, siendo la densidad del vapor baja en comparación con la del líuido4 & la destilación a alta presión está *eneralmente asociada con el r'*imen de emulsión en donde el flujo de líuido es elevado & la velocidad del vapor es baja debido a la alta densidad del vapor.
D#+1(& % "! &(( ependiendo de las car*as de líuido & de vapor, el diámetro de la torre puede estar comprendido entre 3 & más de 20 pies. e cualuier forma el diámetro debe tener suficiente área transversal para evitar la inundación por arrastre & las demáscondiciones de inoperabilidad.
E/'!-#!1#*& *( P"!&/ /s importante un espacio adecuado entre platos para la operación normal del mismo, así como para superar las condiciones limitantes espuma, inundación, arrastre & *oteo entre otras1. /n columnas industriales, el espaciamiento normal entre platos está entre 8 & 3; pul*. a esco*encia de esto depende de la relación económica entre altura & diámetro de la columna. Además, su esco*encia debe permitir el acceso para mantenimiento. "ara diámetros de la columna ma&ores a < pies, es com6n un espaciamiento entre platos de 2< pul*4 sin embar*o se recomienda un intervalo entre 2< & 3; pul* cuando el mantenimiento es frecuente o el diámetro de la columna es ma&or a 0 & $asta 20 pies, esto permite ue un $ombre pase a*ac$ado entre los platos./n el caso en ue los soportes del plato sean mu& profundos diámetros mu& *randes1, es preferible un ma&or espaciamiento para
permitir el paso para mantenimiento & no interferir en el movimiento del vapor a trav's del plato.
E!",!-#8* D L! C!6%! D P(/#8* E* E" B!9!* uando el vapor atraviesa el plato & por lo tanto el nivel de líuido sobre el mismo, 'ste sufre una contracción ue provoca una caída de presión $t, lo cual normalmente se e(presa como la suma de dos t'rminos. /l primero, es la p'rdida de car*a debida al paso de vapor a trav's de los orificios en donde no $a& presencia de líuido, denominada caída de presión efectiva en el plato seco $ed4 & el se*undo, es la caída de presión ue se *enera cuando el vapor atraviesa la masa de líuido aereada $l. "ara determinar la caída de presión total es necesario determinar el valor de la caída de presión en seco & la caída de presión en mojado. a caída de presión en mojado reuiere determinar primero el coeficiente de orificio = Además se calcula la velocidad de vapor a trav's del orificio $allando el área de orificios definida como la mínima área disponible para el paso de vapor a trav's del plato, ue se e(presa como el área total de las perforaciones en el plato
A& : A7 ; A5 E-.
E-. <=.-.>?
V& : V A& E-.
E-. <
[email protected]?
% <.>= C@? ; <' 'L? ;
[email protected] E
E-. <=.-.?
ue*o, para determinar la caída de presión en mojado se utili#a la correlación de -air, siendo necesario $allar el factor de aereación > del plato mediante la -i*ura 9 & el valor de =b ? @=10.1. a altura de líuido claro se determina mediante las ecuaciones ue se presentan a continuación. /l factor de corrección -B se $alla por la -i*ura 0 & las relaciones =CDp1? 2?DpCBiEA+12. & BiEA+C2??Dp1. /l t'rmino del *radiente de líuido $*$ en el plato perforado será despreciado, por lo e(plicado en la sección $idráulica de líuido en platos perforados.
&LAT : . ; FLAT ;
E-. <=.-.?
-LAT J &LAT J 4 @
E-
>LAT: ;-LAT
E-.<=.-.=?
LAT : % "LAT E-.
E- <=.-.?
<=.-.K?
F*ual ue en los casos anteriores, cuando se tienen dos pasos de líuido en el "lato se consideran las variables respectivas & las mismas ecuaciones para el bajante central. /n
este punto se reuiere comparar con el intervalo recomendado de caída de presión 3) pul* de líuido1. 5i la caída de presión es menor a 3, se recomienda entonces aumentar el diámetro de orificios o la altura del vertedero, o disminuir el área fraccional. 5i el caso es ma&or a , se recomienda disminuir el diámetro de orificios o la altura del vertedero, o aumentar el área fraccional.
UNIDAD VI M2&%&/ D D#/3& D P"!&/ Y C&",1*!/
D#/3& 4*(!" % -&",1*!/
as columnas son elementos ue están sometidos principalmente a esfuer#os de fle(oG compresión. os efectos de esbelte# de las columnas, & la consi*uiente reducción de su capacidad de car*a se eval6an en forma independiente al dise!o propiamente dic$o, mediante la consideración de los momentos *enerados por las deformaciones transversales de las columnas momentos de 2do. orden1 o mediante procesos apro(imados ue comprenden la estimación de factores ue corri*en a los momentos del análisis estructural momentos de er orden1. 1 Además, adicionalmente se presenta el problema de la fle(ión bia(ial, el cual siempre e(iste si se consideran momentos de sismo en una dirección & simultáneamente momentos de car*as verticales en la otra.
D#/3& % '"!&/ % 5,(5,9&
os platos tipo asuete de %urbujeo bubble)cap tra&1 fueron los caballitos de batalla en destilación antes de 9;0. /n los a!os si*uientes $an sido despla#ados por los platos perforados sieve tra&1 & los tipo válvula valve tra&1. Actualmente los platos tipo casuetes de burbujeo se utili#an en aplicaciones especiales, mientras ue los platos perforados & los tipos válvula son los más populares. /sta sección presenta las características principales de los platos ue se utili#an con ma&or frecuencia en el mercado, & una comparación entre ellos ue permite seleccionar el tipo de plato más indicado para el servicio ue se está evaluando. /(isten otras patentes de platos disponibles en la industria ue no se inclu&en porue son utili#adas con poca frecuencia. 5e $ace ma&or 'nfasis en las características de los platos perforados & tipo válvula, por ser los más utili#ados en la industria. Heneralmente, los platos perforados son considerados como la primera opción en la ma&oría de las operaciones. /stos platos presentan una serie de ventajas en cuanto a ) %ajo osto ) %uena apacidad ) %uena eficiencia ) -le(ibilidad aceptable 5in embar*o, e(isten ciertas operaciones ue reuieren de las ventajas específicas de otros tipos de platos.
P"!&/ P(7&(!%&/: P"!&/ '(7&(!%&/: su construcción es muc$o más sencilla, reuiriendo la perforación de peue!os a*ujeros en la bandeja. 5on buenos en aplicaciones sucias o cuando $a& solidos presentes porue son fáciles de limpiar. os platos perforados representan la solución de dise!o más económica en cuanto a platos de transferencia de materia. "ara la selección & utili#ación de este tipo de platos se debe tener en cuenta el limitado ran*o de condiciones de operación en el ue puede trabajar efica#mente debido a la ma&or tendencia al *oteo ue por ejemplo los platos de válvulas.
D#/3& D C&",1*! D P"!&/ P(7&(!%&/
/l diámetro de la torre debe esco*erse de tal forma ue se adapte el flujo se deben seleccionar los detalles del arre*lo de los platos4 calcular la caída de presión del *as & los límites para la inundación, & $an de establecerse se*uridades en contra del e(cesivo lloriueo & del e(a*erado arrastre del líuido en el *as. os diferentes arre*los, dimensiones & condiciones de operación ue se esco*en para el dise!o son auellos ue, se*6n $a demostrado la e(periencia, establecen un t'rmino medio adecuado.
P(&-%#1#*& G*(!" D" D#/3& •
Ina aplicación relativamente empírica de esos factores. álculo de verificación para ase*urar ue sean satisfactorias la caída de
presión & la fle(ibilidad, es decir, la $abilidad de la torre para manejar cantidades de flujo ma&ores o menores ue las previstas .
C!(!-(6/#-!/ G*(!"/: C,5#(!/ 0 '"!&/ •
a torre puede fabricarse de diferentes materiales, se*6n las condiciones
de corrosión encontradas. 5e utili#an =idrio Jetales vidriados arbón impermeable "lásticos Jadera, pero con ma&or frecuencia metales.
C,/#&*/ ! -&*/#%(!(:
os platos *eneralmente están $ec$os de $ojas metálicas &, si es
necesario, de aleaciones especiales. /l espesor depende de la rapide# de corrosión prevista. os platos deben endurecerse & sujetarse deben unirse a la cubierta, con el fin de prevenir el movimiento debido a oleadas de *as.
E/'!-#!1#*& *( "&/ '"!&/
5e esco*e con base en la facilidad para la construcción, mantenimiento &
costo.
D#+1(& D L! T&(( V7 velocidad superficial el *as. Qsección Qflujo volum'trico del *as.
A*transversal neta para el flujo. C7 depende, tanto de las unidades utili#adas como del dise!o del plato. A* es la sección transversal de la torre At, menos el área tomada en las tuberías de descenso AK en el caso de un plato de flujo transversal.
C7 es una constante empírica, cu&o valor depende del dise!o del plato. =alores apropiadamente peue!os de =f se utili#an en el dise!o real4 para líuidos ue no $acen espuma, es normal un valor del 80 al 8L de
V7 7 por ciento o menos para líuidos ue $acen espuma1, valor sujeto a verificación con respecto a las características de arrastre del líuido en el *as & a la caída de presión.
P"!&/ P(7&(!%&/
) iámetros de los orificios 3 a 2 mm C8 a M in1. G "ara la ma&oría de las instalaciones se utili#a acero ino(idable G a altura del líuido no debe ser menor 0 mm 2 in1.
P"!& '(7&(!%& '!(! 7",9& (!*/(/!"
UNIDAD VII DISEO DE COLUMNAS EMPACADAS E1'!,/:
/ste tipo de euipos se usan para proveer un contacto íntimo entre las fases ue coe(isten en un proceso determinado ue se sucede a contracorriente4 esto proporciona *randes áreas de contacto interfacial con el objeto de facilitar el intercambio de masa, calor o ambos simultáneamente. /n *eneral se recomienda seleccionar un tama!o de empacado menor al 0L del diámetro de la columna. 5e $a observado ue en *eneral, la eficiencia de transferencia de masa es similar para empacados del mismo tama!o. /l dispositivo consiste en una columna cilíndrica, o torre euipada con una entrada de *as & un espacio de distribución en la parte inferior4 una entrada de líuido & un distribuidor en la parte superior4 salidas para el *as & el líuido por cabe#a & cola4 respectivamente & una masa soportada de cuerpos solidos inertes ue recibe el nombre de relleno de la torre. /l soporte $a de tener una *ran fracción de área libre de forma ue no se produ#ca inundación en el plato de soporte. a entrada del líuido, ue puede ser disolvente puro o una disolución diluida del soluto en el disolvente puro o una disolución & ue recibe el nombre de líuido a*otado, se distribu&e sobre la parte superior del relleno mediante un distribuidor, & en la operación ideal, moja uniformemente la superficie del relleno. /l *as ue contiene el soluto o *as rico, entra en el espacio de distribución situado debajo del relleno & asciende a trav's de los intersticios del relleno en contracorriente con el flujo de líuidos. /l relleno proporciona una *ran área de contacto entre el líuido & el *as, favoreciendo así un íntimo contacto entre las fases. /l soluto contenido en el *as rico es absorbido por el líuido fresco ue entra en la torre, & el *as diluido o a*otado abandona la torre. /l líuido se enriuece en soluto a medida ue desciende por la torre & el líuido concentrado sale por el fondo de la torre. /n la si*uiente fi*ura se muestra la torre de relleno o empaue
E" 1'!, % "! &(( %5 &7(-( "!/ /#4,#*/ -!(!-(6/#-!/:
"roporcionar una superficie interfacial *rande entre el líuido & el *as. a
superficie del empaue por unidad de volumen de espacio empacado debe ser *rande, pero no en el sentido microscópico. os peda#os de coue, por ejemplo, tienen una superficie *rande debido a su estructura porosa, pero la ma&or parte de la superficie será cubierta por la película del líuido ue escurre. e todas maneras, la superficie específica de empaue a., es casi siempre más *rande ue la superficie interfacial líuidoG*as.
"oseer las características deseables del flujo de fluidos. /sto *eneralmente
si*nifica ue el volumen fraccionario vacío, /, o fracción de espacio vacío, en el lec$o empacado debe ser *rande. /l empaue debe permitir el paso de *randes vol6menes de fluido a trav's de peue!as secciones transversales de la torre, sin recar*o o inundación4 debe ser baja la caída de presión del *as. Jás a6n, la caída de presión del *as debe ser principalmente el resultado de la fricción pelicular, si es posible, puesto ue es más efectivo ue formar arrastres al promover valores elevados de los coeficientes de transferencia de masa. 5er uímicamente inerte con respecto a los fluidos ue se están procesando.
5er estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo & la instalación.
Na de tener un coste ra#onable.
R""*&/ D/&(%*!%&/ Y R""*&/ E/(,-,(!%&/ 5e $an dise!ado muc$os tipos de torres & muc$as de ella son de tipo frecuente. /l relleno puede ser car*ado al a#ar en la torre o bien colocado ordenadamente a mano. os rellenos al a#ar consisten en unidades de O a 3 pul*adas en su dimensión ma&or4 los rellenos inferiores a pul* se utili#an fundamentalmente en columnas de laboratorio o de planta piloto. as unidades de relleno ordenado son de tama!os comprendidos entre 2 & 8 pul*. "or tanto, la ma&oría de los rellenos de torre se constru&en con materiales baratos, inertes & relativamente li*eros, tales como arcilla, porcelana o diferentes plásticos. A veces se utili#an anillos metálicos de pared del*ada, de acero o
aluminio. a porosidad del lec$o & el paso para los fluidos se fuer#an $aciendo las unidades de relleno irre*ulares o $uecas, de forma ue se entrela#an para dar lu*ar a estructuras abiertas con una porosidad de ;0 a 9 por 00. os empaues se pueden clasificar de acuerdo a su tipo de acomodo dentro de ella en ? Aleatorios, se denominan así a los empaues ue se dejan caer dentro de la columna & su arre*lo permanece como al a#ar. ? :rdenados, son empaues en pie#as ue se deben ordenar de uno en uno dentro de la columna, de acuerdo con las instrucciones del proveedor. ? /structurados, son estructuras metálicas ue forman una sola pie#a dentro de la columna & ue se fabrica de acuerdo con las dimensiones de la misma.
T#'&/ % 1'!,/ 1+/ ,#"#$!%&/ /mpaues con acomodo aleatorio a1 Anillos Pasc$i* de cerámica, metal, vidrio & plástico. b1 Anillos ranurados de metal tipo paFF1. c1 Anillos perforados de metal. d1 Jonturas %erl de cerámica. e1 Jonturas Fntalo( de cerámica. /mpaues acomodados ordenadamente a1 Anillos $acinados de Pasc$i*. b1 Pejillas o vallas de madera. c1 Jalla de alambre tejida. /mpaues estructurados a1 /mpaues de lámina de metal estructurada JellapaQ. b1 /mpaues de lámina de metal estructurada -le(ipaQ. c1 /mpaues de lámina de metal estructurada Fntalo(. /n la fi*ura 2. 5e representan al*unos tipos frecuentes de cuerpos de relleno. -i*ura 2. uerpos de relleno típicos a1 montura de %erl4 b1 montura Fntalo(4 c1 anillo Pasc$i*4 d1 anillo "all.
U/& D C&",1*!/ E1'!-!%!/: as columnas empacadas son usadas para destilación, absorción de *ases, & e(tracción liuidoGliuido4 solamente la destilación & la absorción se considerarán en esta ensa&o. a desorción strippin*1 es el inverso de la absorción & se aplican los mismos m'todos de dise!o. /l contacto liuido ) *as en una columna empacada es continua, no por etapas, como en una columna de platos. /l flujo de líuido cae $acia abajo en la columna sobre el área de empaue & el *as o vapor, asciende en contracorriente, en la columna. /n al*unas columnas de absorción de *ases se usa corrientes en flujo coGcorriente. a performance de una columna empacada depende muc$o del mantenimiento de una buena distribución de líuido & *as a trav's del lec$o empacado, & esto es una consideración importante en el dise!o de columnas empacadas. In dia*rama esuemático mostrando las principales partes de una columna empacada es dado en la -i*. Ina columna de destilación con empaue será similar a la columna de platos mostrada en dic$a fi*ura mencionada anteriormente con los platos reempla#ados por secciones de empaue .
E"--#8* E*( P"!&/ O E1'!,/ a elección entre columnas de platos o empaues para una aplicación particular "uede ser $ec$a solamente en base a los costos para cada dise!o. 5in embar*o, esto no 5iempre será posible, o necesario, & la elección puede usualmente $acerse, sobre la base e la e(periencia mediante la consideración de las principales ventajas o desventajas de cada tipo, las cuales son listadas a continuación. •
as columnas de platos pueden ser dise!adas para manipular un amplio
ran*o de =elocidades de flujo de *ases & líuidos antes ue las columnas empacadas. •
as columnas empacadas no son convenientes para velocidades de
líuido mu& %ajas.
P(&-%#1#*& D D#/3& D C&",1*!/ E1'!-!%!/ P!(! D/#"!-#8* /l dise!o de una columna empacada involucra las si*uientes etapas :
5eleccionar el tipo & tama!o de empaue. eterminar la altura de la columna para la separación especificada. determinar el diámetro de la columna capacidad1, para manipular los flujos
de líuido & vapor. 5eleccionar & dise!ar los dispositivos internos de la columna4 5oportes de empaue, distribuidos de líuido, redistribuidores.
H#%(+,"#-! E* U*! C&",1*! D E1'!, a -i*ura DR , muestra las características de la p'rdida de car*a en el flujo de un *as en contracorriente con un líuido a trav's de un lec$o de empaue. uando el caudal del líuido es mu& bajo, el área abierta efica# de la sección transversal del lec$o no difiere
apreciablemente de la ue presenta el lec$o seco & la p'rdida de car*a se debe al flujo a trav's de diferentes aberturas en el lec$o. "or ello, la perdida de car*a resultará apro(imadamente proporcional al cuadrado de la velocidad del *as, como indica la re*ión A%.
"ara caudales ma&ores, la presencia del líuido $ace disminuir el área abierta efica# & una parte de la ener*ía de la corriente de *as se utili#a para soportar una cantidad creciente de líuido en la columna re*ión AS%S1. ualuiera ue sea el caudal del líuido, e(iste una #ona en ue la p'rdida de car*a es proporcional a la velocidad del *as elevada a una potencia distinta de 2 & ue se denomina #ona de car*a, como se indica en la -i*ura DR . /l aumento en la p'rdida de car*a se debe a la rápida acumulación de líuido en el volumen vacío del empaue. A medida ue aumenta la retención del líuido, puede ocurrir uno de los dos cambios si*uientes. 5i el empaue consta esencialmente de superficies e(tendidas, el diámetro efectivo de orificio se $ace continuo a trav's de la sección transversal de la columna, *eneralmente en la parte alta del empaue. /l ascenso en la columna de una fase continua formada por el líuido conlleva la inestabilidad de la columna. on solo un li*ero cambio en el caudal de *as aparece un *ran cambio en la p'rdida de car*a condición o S1. /l fenómeno se denomina inundación o ane*amiento & es análo*o al ane*amiento por retención en una columna de platos. 5i la superficie del empaue es de naturale#a discontinua, tiene lu*ar una inversión de fase & el *as burbujea a trav's del líuido, la columna no es inestable & puede volver a la operación con fase *aseosa continua mediante la simple reducción del
caudal de *as. omo en la situación de ane*amiento, la p'rdida de car*a aumenta a medida ue la inversión de fase pro*resa. /(iste un má(imo flujo de *as con ue la torre puede operar, se le llama velocidad de inundación, por encima de esa velocidad no ocurre nin*6n tipo de transferencia & las p'rdidas de car*a en la torre tienden al infinito.
E" P,*& % C!(4! es una condición teórica donde todas las partículas del
empaue están cubiertas por una película de líuido. orresponde a un contacto *as líuido óptimo. esde el punto de vista operacional es el punto del proceso donde el aumento de las p'rdidas de car*a en la columna es función de ambos flujos & además es paulatino, lo cual resulta favorable para la transferencia de masa.
E" P,*& % I*,*%!-#8* , es la fase de la operación de la torre donde
empie#a a e(istir retención de líuido en las secciones de la torre4 este punto se evidencia en la práctica por la notable acumulación del líuido en las paredes de la torre & el abundante burbujeo del mismo por acción del flujo ascendente del *as. /l r'*imen de la fase líuida se vuelve turbulento & la caída de presión en la torre aumenta de manera abrupta & eventualmente puede presentarse el rebosamiento del líuido por el tope de la misma. /l punto de inundación es función e(clusiva de la velocidad del *as ue asciende, en ocasiones es tal, ue alcan#a su velocidad de inundación & propicia ue el líuido descienda con dificultad & se reten*a *ran cantidad de 'ste. 5e incrementa la cantidad de líuido ue se acumula en la torre porue el *as no permite la circulación continua dentro de la misma, & el proceso de alimentar líuido a la columna no se detiene, a6n con el flujo de *as invariable, las p'rdidas de car*a en la sección empacada de la columna tienden a elevarse dramáticamente. "ara efectos del dise!o no se poseen datos en la biblio*rafía ue especifiuen la velocidad del *as en el punto de car*a, para ciertas columnas & sus características, pero normalmente se recomienda 0 a 7 L de la velocidad en el punto de inundación, el cual debe ser estimado en el laboratorio a las condiciones de operación del proceso ue se está dise!ando. laboratorio unefm 2001.
Huia del
U*#%!% VIII P(&-/&/ D P"!*!/ D G!/ A5/&(-#8* G!/&/!: a separación de uno o más componentes de una me#cla de *ases por absorción en un líuido adecuado, es una de las operaciones más importantes dentro de las basadas en la transferencia de materia en una interfase líuidoG*as. ic$a transferencia de materia está controlada en *ran parte por la velocidad de difusión de los diferentes *ases soluto ue se transfieren1 en la fase líuida, esta operación presenta *ran utilidad en procesos de depuración de *ases. a absorción consiste en una etapa en ue un *as transferido o soluto se separa de otros al solubili#arse en un líuido. /n esta etapa de contacto, dependiendo de las condiciones & características de la me#cla se
puede dar un proceso de absorción, o uno de desorción, tambi'n llamado desabsorción o strippin*.
L! !5/&(-#8* ',% '(/4,#( %#(/&/ &59#&/: GPecuperar un componente *aseoso deseado. G/liminar un componente *aseoso no deseado. 5e puede tratar, por ejemplo, de la eliminación de una sustancia nociva de una corriente de *ases residuales. G:btención de un líuido4 un ejemplo sería la de ácido clor$ídrico por absorción de Nl *aseoso en a*ua. G/n la absorción participan por lo menos tres sustancias el componente *aseoso a separar absorbato1, el *as portador & el disolvente absorbente1. G5e diferencia tres partes importantes en el proceso de absorción el *as portador, el cual va a ser limpiado o purificado, el líuido lavador, ue va a disolver las impure#as & el componente *aseoso a separar. a absorción puede ser física o uímica, se*6n el *as ue se disuelva en el líuido absorbente o reaccione con 'l dando un nuevo compuesto uímico. /n la absorción participan por lo menos tres sustancias el componente *aseoso a separar absorbato1, el *as portador & el disolvente absorbente1. G"resiones elevadas & temperaturas bajas favorecen la absorción. ependiendo del tipo del disolvente, el *as se absorbe por disolución física absorción física1 o por reacción uímica absorción uímica1. G a absorción puede ser física o uímica, se*6n el *as ue se disuelva en el líuido absorbente o reaccione con 'l dando un nuevo compuesto uímico se*6n e(ista o no interacción uímica entre el soluto & el absorbente1. Ga
absorción
es
reversible,
com6nmente,
lo
ue
permite
combinar en una misma planta procesos de absorción & desorción, con vistas a re*enerar el absorbedor para reutili#arlo & poder recuperar el componente absorbido, muc$as veces con elevada pure#a.
T#'&/ D A5/&(-#8* "or otra parte, la absorción puede ser uímica o física, se*6n e(ista o no interacción uímica entre el soluto & el absorbente. a absorción es reversible, com6nmente, lo ue permite combinar en una misma planta procesos de absorción & desorción, con vistas a
re*enerar el absorbedor para reutili#arlo & poder recuperar el componente absorbido, muc$as veces con elevada pure#a. as aplicaciones de este proceso de absorción va desde diferentes propósitos en la industria, tales como la separación de uno o más componentes de una me#cla *aseosa & la purificación de *ases tecnoló*icos. /jemplos donde se emplea como etapa principal un proceso de absorción están las de obtención de ácido sulf6rico absorción de 5:31, la fabricación de ácido clor$ídrico, la producción de ácido nítrico absorción de ó(ido de nitró*eno1, procesos de absorción de DN3, :2, N25 & otros *ases industriales. Al considerar el dise!o del euipo para reali#ar la absorción de un *as, el reuisito principal es el de llevar el *as a un contacto íntimo con el líuido para facilitar la transferencia de materia, la eficacia del euipo está determinada en *ran parte por el contacto ue se consi*a entre ambas fases. /l euipo utili#ado consiste básicamente en columnas de absorción, entre las cuales destacan dos tipos diferenciados, las columnas de platos, en donde se plantea un euilibrio en cada plato, & las columnas de relleno, en donde e(iste una transferencia continua de materia en toda la columna.
E,#'&/ D A5/&(-#8* os euipos más comunes en las operaciones de absorción son las torres rellenas & las columnas de platos, preferentemente las primeras, por presentar menor caída de presión. as torres rellenas usadas como absorbedores no son euipos estandari#ados, se dise!an con diámetros desde 20 $asta ;00 cm & con a 2< m de altura. /n *eneral, las torres mu& altas son poco eficientes. Atendiendo al m'todo de creación de la superficie de contacto desarrollada en las torres de absorción pueden clasificarse del modo si*uiente
5uperficiales "eliculares Pelleno de burbujeo de platos1 "ulveri#adores
as superficiales son poco utili#adas debido a su baja eficiencia & *randes dimensiones. 5on específicos para *ases mu& solubles en el absorbente como es el caso del Nl en a*ua. as peliculares son euipos en los cuales la superficie de contacto entre las fases se establece en la superficie de la película de líuido, ue se escurre sobre una pared plana o cilíndrica. os euipos de este tipo permiten reali#ar la e(tracción del calor
liberado en la absorción. os euipos más utili#ados en la industria uímica son las torres rellenas & las de burbujeo. A continuación se presenta un video acerca del uso de esta operación unitaria en la es$idratación del Has Datural, así como el dispositivo de contacto platos o empaues1 ue podemos tener en la parte interna de este euipo.
T&((/ R""*!/ /l euipo consiste esencialmente en una columna ue posee un conjunto de cuerpos sólidos, ue descansan sobre una rejilla con a*ujeros, los cuales permiten el paso de los fluidos.
T&((/ D A5/&(-#8* D P"!&/
5e*6n sea el dise!o del plato, en lo ue respecta a la confi*uración del orificio & a la e(istencia o no de tubos bajantes para el descenso de líuido, las torres de platos se
clasifican
en • • •
"latos con sombrerete o campana ca#oleta1 "latos cribados o perforados "latos de válvulas.
P(&-/& D A5/&(-#8*: 5e diferencia tres partes importantes en el proceso de absorción el *as portador, el cual va a ser limpiado o purificado, el líuido lavador, ue va a disolver las impure#as & el componente *aseoso a separar. a absorción puede ser física o uímica, se*6n el *as ue se disuelva en el líuido absorbente o reaccione con 'l dando un nuevo compuesto uímico
"ara la absorción, pueden utili#arse los mismos tipos de aparatos descritos
en la destilación, pues las fases en contacto serán tambi'n un líuido & un *as. 5e usan normalmente columnas de platos )contacto discontinuo o por etapas) o de relleno )contacto continuo). /n ambos m'todos van en contra de la fuer#a *ravitatoria para la circulación del líuido. "ues en el primer caso, el líuido pasa por medio de diferentes platos & en ellos se va condensando el líuido nuevamente4 & en el se*undo caso, el líuido sube a trav's del relleno & se va condensando en cada elemento, 'ste es un m'todo más efectivo pues e(iste ma&or contacto entre las fases.
a absorción se utili#a con diferentes propósitos en la industria, tales como
la separación de uno o más componentes de una me#cla *aseosa & la purificación de *ases tecnoló*icos. /jemplos donde se emplea como etapa principal un proceso de absorción están las de obtención de ácido sulf6rico absorción de
5:3 1, la fabricación de ácido clor$ídrico, la producción de ácido nítrico absorción de ó(ido de nitró*eno1, procesos de absorción de DN3, :2, N25 & otros *ases industriales.
a transferencia de masa de un proceso de absorción se reali#a a trav's de
la superficie de contacto entre las fases. a velocidad de la transferencia de masa depende directamente de esta superficie interfacial, por lo tanto, los euipos utili#ados en tales operaciones deberán *aranti#ar la dispersión de un fluido en el otro, estableciendo una superficie de contacto desarrollada, para posibilitar una contacto intenso entre las fases.
S--#8* D R-&5(&: /s el dise!o & estudio de m'todos & procesos de recobro de $idrocarburos con el fin de incrementar las reservas recuperables de los &acimientos de $idrocarburos & aumentar el factor de recobro final
Fn&ección a =apor es un proceso mediante el cual se suministra ener*ía
t'rmica al &acimiento in&ectando vapor de a*ua. J'todos t'rmicos estimulación con vapor, in&ección de vapor, in&ección de a*ua caliente & combustión insitu. J'todos uímicos Fn&ección de polímeros & surfactantes J'todos Jiscibles Fn&ección de *as co2 nitró*eno.
S--#8* D R#*0--#8*: In po#o en el ue los fluidos se in&ectan en ve# de producirse, siendo el objetivo principal mantener la presión de &acimiento. /(isten dos tipos principales de in&ección *as & a*ua. /l *as separado proveniente de los po#os de producción o posiblemente el *as importado puede ser rein&ectado en la sección superior de *as del &acimiento. os po#os de in&ección de a*ua son comunes en las áreas marinas, donde el a*ua de mar filtrada & tratada es in&ectada en una sección acuífera inferior del &acimiento.
P(&-/& C(#&42*#-& /l proceso crio*'nico recibe *as dulce $6medo de las plantas endul#adoras de *as & en al*unos casos directamente de los campos productores, el cual entra a una sección de des$idratado, donde se remueve el a*ua casi en su totalidad,
posteriormente es enfriado por corrientes frías del proceso & por un sistema de refri*eración mecánica e(terno. •
Jediante el enfriamiento & la alta presión del *as es posible la
condensación de los $idrocarburos pesados etano, propano, butano, etc.1, los cuales son separados & enviados a rectificación en la torre desmetani#adora. •
/l *as obtenido en la separación pasa a un turboe(pansor, donde se
provoca una diferencial de presión e(pansión1 s6bita, enfriando a6n más esta corriente, la cual se alimenta en la parte superior de la torre desmetani#adora. •
/l producto principal de esta planta es el *as residual *as natural,
básicamente metano, listo para su comerciali#ación1, el cual es in&ectado al 5istema Dacional de uctos para su distribución &, en al*unos lu*ares, se usa como bombeo neumático. Do menos •
Fmportante es el producto denominado líuidos del *as natural, el cual es
una corriente en estado líuido constituida por $idrocarburos licuables, esta corriente constitu&e la car*a de las plantas fraccionadoras.
T#'& T,(5& E'!*/&(: os turboe(pansores son turbomáuinas destinadas a disminuir la presión & la temperatura de los *ases, aumentando su volumen para así poder licuarlos o condensarlos, este dispositivo convierte la ener*ía de la presión de *as en trabajo 6til el cual es aprovec$ado en forma de trabajo producido para *enerar potencia. /l trabajo es e(traído por un compresor centrífu*o ue es a&udado por un PeG ompresor ue aumenta la corriente del *as despu's de ue se $a&an e(traído los líuidos condensados de HD as ruedas del /(pansor & del compresor están unidas por los e(tremos de un eje com6n.1 /sta combinación del e(pansor & del compresor en una sola máuina conocida por una variedad de nombres, con /(panderCompressor,
/(pander%raQeGornpressor
&
/(panderC%oosterG
ompressor siendo la más com6n. /l /(panderCcompressor compresor /(pansor1 el cual es el cora#ón de las plantas crio*'nicas.
/n *eneral la palabra turboe(pansor o simplemente e(pansor es utili#ada para $acer referencia al sistema completo, formado por la turbina en si donde se produce la e(pansión propiamente dic$a del fluido & el compresor asociado sobre el mismo eje ue es la car*a, empleado para comprimir al*6n fluido del proceso. uando la potencia a e(traer no es si*nificativa suele usarse directamente un freno $idráulico como car*a, en ese caso la ener*ía se disipa en aeroenfriadores perdi'ndose al medio. Na& distintos tipos de e(pansores pero los ue más se usan son los radiales de reacción, turbina centrípeta ue $a permitido cubrir una e(tensa *ama de aplicaciones vedadas $asta ese entonces en otro tipo de turbinas, en particular en el caso de la crio*enia. os turboe(pansores se usan normalmente en procesos de *as natural ue tienen altas presiones de alimentación más de <00 psi*1, productos con alimentación variable & donde se desea una *ran cantidad ma&or de 30L1 de recuperación de etano. onsisten en jue*os alternados de toberas & álabes rotativos a trav's de los cuales el vapor o *as flu&en en un proceso de /(pansión estable. /l turboe(pansor se utili#a tambi'n para convertir la ener*ía de una corriente de *as ue se e(pande en un trabajo mecánico. /l uso del turboe(pansor, sin embar*o, no elimina la necesidad de la válvula de e(pansión Toule +$ompson ue se usa en los sistemas convencionales de refri*eración.
C&1'!(!-#8* D L&/ P&(-*!9/ D R-&5(& D L&/ H#%(&-!(5,(&/ L6,#%&/ /l recobro de $idrocarburos en un &acimiento es función de muc$as variables ue influ&en de manera si*nificativa en la cantidad de $idrocarburo ue se pueda recuperar, todo se ve influenciado principalmente por la temperatura & la presión a la ue se encuentra
el
&acimiento.
P(/#8* D" Y!-#1#*& a solubilidad el *as en el crudo es función de la presión. 5e obtiene un aumento *eneral en el recobro cuando la presión inicial es menor. uando la presión es más alta la curva de solubilidad alcan#a un má(imo al final debido a ue se $a liberado una *ran cantidad de *as para producir un barril de petróleo.
Hran parte de la ener*ía del &acimiento se desperdicia en la formación de canales de flujo de *as. a baja recuperación cuando la presión inicial es alta tambi'n se debe a una ma&or contracción de petróleo al pasar a condiciones normales.
V#/-&/#%!% 0 G(!%!% API /l factor de recobro disminu&e al aumentar la viscosidad debido ue al aumentar la viscosidad el fluido tiende a moverse más lento. /l recobro se incrementa a medida ue se incrementa la *ravedad A"F $asta <0 UA"F & despu's disminu&e. os petróleos con ma&or *ravedad A"F tienen más contracción. os
&acimientos con más de 00 psi & solubilidades de *as ma&ores a 00 ft3C5+%, tienen recobros ue dependen más del movimiento de los fluidos ue de la ener*ía
del
&acimiento.
G!/ * /&",-#8* A menor *as en solución ma&or será el recobro de crudo. /l crudo del &acimiento ue contiene menor *as disuelto reuiere una ma&or contracción para tener una saturación de *as crítica además e(iste una ma&or caída de presión en las primeras etapas de la vida del &acimiento. /l petróleo con ma&or solubilidad se crea un vacio para permitir la formación de la saturación de *as crítica.
F&(1!
D
L!/
C,(!/
D
P(1!5#"#%!%/
R"!#!/
"ara casos donde la saturación de *as crítica es cero no $a& mínimo en el H:P Has :il Pelation1. a e(istencia de una saturación de *as crítica contribu&e a un ma&or recobro. uando no $a& saturación de *as crítica la solubilidad es ma&or lo cual
es
adverso
al
recobro.
S!,(!-#8*
D
A4,!
C&**!!
uando $a& a*ua connata $a& más recuperación &a ue las curvas de permeabilidades relativas se desvían $acia la re*ión de saturación baja de
petróleo. /n otras palabras, sin a*ua connata, el a*ua flu&e más rápido .
P(/*-#!
Y
F&(1!-#8*
D
C!'!
D
G!/
a capa de *as se e(pande a medida ue se produce petróleo del &acimiento, se apreciara ue a medida ue se reduce la presión en la #ona petrolífera, el *as tienda a e(pandirse & despla#a líuido $acia las #onas de menor presión, donde ocurre
la
producción.
T!/!
Y
M2&%&
D
I*0--#8*
D
G!/
/sto se $ace principalmente para mantenimiento de la presión. Ina tasa e(a*erada permite ue no $a&a euilibrio.
E/'!-#!1#*&
E*(
P&$&/
A ma&or espaciamiento ma&or eficiencia de e(pulsión & ma&or recobro. /l *as debe
H#/2(/#/
recorrer
D
más
V!'&(#$!-#8*
camino.
D"
Y!-#1#*&
a $ist'resis es función de la presión. Al $aber deseuilibrio en las fases $a& p'rdida
de
recobro.
T!/!/
D
P(&%,--#8*
D
L&/
F",#%&/
Y
C!6%!
D
P(/#8*
In alto caudal trae como consecuencia una alta presión diferencial lo ue impide
el establecimiento de euilibrio en la vapori#ación uedando el petróleo sobresaturado de *as lo ue causa $isteresis de vapori#ación & la consecuente p'rdida
de
recobro.
G(!%#* D L! S!,(!-#8* D G!/ E* P(&-/&/ D I*0--#8* Al in&ectar *as, este no se dispersa uniformemente en el &acimiento sino ue forma un *radiente de saturación, siendo la saturación de líuido ma&or en la vecindad del po#o productor. 5i este *radiente es mu& alto perjudica el recobro de petróleo.
V&"!#"#%!%
D"
C(,%&
E*
E"
Y!-#1#*&
uando el crudo es de alta volatilidad, las proporciones relativas de líuido & vapor no son las mismas a condiciones de superficie & &acimiento. A ma&or volatilidad menor recobro por la formación e bancos de *as.
C&",1*! D L-& E1'!-!%&: /l lec$o empacado es un sistema termodinámico compacto, atravesado por un flujo de *as. /ste sistema termodinámico se conforma de partículas sólidas, con propiedades físicas & uímicas similares.
a velocidad del flujo de *as ue atraviesa el lec$o define el tipo de lec$o. 5i la velocidad del aire es menor a la velocidad de arrastre o sustentación,
se lo denomina lec$o empacado, porue sus partículas se mantienen en reposo.
5i la velocidad del aire es ma&or ue la velocidad de arrastre, las partículas
salen del reposo & el lec$o se denomina lec$o fluidi#ado.
/l flujo de *as, a trav's del lec$o empacado es relevante en los procesos
industriales, ue reali#an transferencia & almacenamiento de ener*ía t'rmica. /stos sistemas, empie#an con una temperatura inicial, posteriormente, en el proceso de transferencia de calor entre el lec$o & el *as dará como resultado la variación de la temperatura en el lec$o.
os lec$os empacados son sistemas t'rmicos ue tienen varias
aplicaciones Fndustriales, a*rícolas, filtración, etc.
C&",1*!/ D P"!&/: /n las columnas de platos la operación se lleva a cabo en etapas. /l plato va a proporcionar una me#cla íntima entre las corrientes de líuido & vapor. /l líuido pasa de un plato a otro por *ravedad en sentido descendente, mientras ue el vapor flu&e en sentido ascendente a trav's de las ranuras de cada plato, burbujeando a trav's del líuido. Al plato se le e(i*e ue sea capa# de tratar las cantidades adecuadas de líuido & vapor sin una inundación o un arrastre e(cesivos, ue sea estable en su funcionamiento & resulte relativamente simple en cuanto a instalación & mantenimiento. +ambi'n es importante conse*uir ue la caída de presión en el plato sea mínima. /l n6mero de platos necesarios para efectuar una separación dada vendrá determinado por distintos factores, ue se anali#arán a continuación. "or lo *eneral cuanto ma&or sea el n6mero de platos de la torre, ma&or será la separación conse*uida.
C!"-,"& D N1(&/ D P"!&/ 5i consideramos el caso particular de una alimentación líuida en su punto de ebullición, líuido saturado1, el caudal en el sector de a*otamiento se verá incrementado, siendo m V n W -. o mismo ocurrirá en el sector de enriuecimiento si la alimentación fuese vapor saturado, =n V =m W -1. /n una situación intermedia, la corriente de alimentación se desdoblaría en dos partes, incorporándose una a la fase & otra a la fase =. onsideraremos solamente, para simplificar, el caso más sencillo de alimentación en su punto de ebullición ue se incorpora ínte*ramente a la corriente descendente. :tros casos pueden consultarse en la biblio*rafía.
E" 12&%& 4(+7#-& % M-C!5)T#" 1,0 #*,##& / 5!/! * "! /-,*-#! !"(*!%! % "!/ -,!-#&*/ % ,#"#5(#& 0 % "!/ (-!/ % &'(!-#8* /#4,#*%& " /,1!:
H!/! , Así, si se representa en un dia*rama X,Y1, la curva de euilibrio & las rectas de operación, el n6mero de platos teóricos reueridos para una cierta separación ueda determinado por el n6mero de escalones ue se pueden tra#ar entre la curva & las rectas, como se muestra en la fi*ura 3.9. ada escalón corresponde con un paso en el esuema de cálculo anterior, es decir, con una etapa teórica, < apro(imadamente en la fi*ura1.
F#4. >.. M2&%& 4(+7#-& % M-C!5)T#" '!(! " -+"-,"& %" *1(& % '#/&/ 8(#-&/ % ,*! -&",1*! % (-#7#-!-#8*. /s evidente ue el n6mero de platos reales será superior al de platos teóricos, pues además de tener ue ser un n6mero entero, en la realidad el rendimiento de los platos no es del 00L, pues no lle*a a alcan#arse el euilibrio plenamente en ellos. 5e define la eficacia de la columna como la relación entre el n6mero de etapas teóricas reueridas en una columna & el n6mero de etapas reales. /ste valor depende del tipo de plato, propiedades del fluido, tipo de flujo, etc., & debe determinarse e(perimentalmente. /n realidad, la eficacia varía plato a plato & debería determinarse 'sta con el fin de obtener una apro(imación más correcta a la realidad. a eficacia individual Zeficacia de Jurp$reeZ1 varía entre 0,; & 0,7, mientras ue la *lobal lo $ace entre 0,< & 0,9, se*6n los casos. "or otro lado, el calderín puede considerarse como un plato teórico más, pues se produce un vapor en euilibrio con el líuido ue sale de 'l. "or tanto, el n6mero de platos necesarios en la columna será el calculado menos uno, ue corresponde al calderín. o mismo sucede si se utili#a un condensador parcial.
Pelación de Peflujo
a corriente descendente de reflujo facilita la
separación de los componentes de la me#cla debido a ue proporciona un ma&or contacto entre el vapor ue asciende & el líuido ue baja & favorece la vapori#ación de los más volátiles. /s decir, una relación de reflujo peue!a conducirá a la necesidad de un ma&or n6mero de platos para una separación determinada. Ina ma&or supondrá el empleo de menor n6mero de platos, pero sus diámetros $an de ser superiores & los costes de operación tambi'n. a relación de reflujo óptima vendrá dada por consideraciones económicas. 5e define como Zra#ón de reflujo e(ternaZ, o Zrelación de reflujoZ a la relación entre los moles de líuido descendente & los moles de destilado, C V P, la cual puede introducirse en la ecuación 3.91 teniendo en cuenta la 3.71
ualuier cambio en la relación de reflujo dará lu*ar a un cambio de la pendiente de la P:/ & con ello a una variación del n6mero de platos teóricos necesarios para una determinada separación.
P(#*-#'#&/ D D#/3& P!(! /#/1!/ M,"#-&1'&**/ D/#"!-#8* M,"#-&1'&**. /sta destilación multicomponente se basa en los mismos principios de euilibrio de fases ue la destilación binaria. /l dise!o o análisis de una torre de destilación de multicomponentes utili#a relaciones de euilibrio & balances de masa & ener*ía -oust,9981. 5in embar*o, la ma&oría de los procesos de destilación a nivel industrial involucran me#clas de dos o más componentes, por lo ue en estos casos no es aplicable los m'todos *ráficos & una solución analítica es difícil de obtener. "or ello4 en la actualidad e(isten m'todos cortos, semi ri*urosos & ri*urosos de cálculos disponibles para el dise!o de columnas de sistemas multicomponentes.
S"--#8* % %&/ -&1'&**/ -"!/:
/n una columna con una sola alimentación, destilado & fondo, se separa una me#cla de multicomponentes en dos fracciones. os fondos contienen los componentes pesados, menos volátiles de la alimentación4 el destilado contiene los componentes li*eros, más volátiles de la alimentación. os componentes de volatilidad intermedia aparecen en ambos productos en cantidades apreciables -oust,9981. ) C&1'&**/ C"!: pueden ser o no auellos cu&as separaciones se $an especificados ) C&1'&** C"! L#4(&: /s el componente más pesado entre los componentes livianos ) C&1'&** C"! P/!%& /s el componente más liviano entre los componentes pesados ) C&1'&**/ *& C"! D#/(#5,#%&: [ /s auel componente cu&a volatilidad se encuentra entre la volatilidad de los componentes clave. [ /s auel componente cu&a volatilidad esta cercanamente i*ual a la volatilidad del componente clave.
P(/#8* D O'(!-#8* Y T#'& D C&*%*/!%&( "ara determinar la presión de la columna se deben considerar los si*uientes factores:
) C&*/#%(!-#8* * " -&*%*/!%&( GPefri*erante accesible a*ua1 mínima +V20R- <9R1 G"resión permisible0 )< psia 2,8;J"a1 G 0)2psia 5e recomienda un ondensador total
G 2)3; psia 5e recomienda un ondensador parcial G \3;psia se recomienda un condensador parcial & el uso de un refri*erante.
) C&*/#%(!-#8* * " ((#%&(: Ga temperatura en el fondo de la columna no debe e(ceder la condición de descomposición o la condición cercana a la crítica. os límites de presión & temperatura son solo una apro(imación & dependen de los factores económicos. 5e supone ue las caídas de presión en la columna & en el condensador son de psia. 5in embar*o, cuando se determina el n6mero de platos necesarios se deben reali#ar cálculos más ri*urosos ue permitan
) C!6%! % '(/#8*: G/n el condensador 0 a 2 psia G/n G/n la colu column mna a 0,p 0,psi siCp Cpla lato to para para oper operac ació ión n de la colu column mna a a pres presió ión n atmosf'rica o superatmosf'rica 0,0psiCplato para operación de columnas a vacío. on la columna operando a las presiones establecidas, la alimentación puede someterse a un -las$ Adiabático para una presión del plato de alimentación de " W 7, psia con el fin de determinar la condición física de la alimentación5eader & Nenle&,9981. Nenle&,9981.
M2&%&/ (#4,(&/&/ /ntre los m'todos más utili#ados para el análisis de columnas de destilación para la separación de soluciones ideales & no ideales se pueden mencionar Nolland, 20001
) M2&%& % -&*(4*-#!: se recomienda para cualuier tipo de destilación siempre & cuando las me#clas no se desvíen demasiado de las soluciones ideales m'todo mejorado de +$iele G Heddes1. G J'todo de punto de burbuja %"1 se recomienda cuando la alimentación esta constituida por componentes de volatilidad parecida J'todo de Admunson G "ontinen modificado1. ) M2&%& % /,1! % 7",9&/
M2&%&/ A'(!%&/ A'(!%&/ /stos m'todos permiten la determinación del n6mero de etapas teóricas como una función de la relación de reflujo, etapas mínimas & reflujo mínimo &, en la práctica son utili#ados como dise!o preliminar. /ntre los m'todos apro(imados se mencionan
) M2 M2& &%& %& % F*/ F*/W W U*% U*%( (&& &&% % G#"" G#""#" #"!* !*% % 0 /,/ /,/ ! !(# (#!* !* /: /: para determ determina inarr el refluj reflujo o & las etapas etapas necesa necesaria riass en la destil destilaci ación ón de sistem sistemas as multicomponentes. para sepa separa raci cion ones es en las las ue ue ) M2 M2& &%& %& % (1 (1/ /(( 0 /,/ /,/ ! !(# (#!* !* // para intervienen varias cascadas simples en contracorriente, tales como absorción, a*otamiento & e(tracción líuido G líuido. ) M2&%& % E%1#/(: para separaciones en las ue intervienen cascadas en cont contrac racor orri rien ente te con con alim alimen enta taci cion ones es inte interm rmed edia ias, s, tale taless como como dest destililac ació ión. n. arrasuero, 201. 201.
M2&%& % F*/W: /l m'todo de -ensQe da una rápida estimación para las etapas teóricas teóricas mínimas con reflujo total, total, si se considera considera la volatilidad volatilidad relativa relativa constante
% subíndice para producto de fondo subíndice para producto de tope N] subíndice para clave pesado ] subíndice para clave liviano Dmin /tapas teóricas mínimas X] -racción molar del componente clave liviano XN] -racción molar del componente clave pesado ^]CN] =olatilidad relativa del componente liviano en comparación con el componente clave pesado /ste m'to m'todo do da una una rápi rápida da esti estima maci ción ón de los los M2&% M2&%& & % U*%( U*%(&&% &&% /ste reuis reuisito itoss de refluj reflujo o mínim mínimo, o, cuando cuando se especi especific fican an las compos composici iciones ones del
destilado & los productos de cola. osiste en determinar el valor de una constante _, ue satisface la ecuación,
os os valo valore ress de _ debe deben n esta estarr entr entre e las las vola volatitililida dade dess rela relatitiva vass de los los componentes clave.
Hill Hillililan and d & sus sus vari varian ante tes s son son corr correl elac acio ione ness de etap etapas as G refl refluj ujo. o. as as correlaciones más usadas son las de Hilliland & /rban G Jaddo( & muc$os de los dise dise!ad !ador ores es recom recomie ienda ndan n amba ambas. s. a corr correl elac ació ión n de /rba /rban n G Jadd Jaddo( o( es considerada más adecuada, especialmente en relaciones de reflujo bajas4 sin embar*o la correlación de Hilliland es más fácil para el uso de computadoras & además ambos m'todos son consistentes con el m'todo de -ensQe & el de InderBood.
E7#-#*-#! D L&/ P"!&/ a eficiencia de platos se $ace necesaria con el fin de conse*uir pasar de platos ideales a platosreales necesarios en columnas de absorción de *ases &
columnas de destilación. /ste paso a platosreales, ocurre debido a ue el vapor ue se desprende de un plato no está en euilibrio con ellíuido ue sale del mismo, es decir, el tiempo de contacto & el *rado de me#clado en el plato soninsuficientes por lo ue las corrientes no están en euilibrio dando como resultado una eficiencia de plato inferior al 00L /sto si*nifica ue, en una separación cualuiera, se necesitan usar más platos reales ue el n6mero teórico ue se determina por cálculo. 5e pueden utili#ar tres tipos de eficiencia de platos
eficiencia *lobal, ue se refiere a toda la columna eficiencia de Jurp$ree, ue se aplica a un solo plato eficiencia local, ue se refiere a una locali#ación específica en un solo plato
L! eficiencia global η 0 : 5e define como la relación entre el n6mero de platos teóricos o ideales necesarios en una torre & el n6mero de platos reales usados η 0 =
# platosideales # platosreal es
/(isten dos correlaciones empíricas para eficiencias totales de platos de destilación & absorción en torres comerciales & en dise!os estándar de platos. "ara destilación de $idrocarburos, estos valores varían entre 0 & 8L & para absorción de $idrocarburos, de 0 a 0L. /stas correlaciones sólo se deben usar como estimaciones apro(imadas . /ficiencia de platos de Jurp$ree ` J es la variación de la composición del vapor al pasar de un plato al si*uiente, dividida entre la variación ue tendría lu*ar si el vapor ue sale, estuviese en euilibrio con el líuido ue sale. /n *eneral, el líuido ue sale no es i*ual al líuido promedio situado sobre el plato. /ste tipo de eficiencia ueda definida, de la si*uiente manera η M =
y n
− y n +1
*
− y n +1
y n
, de donde y n
concentración real promedio del vapor me#clado ue sale del plato n yn +1
concentración real promedio del vapor me#clado ue entra al plato n
y n*
concentración del vapor ue estaría en euilibrio con el líuido del conducto de descenso de concentración Xn ue sale del plato $acia abajo 3 x n −1
/l líuido ue entra al plato tiene concentración de
& al despla#arse por el
mismo, su concentración se reduce a ( n, a la salida de dic$o plato. "or consi*uiente, e(iste un *radiente de concentraciones en el líuido a medida ue flu&e por el plato. /l vapor ue entra al plato se pone en contacto con líuido ue tiene diferentes concentraciones, & el vapor de salida no tiene una concentración uniforme.
F#4,(! >. C&1'&/#-#&*/ %" !'&( 0 "6,#%& * ,* '"!& '(7&(!%& 0 7#-#*-#! % '"!&/ /ficiencia local o puntual ` se define como η ′ =
y n′
− y ′n +1
′ y en
− y n′ +1
, de donde yn′
concentración del vapor ue sale en un lu*ar específico sobre el plato n y′n +1
Vconcentración del vapor ue entra en el plato n en el mismo lu*ar ′ yen
Vconcentración del vapor en euilibrio con el líuido en el mismo lu*ar
/n las torres de diámetro peue!o, el flujo de vapor produce suficiente a*itación en el líuido como para ue 'ste sea uniforme en todo el plato. e esta manera, la concentración del líuido ue sale es i*ual a la ue está en el propio plato. /n las columnas de diámetro considerable $a& un me#clado incompleto del líuido en los platos. "arte del vapor se pone en contacto con el líuido de entrada (nG, ue es más rico en el componente A ue ( n. /sto produce un vapor más rico en este punto ue en el punto de salida, esto es, ue en el punto donde (n sale. "or consi*uiente, la eficiencia de plato ` J será ma&or ue la eficiencia del punto `2 Pelación entre eficiencias a relación entre eficiencia *lobal & de Jurp$ree, se puede deducir matemáticamente siempre & cuando se especifiue el *rado de me#clado del líuido & del vapor. Pobinson & Hilliland presentan deducciones matemáticas para tres series de supuestos diferentes. 5in embar*o, *eneralmente se reuieren datos e(perimentales para obtener el *rado de me#clado. uando se conoce o se puede predecir la eficiencia de platos de Jurp$ree, la eficiencia total de platos se puede se correlacionar con la de Jurp$ree por medio de diversos m'todos. /n el primero de ellos, cuando la pendiente
m
de la línea de
euilibrio es constante, al i*ual ue la pendiente C= de la línea de operación, la e(presión analítica es η 0 =
[
ln 1 + η M ( mV / L − 1)
]
ln ( mV / L )
/n la fi*ura 2, se muestra un dia*rama ue compara un plato real con uno ideal4 en donde el trián*ulo acd representa un plato ideal, & el trián*ulo abe un plato real2.
-i*ura 2. Iso de la eficiencia de Jurp$ree para determinar n6mero real de platos
C&*-",/#&*/ /l uso de cálculo de eficiencias de columnas de platos, así como las • relaciones e(istentes entre ellas, permiten determinar el n6mero real de platos a usar en un proceso de destilación o absorción de *ases. /l cálculo de la eficiencia *lobal, es el más fácil de reali#ar, sin embar*o no • aporta con *ran fundamento para el proceso.
L&-!"#$!-#8* D" P"!& D A"#1*!-#8* a línea es 6til para simplificar la locali#ación *ráfica de la línea de a*otamiento, pero el punto de intersección de las dos líneas de operación no establece necesariamente la delimitación entre las secciones de enriuecimiento & de a*otamiento de la torre. Jás bien, es la introducción de la me#cla de alimentación la ue *obierna el cambio de una línea de operación a la otra & establece la delimitación4 además, en el dise!o de una nueva columna, por lo menos se tiene cierta amplitud en la introducción de la alimentación.
T&(( D L-& E1'!-!%&: D#+1(& 0 A",(! C81& -!"-,"!( " %#+1(& % "! -&",1*!: C&*/#%(!-#&*/: G /l diámetro se dise!a para operar entre un ; a 90L de inundación o para una determinada caída de presión por ft de empaue ver -i*ura ;.3< de +re&bal, 981 G omo las propiedades & los flujos del líuido & el vapor cambian a lo lar*o de la columna, se debe calcular los diámetros en varios puntos & usar el valor ma&or para el dise!o G Isualmente las variaciones en el flujo de vapor determinan los cálculos del diámetro G "ara prevenir e(cesivo acanalamiento c C e \
C&*/#%(!-#&*/: a columna debe tener un diámetro ue evite la inundación 1 M2&%& % F!#( etermina el flujo de *as =in. ue causa inundación =in.V ] r G r=1C r=10.
ftCs
es una constante empírica ue depende del dise!o del plato "ara fluidos ue no $acen espuma se recomienda un valor para = entre un 80 a 8L de =in4 para fluidos ue $acen espuma se recomienda un 7L.
A",(! % "! -&",1*! % '"!&/ '!(! %/#"!-#8* E/'!-#!1#*& *( '"!&/ G -acilidad para construcción & mantenimiento G ostos
onsiderando las labores de mantenimiento, industrialmente el valor mínimo para el espaciamiento entre platos de columnas peue!as es 8 in. 5i la destilación es al vacío el espaciamiento oscila entre 2< & 3; in 1.
C&1'!(!-#8* D C&",1*!/ E1'!-!%!/ Y D P"!&/
a caída de presión del *as es menor en las torres empacadas. as torres empacadas retienen menor tiempo el líuido.
/n las torres de platos la relación líuidoG*as es menor.
/n torres empacadas se trabaja con valores altos de esta relación.
as espirales de enfriamiento se constru&en más fácilmente en las torres
de platos. /l líuido puede enfriarse más rápido & re*resarse a los platos. as corrientes laterales son más fácilmente eliminas de las torres de platos. as torres empacadas operan con menor burbujeo de *as en el líuido. uando $a& problemas de corrosión $a& menos problemas en las torres empacadas. a limpie#a frecuente es más fácil en torres de platos. os empaues frá*iles de cerámica son más fáciles de romperse con las fluctuaciones *randes de temperatura, los platos o empaues de metal son más satisfactorios. as torres empacadas de plástico son menos pesadas ue las torres de platos. as torres empacadas son más costosas ue una de platos al inicio, aunue con el tiempo de operación se reduce el costo.
A5/&(-#8* C&* R!--#8* Q,61#-! Juc$os procesos industriales de absorción van acompa!ados de una reacción uímica. /s, especialmente com6n la reacción en el líuido del componente absorbido & de un reactivo en el líuido absorbente. Al*unas veces, tanto el reactivo como el producto de la reacción son solubles, como en la absorción del dió(ido de carbono en una solución acuosa de etanolaminas u otras soluciones alcalinas. a reacción entre el soluto absorbido & un reactivo produce dos $ec$os favorables a la rapide# de absorción
a destrucción del soluto absorbido al formar un compuesto reduce la
presión parcial en el euilibrio del soluto &, en consecuencia, aumenta la diferencia de concentración entre el *as & la interfase4 aumenta tambi'n la rapide# de absorción. /l coeficiente de transferencia de masa de la fase líuida aumenta en ma*nitud, lo cual tambi'n contribu&e a incrementar la rapide# de absorción. /stos efectos se $an anali#ado bastante desde el punto de vista teórico, pero se $an verificado e(perimentalmente poco.
A'"#-!-#&*/
/liminación de butano & pentano de una me#cla *aseosa de refinería
utili#ando un aceite pesado. /liminación de contaminantes inor*ánicos solubles en a*ua de corrientes de aire. omo dispositivos de recuperación de productos valiosos. /liminación de impure#as en productos de reacción. /liminación de *ases ácidos como N25, :2, 5:2.
A5/&(-#8* D"
[email protected] P!(! S&",-#&*/ A"-!"#*!/ a absorción es una operación unitaria de transferencia de materia ue consiste en poner un *as en contacto con un líuido para ue 'ste disuelva determinados componentes del *as, ue ueda libre de los mismos. a absorción puede ser física o uímica, se*6n si el *as se disuelve en el líuido absorbente o reaccione con 'l dando un nuevo compuesto uímico. a desorción o strippin* es la operación unitaria contraria a la absorción. /n ella un *as disuelto en un líuido es arrastrado por un *as inerte siendo eliminado del líuido. Juc$os procesos industriales de absorción van acompa!ados de una reacción uímica. /s especialmente com6n la reacción en el líuido del componente absorbido & de un reactivo presente en el líuido absorbente. Al*unas veces, tanto el reactivo como el producto de la reacción son solubles, como en la absorción del dió(ido de carbono en una solución acuosa de etanolaminas u otras soluciones alcalinas. "or el contrario, los *ases de las calderas ue contienen dió(ido de a#ufre pueden ponerse en contacto con lec$adas de piedra de cali#a en a*ua, para formar sulfito de calcio insoluble.
/n la si*uiente práctica, nos centraremos en un proceso de absorción del dió(ido de carbono :21, en una solución alcalina Da:N1.
E,#'& U#"#$!%& 5e utili#a una columna de absorción, donde el a*ua pulveri#a o se dispersa finamente, & se reparte de manera uniforme por encima de una capa de relleno, ue *eneralmente está constituida por anillos de distintas *eometrías. "or debajo de la bandeja perforada ue soporta el relleno, se envia una fuerte corriente *aseosa. /l aire & el a*ua circulan en contracorriente.
P(&-%#1#*& 5e lleva a cabo una serie de ensa&os 71 en los ue se va a ir modificando los caudales de :2, de la me#cla aireG: 2 & de la disolución de $idró(ido sódico. G
atos
9 :2 mCs1
<0 1
Aire W :2
2
Da:N C$1
&os
,7
<,8
01
2
Cmin1
/nsa
0
:2 de bombona
;01
7,
0
7
Je#cla Aire
W
Da:N
:2
2
0
G
3
G
G
<
0
G
G
G
;
0
7
G
5e prepara una disolución de $idró(ido sódico de 0,2 *C, se toma una muestra de 2 ml & se valora con Nl 0,007J. /n cada ensa&o se mide la L: 2 a la salida de la columna, cuando el sistema es estable apro(imadamente a los minutos1, en ese momento se toma una muestra de disolución de $idró(ido sódico a la salida & se valora con Nl 0,007J. alcular el : 2 absorbido por el $idró(ido sódico en la columna en los distintos ensa&os, mediante las medidas del L: 2 a la salida & mediante la valoración de $idró(ido sódico a la salida. Pepresentar /l caudal del : 2 de la bombona frente al porcentaje : 2 reaccionado − L:2 absorbido respecto al de entrada1
/nsa&o 2 3
−
:2 0 G
Aire
W
:2
Da:N G G G
/l caudal de la me#cla aire W : 2 frente al porcentaje : 2 reaccionado
−
:2 <
−
:2 0 G
W
Da:N G G G
/l caudal de la disolución de $idró(ido sódico frente al porcentaje : 2
reaccionado −
Aire
:2 ; 7
Aire :2
W
Da:N G 0
V!"&(!-#8* D L! D#/&",-#8* D H#%(8#%& S8%#-& 5e toma 2 ml de muestra & se a!ade a un erlenme&er, se lleva $asta 0 ml con a*ua destilada, se a!ade ml de %al 2 0L & 2 ó 3 *otas de fenolftaleina. 5e valora con Nl 0,007J $asta viraje de rosa a transparente.
C+"-,"&/: Peacción 2 Da:N W : 2 ⇒ Da2:3 W N2: %alance de materia : 2 %omba 77,3L − − Aire 0,0L Q B&15&*! Q M$-"!
X
[email protected]
Q A#(
B&15&*!
Q B&15&*!
Q A#(
X
[email protected] Q A#(
A#(
Q M$-"!
Q M$-"!
X
[email protected]
M$-"!
Q B&15&*!
%ombona caudal de la bomba de : 2 dato caudalímetro1 X:2 1%ombona porcentaje de : 2 en ese caudal 77,3L Aire caudal de aire inco*nita1 X:2 1 Aire porcentaje de : 2 en ese caudal 0,0L Je#cla caudal de la me#cla resultante dato caudalimetro1 X:2 1Je#cla porcentaje de : 2 en la me#cla resultante inco*nita1 /n la se*unda ecuación calculamos Aire & sustituimos en la primera ecuación & calculamos X: 2 1Je#cla
P!(! -!"-,"!( "
[email protected] !5/&(5#%&: −
5e mide el :2 a la salida caudalímetro1 & por diferencia con el : 2 a la
entrada calculado mediante el balance de materia1 obtenemos la cantidad de : 2 absorbido o reaccionado. −
5e valora la Da:N a la salida & por diferencia con la de entrada obtenemos
la Da:N ue reacciona. "or la reacción sabemos ue 2 mol de Da:N reacciona con mol de : 2 así calculamos el : 2 ue reacciona. %CO 2 reaccionad o =
CO 2 reracciona do CO 2 entrada
⋅ 100
A5/&(-#8* D Ó#%&/ D N#(84*&/ a absorción es una operación de separación ue consiste en la transferencia de uno o más componentes minoritarios de una corriente *aseosa a una corriente líuida, llamada disolvente. /l objetivo de esta operación suele ser purificar una
corriente *aseosa para su procesamiento posterior o su emisión a la atmósfera, o bien, recuperar un componente valioso presente en la corriente *aseosa. a absorción del 5:2 presente en los *ases de combustión mediante soluciones alcalinas & la absorción de : & :2 del *as de síntesis de amoníaco son ejemplos de purificación, mientras ue la absorción de ó(idos de nitró*eno en a*ua es la etapa final del proceso de fabricación de ácido nítrico. a operación inversa se denomina desorción, desabsorción o Zstrippin*Z & su finalidad es eliminar o recuperar uno o varios componentes minoritarios de una corriente líuida por transferencia a una corriente *aseosa. a absorción se suele llevar a cabo en torres o columnas de relleno, tema =, fi*ura 2.1.
-i*. 2.. +orre de relleno & diversos tipos de cuerpos de relleno. /l *as conteniendo el componente a absorber se introduce por la parte inferior & atraviesa el relleno, consistente en un lec$o de partículas de un determinado tama!o, forma, & material. Al mismo tiempo, se introduce la corriente de disolvente por la parte superior & cae por *ravedad, lamiendo la superficie e(terna de las partículas del relleno. /sto crea, por un lado, una amplia superficie de interfase &, por otro, un contacto intenso & turbulento entre ambas fases. a disposición de flujos ue acaba de describirse se denomina ZcontracorrienteZ, &a
ue el sentido de circulación de ambas fases es opuesto. a columna de relleno consta además de otros elementos au(iliares, como los sistemas de distribución de *as & líuido, una parrilla para soportar el relleno & un separador de nieblas para captar las *otas ue pudiera arrastrar el *as a la salida del lec$o. a transferencia del componente de la corriente de *as a la corriente de disolvente se produce porue en cualuier sección de la torre, a cualuier altura, no $a& euilibrio entre ambas fases. a concentración del componente en la fase líuida es inferior a la ue le correspondería si estuviera en euilibrio con la fase *as4 es decir, e(iste una fuer#a impulsora para la transferencia del componente a la fase líuida. a fi*ura .; muestra cualitativamente cómo son los perfiles de concentración a ambos lados de la interfase en cualuier sección de la torre de absorción.
R1&-#8* %"
[email protected] D G!// D C&15,/#8* /l dió(ido de a#ufre es un *as incoloro ue resulta irritante a concentraciones elevadas. /l ori*en de las altas concentraciones de este *as en el aire de ciertos lu*ares por lo *eneral está relacionado con la combustión de elementos ricos en a#ufre, ue al me#clarse con el o(í*eno del aire. "ara cuantificar la cantidad de a#ufre emitida en condiciones de operación normales de una central termoel'ctrica de 00 J alimentada con carbón con un contenido de a#ufre del L produce toneladas por cada $ora de funcionamiento g. a manera más simple de disminuir la cantidad de 5:2 en los *ases de escape, es recambiar la calidad del combustible, utili#ando uno de bajo contenido de a#ufre. 5i esto no puede reali#arse, e(isten sistemas de post combustión para estos efectos. /n caso de no ser posible introducir este tipo de mejoramiento, e(iste la alternativa de incorporar sistemas de ost combustión ue utili#an reactivos secos o mojados, re*enerables o no, ara capturar estos *ases. A continuación se entre*a una descripción de cada una de las tecnolo*ías desarrolladas
F", G!/ D/,"7,(!#&*
deben eliminarse como desec$o o pueden ser utili#ados como un producto por ejemplo en la industria cementera1. /n las tecnolo*ías de re*eneración re*enerable1 el 5:2 es removido del absorbente durante el paso de re*eneración & este 5:2 puede ser procesado para producir ácido sulf6rico, a#ufre elemental, o 5:2 líuido. /l absorbente re*enerado se recicla en la etapa de lavado de 5:2. os sistemas onceGt$rou*$ & re*enerable pueden ser clasificados como secos o mojados. /n procesos de depuradores $6medos, la me#cla de residuos $6medos & el *as de combustión a la salida del absorbedor, están saturados de $umedad. /n los procesos en seco, el material de desec$o seco es producido & el *as ue sale del absorvedor no está saturado con $umedad. ependiendo del lu*ar donde el a*ua sea in&ectada en los sistemas mojados, el tipo de reactante, o la posibilidad o no de re*enerar estos reactantes, se tienen las clasificaciones si*uientes
os procesos no re*enerables son los más utili#ados $o& en día, dado ue los cuales el material reactante puede ser recuperado & el 5:2 absorbido puede ser fácilmente procesado para convertirse en ácido sulf6rico & ser comerciali#ado son
más intensivos en operación & mantenimiento, lo ue $a resultado en ue los in*resos por la venta de los sulfuros no compensen el sobrecosto de la operación. -H de depuradores mojados no re*enerables -uncionan de forma confiable en un modo de o(idación natural bajo ciertas condiciones favorables. 5in embar*o, para la ma&oría de las aplicaciones es necesario controlar el *rado de o(idación con el fin de mejorar la confiabilidad operativa del sistema. /n consecuencia, el proceso en -H en el cual a la piedra cali#a se le obli*a a sufrir un proceso de o(idación mediante el soplado de aire a la me#cla en la me#cla de absorbente ime -orced :(idation, 5-:1 se $a convertido en el preferido de todo el mundo la tecnolo*ía de desulfuración. as confi*uraciones más usadas son el soplar aire dentro del tanue de reacción o(idación in situ1 o bien en un tanue adicional de mantenimiento o(idación e( situ1. "ara poder funcionar 5-: reuiere compresoresCsopladores & tubería adicional, en comparación con el sistema sin o(idación for#ada. /l principal beneficio de esta confi*uración es el aumentar la disponibilidad del depurador, por lo ue se disminu&e la redundancia o sobre dimensionamiento de estos sistemas. Ina variación de -H de depuradores $6medos corresponde al proceso de o(idación de la piedra cali#a in$ibida 5F:1, proceso dise!ado para controlar la o(idación en el absorvedor, funcionando particularmente bien cuando el carbón de alimentación de la planta tiene un alto contenido de a#ufre. :tra variación es incluir la utili#ación de una me#cla de carbonato cálcico $idratado en una torre de aspersión a contraflujo. /sta me#cla es más reactiva ue la me#cla de piedra cali#a, pero su costo es ma&or. e ad$erir ma*nesio se mejora o cal dolomítica típicamente 20L de ó(ido de ma*nesio1, el pN de la me#cla se $ace más alcalino & se aumenta la solubilidad del compuesto, lo ue lo $ace más eficiente. Ina 6ltima alternativa corresponde a la utili#ación de a*ua de mar, cu&a natural alcalinidad neutrali#a el 5:2. a uímica de este proceso es similar a la de 5-:, salvo ue la cal está completamente disuelta en a*ua de mar, por lo ue no se necesita la disolución o precipitación de sólidos.
T-*&"&46!/ FGD D D',(!%&(/ S-&/ N& R4*(!5"/:
/n esta tecnolo*ía los *ases de escape tienen contacto con un absorbente alcalino *eneralmente cal1. omo resultado un residuo seco es producido con propiedades de manejo similares a la ceni#a. /l absorbente puede ser ad$erido a los *ases de escape en una solución acuosa lime spra& dr&in* process, 51 o como un polvo duct sorbent injection process, 5F1, o directamente al $orno furnace sorbent injection process, -5F1 o circulando en un lec$o fluidi#ado circulatin* fluidi#ed bed process, -%1.
T-*&"&46! FGD R4*(!5": /ste proceso es caracteri#ado por su producto, un concentrado de 5:2. /sta tecnolo*ía solo es aplicada de manera mar*inal en el mundo, dado ue es más costoso ue los sistemas -H no re*enerables dado ue demandan ma&or cantidad de recursos de operación & mantenimiento & el retorno por las ventas de productos derivados del 5:2 capturado1 no representa una porción si*nificativa del incremento de los costos. /s por esta ra#ón ue al*uno de los sistemas -H re*enerables $an sido convertidos a sistemas no re*enerables. A continuación se presentan los tipos de sistemas de este tipo ue e(isten.
)
T-*&"&46! FGD M&9!%! R4*(!5" C&* O#%& D M!4*/#&
/n este proceso el 5:2 es removido en un depurador mojado. Auí el cloruro de $idró*eno & el fluoruro de $idró*eno es removido en un predepurador. /l producto sulfitoCsulfato de ma*nesio resulta de la absorción del 5:2 en el depurador. /l producto del absorbente con el 5:2 es secado & calcinado en un $orno para re*enerar el ó(ido de ma*nesio .el 5:2 capturado durante la calcinación es apto para la producción de ácido sulf6rico.
)
T-*&"&46! FGD M&9!%! R4*(!5" C&* C!(5&*!& D S&%#&
/n este proceso el 5:2 es puesto en contacto con una solución de carbonato de sodio repartida por aspersión. /l producto de la reacción es sulfito de sodio & sulfato de sodio, los cuales se reducen a sullfuro de sodio. espu's de una reacción del sulfuro de sodio con dió(ido de carbono & a*ua, el carbonato de sodio se re*enera & el sulfuro de sodio es convertido en a#ufre.
)
T-*&"&46! FGD M&9!%! R4*(!5" C&* A1#*!/@[
/ste proceso involucra la absorción de 5:2 con un absorbente de aminas acuoso. as aminas son re*eneradas termalmente para liberar un concentrado de a*ua saturada con 5:2, el cual puede ser tratado con tecnolo*ías convencionales para producir ácido sulf6rico.
)
T-*&"&46! FGD S-! R4*(!5" C&* C!(58* A-#!%&
/ste proceso absorbe 5:2 en un lec$o en movimiento de carbón activado *ranulado. /ste carbón activado es t'rmicamente re*enerado para producir un concentrado de 5:2, el cual puede ser tratado con tecnolo*ías tradicionales para producir ácido sulf6rico.
B!"!*- D M!(#!"/ E* E" &' Y E* L! B!/ a ecuación de balance de materiales /%J1 se deriva como el balance volum'trico ue i*uala la producción acumulada de fluidos, e(presada como un vaciamiento, & la e(pansión de los fluidos como resultado de una caída de presión en el &acimiento. 5e basa en la le& de conservación de la materia, ue establece ue la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante
M\TODO MCCABE THIELE /s un m'todo *rafico *ráfico basado en el m'todo de eBis, mediante mediante el cual se puede determinar el n6mero de platos o etapas teóricas necesarias para la separación de una me#cla binaria, usa balances de materia con respecto respecto a ciertas ciertas partes de la torre, para obtener obtener las líneas de operación & la curva de euilibrio &G( para el sistema. /s adecuado en auellos casos donde los componentes de la me#cla binaria a separar son de tal naturale#a naturale#a ue sus me#clas me#clas tienen un comportamiento comportamiento cercano a la idealidad.
UNIDAD IX TUBERIAS Y CONTROLES DEL SISTEMA FRACCIONADOR N&(1!/ ASTM as normas A5+J las usan individuos, compa!ías & a*encias en todo el mundo. os compradores & vendedores incorporan normas en sus contratos4 los científicos e in*enieros las usan en sus laboratorios & oficinas4 los aruitectos & dise!adores las usan en sus planos4 las a*encias *ubernamentales de todo el mundo $acen referencia a ellas en códi*os, re*ulaciones & le&es4 & muc$os otros las consultan para obtener orientación sobre muc$os temas.
N&(1!/ % ASTM ; J'todo de prueba para punto de inflamación por *'nero probador de copa cerrada. [ 8; J'todo de prueba para la destilación de productos derivados del petróleo a presión atmosf'rica. [ 93 J'todos de prueba para punto de inflamación de "ensQ&GJartens probador de copa cerrada. [ 29 J'todo de prueba para A#ufre en "roductos de "etróleo J'todo Heneral de la bomba1. [ 30 J'todo de prueba para orrosividad de obre de "roductos de "etróleo por cobre tira de prueba. [ << J'todo de prueba para viscosidad cinemática de líuidos transparentes & opacos & cálculo de la viscosidad dinámica1. [ <82 J'todo de prueba para eni#as de productos derivados del petróleo. [ 2< J'todo de prueba para residuos de carbón Pamsbottom de "roductos de "etróleo. [ ;3 J'todo para determinar el n6mero de cetano del combustible diesel. [ ;;< J'todo de prueba para D6mero hcido de productos derivados del petróleo por titulación potenciom'trica. [ 97 /specificaciones para los aceites de combustible diesel. [ 97; J'todo de ensa&o para el índice de cetano alculado de ombustibles destilados.
[
2;; J'todo de prueba para A#ufre en "roductos de "etróleo J'todo de
la lámpara1. [ 39 J'todo de prueba para los tipos de $idrocarburos en los productos de petróleo líuido por adsorción indicador fluorescente. [ 2 J'todo de prueba para A#ufre en "roductos de "etróleo J'todo de Alta +emperatura1. [ 200 J'todo de prueba para punto de enturbiamiento en productos derivados del petróleo. [ 2;22 J'todo de prueba para A#ufre en "roductos de "etróleo por X dispersiva de ra&osGespectrometría de fluorescencia de lon*itud de onda. [ 2709 J'todo de ensa&o para a*ua & sedimentos en combustibles destilados medios por la centrífu*a. [ 2880 /specificación para los aceites de turbina de *as combustible. [ 320 J'todo de prueba para cantidades tra#a de a#ufre a la lu# de Nidrocarburos íuidos de "etróleo por microculombimetría o(idativo. [ 3828 J'todo de ensa&o para punto de inflamación de "eue!a /scala probador de copa cerrada. [ <07 "ráctica para el Juestreo Janual de "etróleo & productos derivados del petróleo. [ <29< J'todo de prueba para a#ufre en petróleo & productos derivados del petróleo por ener*ía dispersiva de ra&osGespectrometría de fluorescencia X. [ <39 J'todo de prueba para filtrabilidad de los combustibles diesel por la temperatura del flujo de los ensa&os de baja +-+1. [ <737 J'todo de ensa&o para el índice de cetano calculado por la ecuación de variables uatro. [ <8; Huía para la *eneración & disipación de la electricidad estática en los sistemas de combustible de petróleo. [ <3 J'todo de prueba para la determinación de sulfuro total en $idrocarburos li*eros, la c$ispa de encendido del motor de combustible, combustible para motores diesel, & aceite de motor por fluorescencia ultravioleta. [ 77 J'todo de prueba para punto de enturbiamiento en productos derivados del petróleo paso con etección ptica ámara de enfriamiento1. [ 772 J'todo de prueba para punto Dube de "roductos de "etróleo J'todo de /nfriamiento =elocidad ineal1. [ 773 J'todo de prueba para punto Dube de "roductos de "etróleo J'todo de /nfriamiento =elocidad onstante1. [ ;079 J'todo de prueba para la evaluación de lubricidad de combustibles diesel por la frecuencia alternativa Pi*Galta N-PP1.
[
;27 J'todo de prueba para la contaminación de partículas en
combustibles destilados medios por la filtración de l aboratorio. [ ;37 J'todo de prueba para enc$ufar el punto frío del filtro de combustible para calefacción & diesel. [ ;<;8 J'todo de ensa&o para la estabilidad a altas temperaturas de los combustibles destilados Jedio. [ ;<;9 Huía para ontaminación Jicrobiana en ombustibles & sistemas de combustible. [ ;7 /specificación para me#clas de combustible biodi'sel %001 para los combustibles destilados Jedio. ;890 J'todo de prueba para la determinación del retardo de la i*nición & el n6mero de cetano derivado D1 de los aceites de combustible diesel por combustión en una cámara de volumen constante. [ 737 J'todo de prueba para la determinación de biodiesel 'steres metílicos de ácidos *rasos1 contenidos en el aceite combustible iesel Isando espectroscopía de infrarrojo medio A+PG-+FPG"5 J'todo1. [ 7397 J'todo de prueba para punto de enturbiamiento en productos derivados del petróleo J'todo óptico miniaturi#ado1.
N&(1!/ ASA: /l sistema americano utili#ado en los estados unidos & en todos los países bajo su influencia industrial, esta re*ido por la American /standar Association A5A1. /stos formatos tienen sus dimensiones en pul*adas. as tablas & los *ráficos se enumeran separadamente. a palabra fi*ura para referirse a un *ráfico, es un an*licismo. 5i se empleen foto*rafías u otros materiales visuales tambi'n se numeran separadamente. cada tabla & cada *rafico debe estar perfectamente rotulados, con un titulo descriptivo acompa!e al n6mero, en la parte superior. /n las tablas no se deben emplear abreviaturas ni en los rótulos de fila ni en los de columna, salvo en casos especiales, como los nombres de al*unas variables estadísticas. /n la parte inferior se debe citar la fuente de la tabla o *ráfico. o ideal es las tablas & *ráficos resulten inteli*ibles & por sí mismos, sin recurso al te(to ue se describe. +oda tabla o *rafico debe contar con al menos una alusión en el te(to. Dormalmente la ilusión se presenta entre par'ntesis, idealmente, los *ráficos & tablas se empla#an despu's de la primera alusión en el te(to, o en el lu*ar
conveniente más cercano. o recomendado se*6n A5A es indicar el empla#amiento ideal de la tabla. as normas de estilo A5A son ampliamente utili#adas tanto en publicaciones acad'micas como en los reuisitos ue se e(i*en a los trabajos de los estudiantes en las universidades. /mplear al*6n tipo de norma es importante para evitar el pla*io & para, en el futuro, ser capa# de escribir si*uiendo los usos profesionales más e(i*entes. D:PJA5 FD /n cuanto a su si*nificado, las normas FD es el instituto Alemán de /standari#aciondeustc$er industrie DormenGDormas de la industria Alemana1.son especificaciones ue $a& ue tener en cuenta para el cumplimiento de ciertos procedimientos u operaciones. /n este caso en partículas ofrece los estándares t'cnicos para la racionali#ación, el control de calidad, la se*uridad & la protección del medio a fin de cooperar con la industria manufacturera, el comercio, los sectores de servicios, las or*ani#aciones del consumidor & el *obierno. /n la actualidad la ma&oría de las normas especialmente en /uropa se basa en las normas de estandari#acion FD. esta norma es conocida en Alemania como el cuerpo de estándares nacional. 5us principios son paralelos a la $umanidad FD, son las redactadas & emitidas por los diferentes or*anismos nacionales de normali#ación, & en concordancia con las recomendaciones de las normas internacionales & re*ionales pertinentes. "ara la elaboración de los formatos medidas del formato bruto, del formato final & de los már*enes, se utili#a la norma FD A o serie FD A. a serie FD A establece ue todos los formatos deben ser [ 5emejantes. [ Jedidos en milímetros. [ e forma rectan*ular. [ Y tal ue su altura sea i*ual a su base multiplicada por la raí# de dos. [ FD desi*na los trabajos de la comisión alemana de normas, relación de $oja de normas, contiene todas las normas e(istentes & los pro&ectos. [ /n la industria se utili#a para tra#ar letras, n6meros, la plantilla llamada normo*rafo es una franja plástica con letras & n6meros perforados ue ri*en las normas FD; & FD7. [ FD ; es la letra inclinada normali#ada. [ FD7 es la letra vertical normali#ada, es la más utili#ada para rotular dibujo & dimensiones.
[ os formatos de serie FD se pueden subdividir racionalmente asi A, : en dos formatos AF4 en cuatro formatos A4 en oc$o formatos A34 en diecis'is formatos A<. /sta subdivisión se identifica como doble# modular.
S#/1! D F(!--#&*!1#*&: C&* !'&( S-& 0 P,(#7#-!-#8* C&* A-# a destilación del crudo, se basa en la transferencia de masa entre las fases líuido G vapor de una me#cla de $idrocarburos. a destilación permite la separación de los componentes de una me#cla de $idrocarburos, como lo es el petróleo, en función de sus temperaturas de ebullición. "ara ue se produ#ca la Zseparación o fraccionamientoZ de los cortes, se debe alcan#ar el euilibrio entre las fases líuidoGvapor, &a ue de esta manera los componentes más livianos o de menor peso molecular se concentran en la fase vapor & por el contrario los de ma&or peso molecular predominan en la fase liuida, en definitiva se aprovec$a las diferencias de volatilidad de los $idrocarburos. /l euilibrio liuidoGvapor, depende principalmente de los parámetros termodinámicos, presión & temperatura del sistema. as unidades se dise!an para ue se produ#can estos euilibrios en forma controlada & durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados. %ásicamente el proceso consiste en vapori#ar los $idrocarburos del crudo & lue*o condensarlos en cortes definidos. Jodificando fundamentalmente la temperatura, a lo lar*o de la columna fraccionadora. a vapori#ación o fase vapor se produce en el $orno & #ona de car*a de la columna fraccionadora. /n el Norno se transfiere la ener*ía temica necesaria para producir el cambio de fase & en la ona de ar*a se disminu&e la presión del sistema, produci'ndose el flas$ de la car*a, obteni'ndose la vapori#ación definitiva. a fase liuida se lo*ra con reflujos o reciclo de $idrocarburos retornados a la torre. /stos reflujos son corrientes liuidas de $idrocarburos ue se enfrían por
intercambio con crudo o fluidos refri*erantes. a función u objetivo principal de estos, es eliminar o disipar en forma controlada la ener*ía cedida a los $idrocarburos en el $orno, de esta manera se enfría & condensa la car*a vapori#ada, en cortes o fracciones de $idrocarburos especificas, obteni'ndose los combustibles correspondientes. a columna posee bandejas o platos donde se produce el euilibrio entre los vapores ue ascienden & los líuidos descendentes. /n puntos o alturas e(actamente calculadas e(isten platos colectores desde lo ue se e(traen los combustibles destilados. a diferencia fundamental entre las unidades de +óppin* & =acío es la presión de trabajo. /l +oppin* opera con presiones típicas de ]*Ccm2 manom'trica1, mientras ue en el =acío trabaja con presiones absolutas de 20 mm de mercurio. /sto permite destilar $idrocarburos de alto peso molecular ue se descompondrían o crauearían t'rmicamente, si las condiciones operativas normales del +oppin* fuesen sobrepasadas. C&",1*! D F(!--#&*!1#*& Ina columna de fraccionamiento, tambi'n llamada columna de platos o columna de platillos, es un aparato ue permite reali#ar una destilación fraccionada. Ina destilación fraccionada es una t'cnica ue permite reali#ar una serie completa de destilaciones simples en una sola operación sencilla & continua. a destilación fraccionada es una operación básica en la industria uímica & afines, & se utili#a fundamentalmente en la separación de me#clas de componentes líuidos.
D/#"!-#8* F(!--#&*!%!: a destilación fraccionada es una variante de la destilación simple ue se emplea principalmente cuando es necesario separar líuidos con punto de ebullición cercanos. a principal diferencia ue tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. ksta permite un ma&or contacto entre los vapores ue ascienden con el líuido condensado ue desciende, por la utili#ación de diferentes ZplatosZ. /sto facilita el intercambio de calor entre los vapores ue ceden1 & los líuidos ue reciben1. /se intercambio produce un intercambio de
masa, donde los líuidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, & los vapores con ma&or punto de ebullición pasan al estado líuido.
D/#"!-#8* A" V!-6&: a destilación a vacío es la operación complementaria de destilación del crudo procesado en la unidad de destilación atmosf'rica, ue no se vapori#a & sale por la parte inferior de la columna de destilación atmosf'rica. /l vapori#ado de todo el crudo a la presión atmosf'rica necesitaría elevar la temperatura por encima del umbral de descomposición uímica & eso, en esta fase del refino de petróleo, es indeseable. /l residuo atmosf'rico o crudo reducido procedente del fondo de la columna de destilación atmosf'rica, se bombea a la unidad de destilación a vacío, se calienta *eneralmente en un $orno a una temperatura inferior a los <00 R, similar a la temperatura ue se alcan#a en la fase de destilación atmosf'rica, & se introduce en la columna de destilación. /sta columna trabaja a vacío, con una presión absoluta de unos 20 mm de N*, por lo ue se vuelve a producir una vapori#ación de productos por efecto de la disminución de la presión, pudiendo e(traerle más productos li*eros sin descomponer su estructura molecular.
E* "! ,*#%!% % !-6& / &5#** /&"& (/ #'&/ % '(&%,-&/: Has :il i*ero de vacío H:1. Has :il "esado de vacío H:"1. Pesiduo de vacío. os dos primeros, H: & H:", se utili#an como alimentación a la unidad de
craueo catalítico despu's de desulfurarse en una unidad de $idrodesulfuración N51. /l producto del fondo, residuo de vacío, se utili#a principalmente para alimentar a unidades de craueo t'rmico, donde se vuelven a producir más productos li*eros & el fondo se dedica a producir fuel oil, o para alimentar a la unidad de producción de coue. ependiendo de la naturale#a del crudo el residuo de vacío puede ser materia prima para producir asfaltos.
A$&(&'&:
In a#eótropo o me#cla a#eotrópica1 es una me#cla líuida de dos o más componentes ue posee un 6nico punto de ebullición constante & fijo, & ue al pasar al estado vapor *aseoso1 se comporta como un compuesto puro, o sea como si fuese un solo componente. In a#eótropo, puede $ervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los constitu&entes de la me#cla, permaneciendo el líuido con la misma composición inicial, al i*ual ue el vapor, por lo ue no es posible separarlos por destilación simple. /l a#eótropo ue $ierve a una temperatura má(ima se llama a#eótropo de ebullición má(ima & el ue lo $ace a una temperatura mínima se llama a#eótropo de ebullición mínima, los sistemas a#eotrópicos de ebullición mínima son más frecuentes ue los de ebullición má(ima. In ejemplo es la me#cla de etanol & a*ua, ue forma un a#eótropo para una concentración del 9L en peso de alco$ol, ue $ierve a una temperatura de 78,2 R. on una destilación simple se obtiene un alco$ol con esta concentración título1, pero para conse*uir un compuesto más puro se necesita utili#ar recursos especiales como una destilación a#eotrópica. estilación a#eotrópica /n uímica, la destilación a#eotrópica es una de las t'cnicas usadas para romper un a#eótropo en la destilación. Ina de las destilaciones más comunes con un a#eótropo es la de la me#cla etanolGa*ua. Isando t'cnicas normales de destilación, el etanol solo puede ser purificado a apro(imadamente el 9L. Ina ve# se encuentra en una concentración de 9CL etanolCa*ua, los coeficientes de actividad del a*ua & del etanol son i*uales, entonces la concentración del vapor de la me#cla tambi'n es de 9CL etanolGa*ua, por lo tanto destilaciones posteriores son inefectivas. Al*unos usos reuieren concentraciones de alco$ol ma&ores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la *asolina. "or lo tanto el a#eótropo 9CL debe romperse para lo*rar una ma&or concentración.
/n uno de los m'todos se adiciona un material a*ente de separación. "or ejemplo, la adición de benceno a la me#cla cambia la interacción molecular & elimina el a#eótropo. a desventaja, es la necesidad de otra separación para retirar el benceno. :tro m'todo, la variación de presión en la destilación, se basa en el $ec$o de ue un a#eótropo depende de la presión & tambi'n ue no es un ran*o de concentraciones ue no pueden ser destiladas, sino el punto en el ue los coeficientes de actividad se cru#an. 5i el a#eótropo se salta, la destilación puede continuar. "ara saltar el a#eótropo, el a#eótropo puede ser movido cambiando la presión. om6nmente, la presión se fija de forma tal ue el a#eótropo uede cerca del 00L de concentración, para el caso del etanol, 'ste se puede ubicar en el 97L. /l etanol puede destilarse entonces $asta el 97L. Actualmente se destila a un poco menos del 9,L. /l alco$ol al 9,L se envía a una columna de destilación ue está a una presión diferente, se mueve el a#eótropo a una concentración menor, tal ve# al 93L. Ya ue la me#cla está por encima de la concentración a#eotrópica actual, la destilación no se pe*ará en este punto & el etanol podrá ser destilado a cualuier concentración necesaria. "ara lo*rar la concentración reuerida para el etanol como aditivo para la *asolina se usan com6nmente tamices moleculares en la concentración a#eotrópica. /l etanol se destila $asta el 9L, lue*o se $ace pasar por un tami# molecular ue absorba el a*ua de la me#cla, &a se tiene entonces etanol por encima del 9L de concentración, ue permite destilaciones posteriores. ue*o el tami# se calienta para eliminar el a*ua & puede ser reutili#ado.
D/#"!-#8* P&( A((!/( D V!'&(: /n la destilación por arrastre de vapor de a*ua se lleva a cabo la vapori#ación selectiva del componente volátil de una me#cla formada por 'ste & otros Zno volátilesZ. o anterior se lo*ra por medio de la in&ección de vapor de a*ua directamente en el interior de la me#cla, denominandose este Zvapor de arrastreZ, pero en realidad su función no es la de ZarrastrarZ el componente volátil, sino condensarse en el matra# formando otra fase inmisible ue cederá su calor latente a la me#cla a destilar para lo*rar su evaporación. /n este caso se tendrán la presencia de dos fases insolubles a lo lar*o de la destilación or*ánica &
acuosa1, por lo tanto, cada líuido se comportará como si el otro no estuviera presente. /s decir, cada uno de ellos ejercerá su propia presión de vapor & corresponderá a la de un líuido puro a una temperatura de referencia a condición más importante para ue este tipo de destilación pueda ser aplicado es ue tanto el componente volátil como la impure#a sean insolubles en a*ua &a ue el producto destilado volátil1 formará dos capas al condensarse, lo cual permitirá la separación del producto & del a*ua fácilmente. omo se mencionó anteriormente, la presión total del sistema será la suma de las presiones de vapor de los componentes de la me#cla or*ánca & del a*ua, sin embar*o, si la me#cla a destilar es un $idrocarburo con al*un aceite, la presión de vapor del aceite al ser mu& peue!a se considera despreciable para efecto de los cálculos " V "aU W "bU ónde " V presión total del sistema "aUV presión de vapor del a*ua "bUV presión de vapor del $idrocarburo "or otra parte, el punto de ebullición de cualuier sistema se alcan#a a la temperatura a la cual la presión total del sistema es i*ual a la presión del confinamiento. Y como los dos líuidos junto alcan#an una presión dada, más rápidamente ue cualuiera de ellos solos, la me#cla $ervirá a una temperatura más baja ue cualuiera de los componentes puros. /n la destilación por arrastre es posible utili#ar *as inerte para el arrastre. 5in embar*o, el empleo de vapores o *ases diferentes al a*ua implica problemas adicionales en la condensación & recuperación del destilado o *as. /l comportamiento ue tendrá la temperatura a lo lar*o de la destilación será constante, &a ue no e(isten cambios en la presión de vapor o en la composición de los vapores de la me#cla, es decir ue el punto de ebullición premanecerá constante mientras ambos líuidos esten presentes en la fase líuida. /n el momento ue uno de los líuidos se elimine por la propia ebullición de la me#cla, la temperatura ascenderá bruscamente. 5i en me#cla binaria desi*namos por na & nb a las fracciones molares de los dos líuidos en la fase vapor, tendremos "aU V na " "bU V nb" dividiendo "aU V na " V na "bU nb " nb na & nb son el numero de moles de A & % en cualuier vol6men dado de vapor, por lo tanto "aU V na "bU nb & como la relación de las presiones de vapor a una Z+Z dada es constante, la relación naCnb, debe ser constante tambi'n. /s decir, la composición del vapor es
siempre constante en tanto ue ambos líuidos esten presentes. Además como na V BaCJa & nbV BbCJb donde Ba & Bb son los pesos en un vol6men dado & Ja, Jb son los pesos moleculares de A & % respectivamente. a ecuación se transforma en "aU V na V BaJb "bU nb BbJa : bien Ba V Ja"aU Bb Jb"bU /sta 6ltima ecuación relaciona directamente los pesos moleculares de los dos componentes destilados, en una me#cla binaria de líuidos. "or lo tanto, la destilación por arrastre con vapor de a*ua, en sistemas de líuidos inmisibles en 'sta se lle*a a utili#ar para determinar los pesos moleculares apro(imados de los productos o sustancias relacionadas. /s necesario establecer ue e(iste una *ran diferencia entre una destilación por arrastre & una simple, &a ue en la primera no se presenta un euilibrio de fases líuidoGvapor entre los dos componentes a destilar como se da en la destilación simple, por lo tanto no es posible reali#ar dia*ramas de euilibrio &a ue en el vapor nunca estará presente el componente Zno volátilZ mientras este destilando el volátil. Además de ue en la destilación por arrastare de vapor el destilado obtenido será puro en relación al componente no volátil aunue reuiera de un decantación para ser separado del a*ua1, al*o ue no sucede en la destilación simple donde el destilado si*ue presentando ambos componentes aunue más enriuecido en al*uno de ellos. Además si este tipo de me#clas con aceites de alto peso molecular fueran destiladas sin la adición del vapor se reueriría de *ran cantidad de ener*ía para calentarla & emplearía ma&or tiempo, pudiendose descomponer si se trata de un aceite esencial.
D/#"!-#8* 19&(!%!: uando e(isten dos o más compuestos en una me#cla ue tienen puntos de ebullición relativamente cercanos, es decir, volatilidad relativa menor a & ue forma una me#cla no ideal es necesario considerar otras alternativas más económicas a la destilación convencional, como son •
estilación e(tractiva
•
estilación reactiva
/stas t'cnicas no son ventajosas en todos los casos & las re*las de análisis & dise!o pueden no ser *enerali#adas para todos los sistemas, por lo ue cada
me#cla debe ser anali#ada cuidadosamente para encontrar las mejores condiciones de operación.
D#/3& D S#/1!/ D F(!--#&*!1#*& A"1!-*!9 0 %/'!-& % GLP os recipientes donde se almacena & transporta el H" son dise!ados para este fin cerrados & presuri#ados1 para prevenir la perdida de evaporación de los *ases . +odos los tanues llevan al menos una válvula de servicio a trave# de la cual se adiciona o retira *as & una válvula de se*uridad para aliviar cualuier acumulación de presión 5i la presión del recipiente comien#a elevarse por causa de un a*ente e(terno G%/=/G1, la válvula de se*uridad permitirá la descar*a de un poco de vapor, disminu&endo el ries*o de e(plosión. os tanues de Has icuado de "etroleo deben construirse bajo ciertas condiciones & si*uiendo ciertas normativas & estas son /l .5 02G93G /J. a base del dise!o deberá estar basado al A5J/ 5ección =FFF iv. o 2 se*6n sea aplicable. -inalmente debe estar certificado por un or*anismo acreditador.
T!*, E/!-#&*!(#& % GLP: Pecipiente de acero fabricado de acuerdo a la Dorma +'cnica Dacional aprobado por FD/:"F o en su defecto al ódi*o A5J/. "uede dividirse de acuerdo a la manera de instalación por ejemplo /nterrada, 5oterrada o Jonticulada o dependiendo de las condiciones de instalación. uando los tanues estacionarios para el almacenamiento de H" se instalen soterrados bajo el nivel del suelo1, se tendrá en cuenta las si*uientes características Fmpedir la -lotación, lo cual esta deberá ser anclado adecuadamente. / tanue estacionario en su dise!o & fabricación debe cumplir con las especificaciones del ódi*o A5J/ 5ección =FFF para recipientes a presión no sometidos a la acción al del fue*o. 5u instalación se efectuara conforme a lo estipulado & si*uiendo en detalle la Dorma D-"A 8 iuefied "etroleum Has ode1.
L! O'(!-#8* % A"1!-*!1#*& % GLP. /stá dividida en 2 etapas. :peración de lenado del Pecipiente & :peración de /(tracción de íuido & =apor del recipiente.
O'(!-#8* % L"*!%&: a cantidad má(ima de H" liuido en la cual se pueda llenar un tanue móvil o estacionario depende de su tama!o, ubicación encima o debajo del suelo1, de la densidad & temperatura del H".
O'(!-#8* % E(!--#8* % L6,#%& 0 V!'&(: a e(tracción del H" líuido del tanue se puede reali#ar mediante el uso de una bomba o compresor para H". as %ombas & los compresores para H" deben ser dise!adas, instaladas & mantenidas de tal forma ue manten*an el líuido e(clusivamente en las bombas & el vapor e(clusivamente en los compresores. /sta tarea no resulta fácil al tratarse de H", básicamente se debe a ue el "ropano es almacenado & trasladado en su punto de ebullición o cual al recibir calor, se forma los vapores de propano4 & su p'rdida de ener*ía causara la condensación del vapor a líuido.
a e(tracción del vapor de H" reduce la presión, /sto causa ue el líuido $ierva en un intento de restaurar la presión por medio de la *eneración de vapor para reempla#ar auel vapor ue fue e(traído.
C!1#8* C#/(*! 0 T!*, E/!-#&*!(#&:
a operación de car*a & descar*a de H" de camiones tanue a tanues
estacionarios en las "lantas /nvasadoras, no podrá reali#arse a una distancia menor a 3 metros entre ellos. /n nin*6n caso, en este tipo de operaciones reali#adas en las "lantas /nvasadoras, los camiones tanues estarán estacionados en la vía p6blica.
os camiones tanue dispondrán de cone(ión a tierra para descar*a de la
corriente estática.
V+","!/ % C#(( % E1(4*-#!:
a válvula de cierre de emer*encia deberá contar con los dispositivos de
accionamiento ue a continuación se indican ierre Automático a trav's de un activador t'rmico uando se empleen elementos fusibles, estos deberán estar a una temperatura de fusión ue no supere los 2. ebe e(istir un cierre manual. /l elemento sensible de la válvula ue act6a t'rmicamente debe uedar a no mas de . metros de la unión de la man*uera o tubería con unión *iratoria
$asta la linea en ue se instalara la válvula de cierre de emer*encia tendrá anclaje tal, ue si por al*una causa se produjera una tracción e(cesiva, el da!o ue esta pudiera ocasionar , ocurra con la man*uera con unión *iratoria uedando, de esta manera, intacto al sistema.
M!*4,(!/ '!(! T(!/#4&: +oda toma de car*a debe cumplir con los si*uientes reuisitos
a instalación debe ser tal, ue la man*uera est' libre de dobleces tanto
cuando este en uso como cuando no se emplea. as tomas durante el tiempo ue no est'n en uso deberán prote*erse con tapón de cauc$o adecuado. ebe evitarse ue las man*ueras de despac$o se maltraten por ro#amiento o fricción contra el piso u otra superficie, debilitando dic$os puntos de contacto.
U/& % S#1,"!%&(/ edicados fundamentalmente a la industria con el objetivo de mejorar e incrementar la eficiencia de las mismas a permitir $acer simulaciones de diferentes procesos antes de ue ocurran en realidad, las cuales producen resultados ue pueden ser anali#ados para una futura reali#ación de los mismos. /(iste una *ran variedad de simuladores de procesos comerciales, al*unos de las cuales son poderosas $erramientas de cálculo, con inmensos bancos de datos ue contienen las propiedades físicas de miles de compuestos & sustancias uímicas, selección de modelos termodinámicos, cálculos de euipos teórico & real1, análisis de costo, estado de a*re*ación & condiciones de operación, ue le dan al simulador la ventaja de una *ran versatilidad.
