Método de FUG

CONTENIDO 1.-Definición 2. Componentes 2.1. Claves 2.2. No claves 2.3. Distribuidos 2.4. Adyacentes 3. Determinación de la presión de operación y tipo de condensador 4. Métodos aproximados 4.1.Mét 4.1.Método odoss FENS FENSKE KE – UNDERW UNDERWOOD OOD – GILLILA GILLILAND ND 4.2. Etapas mínimas 4.2.1 Distribución de los componentes componentes a Reflujo total total OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Johemar Almera, Zoraida Zoraida Carrasquero Carrasquero

CONTENIDO 4.3. Reflujo mínimo 4.4. Platos teóricos a Reflujo de Operación 4.5. Localización del plato de alimentación

OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Johemar Almera, Zoraida Zoraida Carrasquero Carrasquero

CONTENIDO 4.3. Reflujo mínimo 4.4. Platos teóricos a Reflujo de Operación 4.5. Localización del plato de alimentación


DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Definición

Aplicaciones


DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Componentes Claves Se especifica su recuperación

- Se dividen en

- Clave Ligero LK

El más pesado de los ligeros

- Clave Pesado HK

El más liviano de los pesados

Componentes no Claves - No Clave Ligero

Más ligeros que el clave liviano

- No Clave Pesado

Más pesados que el clave pesado

- Se dividen en

OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Componentes distribuidos -La volatilidad relativa de estos compuestos está comprendida entre la de los componentes clave ligero y pesado

 j

kj k HK

 LK



 HK

Componentes Adyacentes - Componentes con igual volatilidades


DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE XC1=

NO CLAVES

XC1= XC2=

LK

NO CLAVES

XC2=

LK

XC3= XC4=

NO CLAVE DIST.

XC3=

HK

XC5=

NO CLAVE DIST. XC4= HK

XC5=

XC4=

NO CLAVE

LK

XC3=

NO CLAVE DIST.

XC6= XC5= XC6=

HK NO CLAVE

Distribución de los componentes en una torre de destilación


DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

Secuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

Secuencia Directa

Secuencia Indirecta

Secuencia de columnas de destilación para separación de mezclas multicomponente OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR Inicio Composición de alimentación Especificadas o estimadas Calcular PD del punto Burbuja de destilado a 120º F No

PD > 215 psia Si

Use condensador total Reponga PD a 30 psia Si PD < 30 psia

Calcular PD del punto de rocío del destilado a 120º F PD > 365 psia

No

Si

Utilizar condensador parcial

Elegir refrigerante para operar el condensador parcial a 415 psia Calcule presión PB P M OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR P

M Calcular temperatura de punto s de burbuja a Prehervidor

TB < T descomposición Térmica

No

Disminuir la presión PD de forma aproximada

Si

Fin

Algoritmo para establecer la presión de la columna de destilación y el tipo de condensador. Henley Seader OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

DETERMINACIÓN DE PRESIÓN DE OPERACIÓN TIPO DE CONDENSADOR Los límites de presión y temperatura son orientativos y dependen de factores económicos.

solamente

0 < PD < 415 psia PD hasta 215 psia ====> Condensador total 215 psia < PD < 365 psia ====>Condensador parcial PD > 365 psia====>Condensador parcial, se usa refrigerante Se supone que las caídas de presión en la columna y en el condensador son de 5 psia.

P cond= 5 psia

Pcolumna=5 psia

Si se conoce el numero de platos: P ≈ 0,1 psi/plato columnas a presión atmosférica o superatmosferitas P ≈ 0,05 psi/plato columnas al vacío con 2 psia < Pcondensador < 5 psia La condición fásica de la alimentación se determina mediante un Flash adiabático para una presión del plato de alimentación de PD + 7,5 psia


MÉTODOS APROXIMADOS DE CALCULO DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

Criterios de Diseño

Permite calcular las Composiciones de los Productos a partir de la especificación de dos componentes

Métodos Aproximados

Número de Etapas Reales y Mínimas

Determinación de relación de reflujo


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND Inicio

Composición de alimentación Especificadas Especificar distribución de Componentes Claves Estimar distribución de Componentes no Claves (ED) Determinar Presión y tipo de Condensador

Aplicar flash a la alimentación con la Presión de la columna Calcular número de etapas mínimas. Ec. De Fenske Calcular composiciones de Componentes no claves (CD) No

ED

CD Si

M


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND M Calcular relación de reflujo mínimo Rmin. Ec. De Underwood Calcular etapas teóricas para R especificada (> Rmin) Ec. Guilliland Localización de la etapa de Alimentación. Ec. De Kirkbride Calcular requerimientos energéticos de condensador y rehervidor Fin Algoritmo para destilación de sistemas multicomponentes por un método empírico. Henley Seader OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • ETAPAS MÍNIMAS

Considera volatilidad constante

log N min 1

Rápida estimación de etapas mínimas a reflujo total

Ecuación de Fenske

X LK X HK

* D

X HK X LK

B

log α LK , prom

XHK, D y XHK,B= concentración del clave pesado en destilado o residuo XLK, D y XLK,B= concentración del clave liviano en destilado o residuo LK/HK= volatilidad promedio del clave liviano con respecto al clave pesado


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • ETAPAS MÍNIMAS 1

Evaluada a Tpromedio de la torre Evaluada a T de la alimentación

Volatilidad Relativa promedio

 LK

 LK

 LK

, prom HK

 LK

HK

HK

HK

(  tope

2

 fondo ) / 2

(  tope *  fondo )

1

3

4

2

(  tope *  fondo *  a lim entación )

1 3

5


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND DESTILACION MULTICOMPONENTES METODOS CORTOS NUMERO DE ETAPAS MINIMAS

 Tope   Fondo  Tope   Fondo

  Fondo  Tope

 0,1Ln

2

Al cumplirse esta desigualdad, la volatilidad relativa es razonablemente constante a lo largo de la columna y una aproximaci ón adecuada será la ecuación 2 ó 4

Evaluada a T de la alimentación

 LK

HK

(  tope *  fondo )

1

2

2

4


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Ecuación de Fenske Modificada

f i

bi

1

d j b j

*  m

f i N min

d i

1

d j b j d j b j

*  m

N min

*  m

N min

di,dj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el destilado bi,bj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el fondo m= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado

Fi: flujo molar del componente i en la alimentación


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • ETAPAS MÍNIMAS

Volatilidad Relativa variable

log NMin

Rápida estimación de etapas mínimas a reflujo total

Ecuación de Winn

xLK,D

xHK,B

xLK, B

xHK, D

  ij

K i   ij K j  ij

log  ij

XHK, D y XHK,B= concentración del clave pesado en destilado o residuo XLK, D y XLK,B= concentración del clave liviano en destilado o residuo ij: clave liviano y pesado respectivamente : constantes empíricas para un intervalo de P y T adecuado


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Ecuación de Winn Modificada

f i

b i

f i

d i b j

 i N, j min

1 b j d j

 i , r

B

1 1  i , r

 j

B

d j

D N

 i , j min

D

1  i , j

Donde: B

bi

D

di

di,dj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el destilado bi,bj= flujos molares del componente i y del clave pesado j en el fondo B,D= flujo total de residuo y destilado fi: flujo molar del componente i en la alimentación ij= constantes empíricas OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero

MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO

Supone derrame molar y volatilidad relativa constantes

1 q

Ecuación de Underwood

 i * X if

Estima requisitos de Rmin

 i * x iD

R min 1

 i 

 i 

q= condición térmica de la alimentación i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado

xiF= fracción molar del componente i en la alimentación xiD= fracción molar del componente i en el destilado


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND Ecuación de Shiras et al.

x j , DD x Fj , j F



 j  1 x LK , D D  LK  1 x F , LK F



 LK   j x HK , DD  LK  1 x F , HK F

XC1= XC2=

LK

XC3= XC4=

HK XC5= x j,DD xFj, jF 0

x j,DD xFj, jF

x j,D D x Fj, jF

TOPE

1

1

0

XC6=

SE DISTRIBUYE

FONDO


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • RELACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO XC1= XC2=

Ecuación de Underwood

LK

XC3= XC4=

1 q

 i * X if  i 

 LK

R min 1

 i * x iD

HK XC5= XC6=

 i 

  HK

q= condición térmica de la alimentación i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesado

Cuando hay un componente no clave distribuido la ecuación Rmin tendrá más de una solución

xiF= fracción molar del componente i en la alimentación xiD= fracción molar del componente i en el destilado


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • PLATOS TEÓRICOS

Estima nº de platos teóricos a reflujo de operación

Correlación de Gilliland

Relaciona nº de platos mínimos y nº de platos reales

Relaciona

R Rmin

N N min

R 1

N 1

Método de Condensación de reflujo

R/Rmin

Refrigeración de bajo nivel (-300 a -150 ºF)

1,05 – 1,10

Refrigeración de alto nivel (-150 A 50 º F)

1,10 – 1,20

Otro Refrigerante

1,40 – 1,50







1.0

(N - Nm)/(N+1) 0. 1

0.01 0.01

0.1

1.0

(R - Rm)/(R+1) OPERACIONES UNITARIAS DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Profs: Johemar Almera, Zoraida Carrasquero


Estima nº de platos teóricos a reflujo de operación

Ebbar Maddox

Relaciona nº de platos mínimos y nº de platos reales

Relaciona

R R 1

Nmin N

Rmin Rmin

1



Correlación de EBBAR MADDOX


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND • LOCALIZACIÓN PLATO DE ALIMENTACIÓN

Estima la localización del plato de alimentación

Ecuación de Kirkbride

NR

z HK ,F

NS

z LK ,F

*

x LK ,B x HK ,D

0 , 206

2

*

B D

NR+1= Etapa de Alimentación


MÉTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND Limitaciones de las especificaciones

Se supone que se establecen al menos las siguientes especificaciones: 1.-Temperatura, presión, composición y flujo de la alimentación. 2.- Presión de la destilación (con frecuencia fijada por la temperatura del agua disponible de enfriamiento, con la cual se podría condensar el vapor destilado para proporcionar el reflujo). 3.-La alimentación se va a introducir en el plato optimo. 4.- Perdidas de calor, aun cuando se supone que son cero.


Método de FUG

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