05 Dest Cont Cont v4

8/16/2019 05 Dest Cont Cont v4

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DESTILACIÓN POR

CONTACTO CONTINUO

Destilación por contacto continuo Descripción del sistema

Análisis de los diferentes problemas: Diseño /Operación / Control

Planteamiento del cálculo

Extensiones al modelo

Ejemplo


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Planteamiento inicial

Misma estructura general

En vez de etapas, relleno

Las condiciones de trabajo “opuestas”: Inmediatamente después del contacto, cambiamos de

condiciones

Rellenos

Anillos Fenske

Hélices

Sillas Intalox

Anillos Pall

Sillas BerlAnillos de vidrio

Anillos Raschig

Objetivo

Dar área / tiempo de contactoCon un coste mínimo

Con unas pérdidas de carga mínimas

Con un mantenimiento mínimo


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Caracterización de la columna

Relleno Tipo y disposición (aleatoria vs. estructurada) Características resultantes

Área de contacto equivalente (“a” m2/m3 de volumen) Correlaciones para determinar la pérdida de carga Coste (por unidad de volumen)

Volumen área de contacto y tiempo de contacto

Diámetro y altura velocidad

Pérdida de carga

Características de contacto coeficientes de transporte

Situación de los puntos de entrada y salida

(NC+2) + 5 (+ tcontacto – eqtransporte) Alimentación Conocida (NC+2)

Alimentación “donde toca”

Condensador Total sin subenfriamiento

Rel. reflujo Optimización económica

2 especificaciones Independientemente del número de componentes

Grados de libertad


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Situaciones típicas:Diseño Dadas dos especificaciones de pureza (cabeza y colas,

Clave Ligero y Clave Pesado)

Determinar las características necesarias de la (mejor)columna que las cumpla Hipótesis: tipo de relleno, RRóptima, Cond. Total, zalim Datos: equilibrio, transferencia, propiedades

Cálculos básicos: entalpía Otros cálculos: pérdidas de carga, pérdidas de calor, eficiencia ?,…

Determinar el “modo de funcionamiento”

Incluyendo las corrientes internas ¿Optimización ? ¿Especificaciones ? ¿Rróptima?

Situaciones típicas:Operación Dadas las características de la columna Cantidad y características del relleno

Dimensiones de la columna y punto(s) de alimentación

Y dado el modo de funcionamiento p. ej.: RR , Qcald y Qcond (o “tipo” de condensador)

Determinar los productos (P, T, composición, caudal) Incluyendo la distribución por la columna

¿No hay optimización ?

¿Hay DOFs?


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Situaciones típicas:Control Dadas las características de la columna

Cantidad y características del relleno Dimensiones de la columna y punto(s) de alimentación

Y dadas unas especificaciones de pureza Eventualmente priorizadas y valoradas: Tal vez no se puedan cumplir

todas

Determinar el (mejor) modo de funcionamiento para cumplir lasespecificaciones p. ej.: RR , Qcald y Qcond

Determinar los productos (P, T, composición, caudal) Incluyendo la distribución por la columna

¿Optimización? ¿Hay DOFs ? Normalmente se desean más cosas que DOFs Priorización (pero no “absoluta” Optimización económica)

Planteamiento inicial Dividir la columna en secciones “infinitesimales”

En cada rebanada Caracterización de la transferencia

Mismos balances y procedimientos que para el modelo deetapas

V y

V y+d(Vy)≅V(y+dy)

SdZaPPk N GiGG

)( −=

dZ


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[ ] [ ]

[ ] [ ]∫∫ ∫ =

−

⋅

=

−

⋅⋅

=

⋅⋅−⋅=⋅⋅−⋅=⋅

... y y

dy

ak

V

y y

dy

Pak

V SdZ

adZ S y yk adZ S PPk dyV

i yiT G

Gi yGiG

[ ]

[ ]∫ ∫ −

⋅⋅

=

⋅⋅−⋅=⋅

y y

dy

Pak

V SdZ

adZ S PPk dyV

iT G

GiG


)()( Li LiGG C C k PPk −=−

V y

V (y+dy)

SdZaPPk N GiGG )( −=

dZ

ContradifusiónEquimolar


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Estrategia general de cálculo

Muchas ecuaciones (sistema “en banda”) Transferencias No lineales

Difíciles de caracterizar (k NO son necesariamente “constantes”)

Muchas de ellas acopladas (Propiedades Condiciones) MÉTODO ITERATIVO

O iteramos nosotros, o itera el ordenador

Vista global (FUNDAMENTAL) para estimar Balances de masa

En más fácil de razonar sobre “Balances de masa” que sobre“composiciones”

EPS ! Claro ! No hay “balance de composiciones”

Fijar DOFs Hipótesis sobre D

O SOBRE LO QUE QUERAMOS !

Ir hacia adentro progresivamente Estimar lo que haga falta (pero apuntarlo !) Resolver y seguir

Al final, lo que no cuadre nos dirá como cambiar lo que seha “estimado”

Probar nuevos valores de los DOFs (OPTIMIZAR!)

Resolución: Bucle básico

F, xF

D’, xD

B’, xB

S e c t o r d e

e n r i q u e c i m i e n t o

S e c t o r d e

a g o t a m i e n t o

Ln, xn

Vn+1 yn+1

Lm xm Vm+1 ym+1

Superficie I

Superficie II

[ ]∫ ∫ −

⋅

=⋅

y y

dy

ak

V dZ S

i y

...'... ++=+ D LV

x y V L xi yi S∆zCab.

F

Cola


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Casos particulares

F, xF

D, xD

B, xB

S e c t o r d e

e n r i q u e c i m i e n t o

S e c t o r d e

a g o t a m i e n t o

Ln, xn

Vn+1 yn+1

Lm xm Vm+1 ym+1

Superficie I

Superficie II

[ ]

ak

K

ak aK Kx y

y y

dy

aK

V dZ S

x y y

T y

+=→=

−

⋅

=⋅∫ ∫

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*

...'... ++=+ D LV x y V L y* S∆z

Cab.

F

Cola

Situaciones típicas Problema de diseño Las especificaciones permiten empezar la iteración sobre

datos seguros….

Problema de operación Un punto inicial incorrecto puede provocar resultados

absurdos problemas de convergencia

Problema de control El rango de variación de las variables es muy limitado

El cambio de caudales, además de eventuales problemas deinundación, puede provocar que las condiciones de transportevaríen

Aumentar RR no siempre “mejora” la separación ¿Por qué ?


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Tipos de condensadores

Agua de

enfriamiento

VVVV1111

LoLoLoLo

DDDD

Agua de

enfriamiento

VVVV1111

LoLoLoLo

DDDDVVVV1111

LoLoLoLo DDDD

Agua de

enfriamientoVVVV1111

LoLoLoLo DDDD

Agua de

enfriamiento

a) Condensador parcial b) Condensador total

Más Configuraciones Otras entradas / salidas

Modificar los balances cada vez que haya unaperturbación

Destilación discontinua

Primera aproximación: Calderín mucho más grande Solo hay que seguir la dinámica del calderín

El resto de la columna pasa por diferentes estadosestacionarios

Entrada de vapor

Idéntico a una entrada adicional


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Más termodinámica

Multicomponente

Todo lo que se ha hecho es directamente multicomponente…(o casi: contradifusión equimolar)

Seguimos teniendo solo dos DOFs Componentes “claves” Equilibrios más complicados (y menos datos!)

Transporte “mucho” más difícil de prever (y sin datos) Experimentar

Hay que iterar mucho más: La hipótesis inicial implica estimar muchascomposiciones… pero eso lo hace el ordenador

Destilación azeotrópica / extractiva

Termodinámica más complicada Convergencia matemática complicada (hay muchas hipótesis

iniciales que llevan a soluciones infactibles)

Relleno vs. platos Modelos (Transferencia de masa) más difíciles de aplicar

Velocidades de flujo Propiedades (f(x,P,T)) Tipo de relleno

Características in-situ Sistemas para asegurar flujo uniforme

Escalabilidad menos precisa (consecuencia de lo anterior) Especialmente si el relleno es aleatorio

Pruebas / planta piloto

Pérdidas de carga reducidas Diámetros inferiores Coste inferior (a menos que se estructure el relleno) Mantenimiento relativamente sencillo

Problemas de “ensuciamiento”

Poca flexibilidad para cambiar el punto de alimentación


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EFICACIA (¿eficiencia ?)

Eficacia global

Corrección al volumen (altura) calculado

Equivalente a tener “buenos” valores de los coeficientesde transferencia

Ejemplo: enunciado


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Ejemplo: cálculos previos


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-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00


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Destilación por contacto continuo

Descripción del sistema

Análisis de los diferentes problemas: Diseño /Operación / Control


Extensiones al modelo

Ejemplo

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