Método de FUG

OPERACIONES UNITARIASDESTILACIN MULTICOMPONENTE

Profs: Johemar Almera, Zoraida CarrasqueroUNEFM

IngenierIngenieraa

1.-Definicin

2. Componentes

2.1. Claves

2.2. No claves

2.3. Distribuidos

2.4. Adyacentes

3. Determinacin de la presin de operacin y tipo de condensador

4. Mtodos aproximados

4.1.Mtodos FENSKE UNDERWOOD GILLILAND

4.2. Etapas mnimas

4.2.1 Distribucin de los componentes a Reflujo total

CONTENIDO



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4.3. Reflujo mnimo

4.4. Platos tericos a Reflujo de Operacin

4.5. Localizacin del plato de alimentacin

CONTENIDO



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Definicin

Aplicaciones

DESTILACIN MULTICOMPONENTE



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- Clave Ligero LK

Componentes Claves

Componentes no Claves

- Clave Pesado HK

El ms pesado de los ligeros

El ms liviano de los pesados

- No Clave Ligero

- No Clave Pesado

Ms ligeros que el clave liviano

Ms pesados que el clave pesado- Se dividen en


- Se dividen en

Se especifica su recuperacin



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Componentes distribuidos

Componentes Adyacentes

- Componentes con igual volatilidades

HKkkjj HKLK


-La volatilidad relativa de estos compuestos est comprendida entre la de los

componentes clave ligero y pesado



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Distribucin de los componentes en una torre de destilacin


XC1=

XC2=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

XC1=

XC2=

XC3=

XC4=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

LK

LK

LKHK

HK

HK

NO CLAVES

NO CLAVE

NO CLAVE

NO CLAVES

NO CLAVE DIST.

XC5=NO CLAVE DIST.

NO CLAVE DIST.



IngenierIngenieraaSecuencia de columnas de destilacin para separacin de mezclas multicomponente




IngenierIngenieraaSecuencia de columnas de destilacin para separacin de mezclas multicomponente


Secuencia Directa Secuencia Indirecta



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Elegir refrigerante para operar el condensador parcial a 415 psia

Inicio

Calcular PD del punto Burbuja de destilado a 120 F

Calcule presin PB

M

Utilizar condensador parcial

No

Si

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

Calcular PD del punto de roco del destilado a 120 F

No

Si

DETERMINACIN DE PRESIN DE OPERACIN TIPO DE CONDENSADOR

Composicin de alimentacin Especificadas o estimadas

PD > 215 psia

PD > 365 psia

P



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Si

Calcular temperatura de puntos de burbuja a Prehervidor

NoDisminuir la presin PD de forma aproximada

Fin

M

TB < T

descomposicin Trmica

P

Algoritmo para establecer la presin de la columna de destilacin y el tipo de condensador. Henley Seader



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Si se conoce el numero de platos:P 0,1 psi/plato columnas a presin atmosfrica o superatmosferitas

P 0,05 psi/plato columnas al vaco con 2 psia < Pcondensador < 5 psiaLa condicin fsica de la alimentacin se determina mediante un Flash adiabtico para

una presin del plato de alimentacin de PD + 7,5 psia

Los lmites de presin y temperatura son solamente orientativos y dependen de factores econmicos.

0 < PD < 415 psiaPD hasta 215 psia ====> Condensador total

215 psia < PD < 365 psia ====>Condensador parcialPD > 365 psia====>Condensador parcial, se usa refrigerante

Se supone que las cadas de presin en la columna y en el condensador son de 5 psia.

P cond= 5 psia Pcolumna=5 psia



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MTODOS APROXIMADOS DE CALCULO DE DESTILACIN MULTICOMPONENTE

Criterios de Diseo

Mtodos Aproximados

Nmero de EtapasReales y Mnimas

Permite calcular las Composiciones de los Productos a partir de

la especificacin de dos componentes

Determinacin de relacinde reflujo



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MTODO FENSKE- UNDERWOOD- GILLILAND

Determinar Presin y tipo de Condensador

Calcular nmero de etapas mnimas. Ec. De Fenske

Calcular composiciones de Componentes no claves (CD)

No

Si

Aplicar flash a la alimentacin con la Presin de la columna

Inicio

Especificar distribucin de Componentes Claves

Estimar distribucin de Componentes no Claves (ED)

M

Composicin de alimentacin Especificadas

ED CD



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M

Calcular etapas tericas para R especificada (> Rmin) Ec. Guilliland

Localizacin de la etapa de Alimentacin. Ec. De Kirkbride

Calcular requerimientos energticos de condensador y rehervidor

Fin

Calcular relacin de reflujo mnimo Rmin. Ec. De Underwood


Algoritmo para destilacin de sistemas multicomponentes por un mtodo emprico. Henley Seader



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promLK BLKHK

DHK

LK

,logXX*

XXlog

minN

1

ETAPAS MNIMAS

Ecuacin de FenskeRpida estimacin de etapas

mnimas a reflujo totalConsidera volatilidad

constante

XHK, D y XHK,B= concentracin del clave pesado en destilado o residuo

XLK, D y XLK,B= concentracin del clave liviano en destilado o residuo

LK/HK= volatilidad promedio del clave liviano con respecto al clave pesado



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ETAPAS MNIMAS

Volatilidad Relativa promedio

prom,HKLK

2/)( fondotopeHK

LK

21)*( fondotope

HKLK

31)**( entacinlimafondotope

HKLK

Evaluada a Tpromedio de la torre

Evaluada a T de la alimentacin

1

2

3

4

5



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DESTILACION MULTICOMPONENTESMETODOS CORTOSNUMERO DE ETAPAS MINIMAS

21,0 FondoTope

FondoTope

FondoTope Ln

Al cumplirse esta desigualdad, la volatilidad relativa es razonablemente

constante a lo largo de la columna y una aproximacin adecuada ser la ecuacin 2 4

21)*( fondotope

HKLK

Evaluada a T de la alimentacin 2

4



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DISTRIBUCIN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Ecuacin de Fenske Modificada

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 pesadoFi: flujo molar del componente i en la alimentacin

minNmj

j

ii

*bd

fb

1

minNm

j

j

minNm

j

ji

i

*bd

*bd

fd

1



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ETAPAS MNIMAS

Ecuacin de WinnRpida estimacin de etapas

mnimas a reflujo totalVolatilidad

Relativa variable

XHK, D y XHK,B= concentracin del clave pesado en destilado o residuo

XLK, D y XLK,B= concentracin del clave liviano en destilado o residuo

ij: clave liviano y pesado respectivamente

: constantes empricas para un intervalo de P y T adecuado

ijjiji KK

ij

B,HKD,LK

Min log

D,xHKx

B,xLKx

log

N

ij



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DISTRIBUCIN DE COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Ecuacin de Winn Modificada

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 alimentacin

ij= constantes empricas

r,ir,i

min

1

j

j

Nj,i

ii

DB

db

1

fb

min

j,i

Nj,i

1j

j

j

ii

DB

db

1

fd

biB diD

Donde:



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RELACIN DE REFLUJO MNIMO

Ecuacin de Underwood Estima requisitos de RminSupone derrame molar y volatilidadrelativa constantes

q= condicin trmica de la alimentacin

i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesadoxiF= fraccin molar del componente i en la alimentacin

xiD= fraccin molar del componente i en el destilado

iifi X*q1

i

iDi x*minR 1



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Ecuacin de Shiras et al.

XC1=XC2=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

LK

HK

Fx

Dx

Fx

Dx

Fx

Dx

HKF

DHK

LK

jLK

LKF

DLK

LK

j

jFj

Dj

,

,

,

,

,

,

11

1

SE DISTRIBUYE

TOPE

FONDO

1FxDx

j,Fj

D,j

10 FxDx

j,Fj

D,j

0FxDx

j,Fj

D,j



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RELACIN DE REFLUJO MNIMO

Ecuacin de Underwood

q= condicin trmica de la alimentacin

i= volatilidad relativa del componente i con respecto al clave pesadoxiF= fraccin molar del componente i en la alimentacin

xiD= fraccin molar del componente i en el destilado

iifi X*q1

i

iDi x*minR 1

HKLK

XC1=XC2=

XC3=

XC4=

XC5=

XC6=

LK

HK

Cuando hay un componente no clave distribuido la ecuacin Rmin tendr ms de una solucin



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PLATOS TERICOS

Correlacin de GillilandEstima n de platos

tericos a reflujo deoperacin

Relaciona n de platosmnimos y n

de platos reales

1RRR min

1NNN min

1,40 1,50Otro Refrigerante

1,10 1,20Refrigeracin de alto nivel (-150 A 50 F)

1,05 1,10Refrigeracin de bajo nivel (-300 a -150 F)

R/RminMtodo de Condensacin de reflujo

Relaciona



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PLATOS TERICOS Correlacin de Gilliland



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PLATOS TERICOS Correlacin de Gilliland

(R - Rm)/(R+1)0.01 0.1 1.0

1.0

0. 1

0.01

(N - Nm)/(N+1)



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PLATOS TERICOS

Ebbar MaddoxEstima n de platos

tericos a reflujo deoperacin

Relaciona n de platosmnimos y n

de platos reales

1RR

NNmin

Relaciona

1minmin

RR



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PLATOS TERICOS Correlacin de EBBAR MADDOX



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LOCALIZACIN PLATO DE ALIMENTACIN

Ecuacin de Kirkbride Estima la localizacin del plato de alimentacin

206,02

D,HK

B,LK

F,LK

F,HK

DB*

xx

*zz

NSNR

NR+1= Etapa de Alimentacin



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Se supone que se establecen al menos las siguientes especificaciones:

1.-Temperatura, presin, composicin y flujo de la alimentacin.

2.- Presin de la destilacin (con frecuencia fijada por la temperatura del agua

disponible de enfriamiento, con la cual se podra condensar el vapor destilado

para proporcionar el reflujo).

3.-La alimentacin se va a introducir en el plato optimo.

4.- Perdidas de calor, aun cuando se supone que son cero.

Limitaciones de las especificaciones



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Al diseador solo le quedan tres puntos adicionales que puede especificar, mencionados

en la lista mostrada a continuacin:

1.- Numero total de platos

2.- Relacin de reflujo

3.- Relacin del rehervidor

4.- Concentracin de un componente en un producto (puede escogerse un mximo de

dos)

5.-Relacin entre el flujo de un componente en el destilado y el flujo del mismo

componente en el residuo, o separacin del componente (puede escogerse un

mximo de dos)

6.- Relacin entre el destilado total y el residuo total

Limitaciones de las especificaciones

Método de FUG

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