3_CAPITULO N °2 PROCESOS DE REFINACION (2°Parte)

28ING. CHRISTIAN VILADEGUT G.ING. CHRISTIAN VILADEGUT G.

Pet.

Cru

NL+GLP DEBUTANIZADORA

GLP

NP

Q

DL

DP

RAT

GOL

GOP

RV

NM

NP

ATMOSFÉRICA

FRACION

VA´CIO

NLNP


Pet.

Cru

NL+NM+GLP DEBUTANIZADORA

GLP

DL

DM

DP

RAT

GOL

GOP

RV

NL

NM

ATMOSFÉRICA

FRACION

VA´CIO

NL+NM


Pet

Cru

NL+GLP

Cru Pré-Vaporizado

PRÉ

FLASH

DEBUTANIZADORA

GLP

NL

DL

DM

DP

RAT

GOL

GOP

RV

NM

NPATMOSFÉRICA

FRACION

VÁ´CIO

NPN


Agua de ProcesDLN Circ

SISTEMA DE PRE-CALENTAMIENTO Y DESALACION

PetróleoLdC

DM DP GOP Circ

Q circ

LdC

Salmuera

GOP Circ DL circRV

Torre Pre-Flash

o Torre Atmosférica


A. E.Gas Combustible

Agua Ácida

Nafta Liv.

Petróleo

Petróleo

N.Liv.Torre Debutan.

V.A.

Res. Atmosféricop/ Torre de Vacío

V.A.

Petróleode Batería

TORREATMOSFÉRICA(Sin Pré-flash)

Nafta PesadaV.A.

Petróleo A. E.

V.A.DL

Petróleo A. E.

V.A.DM.

Petróleo A. E.

DP

Petróleo A. E.Horno

Atmosférico



A. E.Gas Combustible

Agua Ácida

Nafta Pesada

Petróleo

Petróleo

N.Liv.Torre Debutan.

V.A.

Res. Atmosféricop/ Torre a Vacío

V.A.

PetróleoPre-vaporizado

TORREATMOSFÉRICA(Con Pré-flash)

V.A.DL

Petróleo A. E.

V.A.DM.

Petróleo A. E.

DP

Petróleo A. E.Horno

Atmosférico



Gas P/URG o Gas Combustible

Agua Ácida

TORREDEBUTANIZADORA

oESTABILIZADORA

A. E.

GLP

Reflujo de

cabeza

Nafta Liv.Inestabilizada

Hot Oil

DieselLivi

A. E.

Nafta

Liv.

#1

#17

#18

#34


TORRE RECTIFICADORA LATERAL

A. E.

V.R.

FI

LC

Petróleo

FCFT

Tanque


REFLUJO CIRCULANTE INFERIOR O INTERMEDIO

Petróleo

FCFT

FCFT

Nafta Liv (Debutanizadora)


TORRE ATMOSFERICATIPOS DE REFLUJO

REFLUJO FRIO

REFLUJO DE CABEZA

T < Pto.Vaporiz. (Líquido sub-enfriado)

REFLUJO CALIENTE T = P.Vap. (Líquido saturado)

Reflujo de cabeza ↑ Reflujo interno ↑ Fraccionamiento ↑

Puede ser del tipo frío o caliente

Controla la temperatura de cabeza de la torre

Genera el reflujo interno en la torre

Establece el gradiente de temperatura de la torre


REFLUJO INTERNO

Refl. Circul.↑ Refl.cab. ↓ Refl. interno ↓ Fraccionamiento ↓

Es introducido como líquido sub-enfriado

Establece el fraccionamiento en la torre

Es un reflujo del tipo caliente

Es el que baja plato a plato por el interior de la torre

REFLUJO CIRCULANTE

Intercambia apenas calor sensible

Refl. Circul.↑ Diam.torre ↓ Carga Térmica Condens. ↓

TORRE ATMOSFERICA


PERFIL DE REFLUJO INTERNO

TORRE ATMOSFERICA


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

0 500 1000 1500 2000

Flujo (mol/s)

VAPOR LÍQUIDO

Retirada do RCT

Retorno do RCT

Retirada do querosene

Retirada do DL

Retirada do DPRetirada do RCI

Retorno do RCI

Q

DL

DP

REFLUjO

CARGA

RAT


Control de Variables Operacionales

Temperatura cabeza ↑ PFE de Producto cabez ↑

TEMPERATURA DE CABEZA DE LA TORRE

Control automático solo en la cabeza de la torre

TEMPERATURA

Actuacion del caudal de reflujo de cabez

UNIDAD CON PRE-FLASH

PIE definido en la torre de pre-flash

UNIDAD SIN PRÉ-FLASH

PIE ajustado por la pres. de cab. de la torre Atmosférica


A. E.

TORRE ATMOSFÉRICA

TC

LdC

Agua

Ácida

FC FT

Nafta

LC

T

CONTROL DE TEMPERATURA


TEMPERATURA DE CARGA ( ZONA DE FLASH )

Función del horno atmosférico y del ΔThorno-torre

Control del gradiente de temperatura a lo largo de la torre

Control de la producción de los cortes y del sobrevaporizado



Pcab↑ V/F↓ Resíduo↑(o Energia)↑ Productos +livian

PRESION DE CABEZA DE LA TORRE

Control automático sólo en la cabeza de la torre

PRESION

Actuación en flujo de gases ( inyección o retirada )

La presion debe ser la mas estáble posíble

Pcab ↓ αAB ↑ Perdida GLP Cab.↑ (Función Condensación)



A. E.

TORRE ATMOSFÉRICA

TC

LdC

Água

Ácida

FC FT

Nafta

LC

Gás CombustíblePT

Gás Combustíble

SR

T

CONTROL DE PRESION


PRESIONUNIDAD CON PRÉ-FLASH

Torre atmosférica con presion ligeramente sub-atmosférica en acumulador de cabeza

UNIDAD SIN PRÉ-FLASH

Presion limitada por condiciones de condensacion encab de torre ( noche x dia )

Inestabilidad en especificacion de J.F.



CAUDAL DE RETIRADA LATERAL

Controla el PFE del producto lateral y el PIE delproducto lateral inferior

RI1

RI2

DLS

DPI

DLS RI1Templatosinferiores

PFEDLS

PIEDPI

Si DPI constante PFEDPI

Si DPI (ΔDPI= ΔDLS)

PFEDPI constante



DESTILACION POR VAPOR DE AGUAVapor de agua en contacto directo con la mezcla líquida

FINALIDAD

Retirar las fracciones livianas absorbidas por los cortes laterales en el interior de la torre, retornándolas a la torre atmosférica

EFECTOS

Influencia la vaporización a lo largo de toda la torre encima del punto donde es inyectado

La inyección excesiva puede provocar arrastre de líquido, oscureciendo incluso el diesel.

El caudal de vapor debe ser alterado como ajuste fino

Actúa principalmente en la faja 0 - 10% de la ASTM

Vapor Rectificación

pHC PIEPL PFPL


158230273308340358375386399

VAPOR INYECTADO 244 kg/hDENSIDAD API 32,5 31,0PUNTO DE INFLAM 51oC 126oC

DL no rectificado

DL rectificado

257292306328346362381392400

Des

tilac

ion

AS

TM

PIE5%10%30%50%70%90%95%PFE

DESTILACION POR VAPOR DE AGUA


Temperatura

% vaporizado

Fracc. mas liv.

Fracc. mas pesada

% vaporizado

Temperatura

Fracc. mas liv.

Fracc- mas pesada

T5%

5 95

T95%

95

T95%

5

T5%

FRACIONAMIENTO ENTRE CORTES

GAP 5-95% = T5% ASTM (mas pesado) - - T95% ASTM (mas liv.)

> 0 GAP < 0 OVERLAP


DestilacionProceso de separacion de los componentes de una mezcla de líquidos miscibles basada en ladiferencia de puntos de ebulicion de loscomponentes individuales.

Tendencia de un líquido para pasar al estado de vapor

Volatilidad

Alta

volatilidad

Alta presion de vapor


Presión de vapor de un Líquido Puro

Presión de vapor de agua

Temp / oC 30

Temperatura Presion de vapor

4 242 12 335 47 383 70 110 101 325

50 80 90 100

p*(H2O) / Pa

Depende solo de la temperatura

p*(substancia) = p Punto de Ebullicion


Un líquido puro entra en ebullición a una dada temperatura cuando la presión de vapor correspondiente a esta temperatura iguala a la presión a la que el líquido está sometido.

Cuanto mayor es la presión a la que el líquido está sometido mayor será su temperatura de ebullición y viceversa


Presión de Vapor de una Mezcla Líquida

p*(mez) = Σ pi* xi

pi* = presión de vapor del componente i

xi = fracción molar del conponente i

pi*xi = presión parcial de vapor del componente i

p*(mez) = presión de vapor de la mezcla.

Ley de Raoult


Ejemplo: Mezcla benceno - tolueno (xbz = 60%) a 82oC e presion atmosferica ( 101 325 Pa )

presion parcial de vapor de benceno

presion parcial de vapor de tolueno

presion de vapor de la mezcla, p*(mez)

107 325 * 0,60

41 597 * 0,40

64 395 Pa

16 639 Pa

=

=

= 81 034 Pa

p*(bz, 82oC)=107 325 Pa p*(tol, 82oC)=41 597 Pa

p*(mez) < p total Líquido sub-enfriado


Cual la temperatura de burbuja de la mezcla ?

presión parcial de vapor de benzeno

presión parcial de vapor de tolueno

presión de vapor de la mezcla , p*(mez)

133 989 x 0,60

52 329 x 0,40

80 393 Pa

20 932 Pa

=

=

= 101 325 Pa

p*(bz, 89,4oC)=133 989 Pa p*(tol, 89,4oC)=52 329 Pa

Punto de burbuja de la mezcla 89,4oC

El punto de burbuja es alcanzado cuando p*(mez) = p total

Consideremos T = 89,4oC


Cual la composición de la burbuja de vapor formada ?

Ley de Dalton

p(total) = Σ pi = Σ p yi

pi = presión parcial del componente i en vapor

yi = fracción molar del componente i en vapor

pi = presión parcial del componente i en vapor

p (total) = presión total del sistema

Equilibrio L-V


benzeno (133 989/101 325) x 0,60

(52 329/101 325) x 0,40

0,7934

0,2066

=

=

pi = p* xi = p yi

Esta es la composicion de la primeira burbuja de vapor !

En el equilibrio son válidas las Leyes de Raoult y Dalton

yi = ( p*/p) xi

Composicion del vapor en equilíbrio con el líquido

tolueno

Equilibrio L-V


La composición del vapor en equilibrio con la mezcla líquida será siempre mas rica en el componente mas volátil que en la composición de la mezcla líquida.

Esta diferencia de composiciones entre las mezclas líquidas y vapor en equilibrio es el principio en que se basa el proceso de destilación.


F r a c c i o n M o l a r d e B e n z e n o

Tem

pera

tura

, oC

70

80

90

100

110

120

0 0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

Líquido Sub-Enfriado

Vapor Supercalentado

L+V

a

p = 101 325 Pa

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR

MEZCLA BENZENO - TOLUENO

bc

d fe

Curva de Punto de burbuja

Curva de Punto de Burbuja

g

h


DESTILACION INTEGRAL O FLASH

Líquido

p1 , T1

p2 << p1

FLASH ADIABATICO

p2 , T2

L + V

Vapor

V

LíquidoL


DESTILACION INTEGRAL O FLASH

F Líquido

p1 , T1

p2 < p1

T2 > T1

FLASH NO ADIABATICO

V.A.p2 , T2

L + V

Vapor

V

LíquidoL


DESTILACION FRACCIONADA O MULTI-ETAPAS

V1 , y1

V.A.

F

z

L1 , x1V.A.

A.R.

1

2

V2 , y2

V3 , y3

L2 , x2

L3 , x3

3A.R.

L+V

L + V

L + V

L + V2’

V’2 , y’2

L’2 , x’2 V.A.

L + V3’

V’3 , y’3

L’3 , x’3


DESTILACION MULTI-ETAPAS CON REFLUJO

V1 , y1

V.A.

F

z

L1 , x1

1

2

V2 , y2

V3 , y3

L2 , x2

L3 , x3

3

L+V

2’

V’2 , y’2

L’2 , x’2

V.A.

3’

V’3 , y’3

L’3 , x’3

D

DestiladoReflujo

A.R. 3

V’4

B

RESIDUO


DESTILACION MULTI-ETAPAS CON REFLUJO


Acumulador

Reboiler

Bomba

Producto de fondo

Gas

Vapores

Nivel líquidoNivel líquido

Taza de burbujeo

Plato de fraccionamiento( Bandeja de burbujeo)

TORRE DE DESTILACION


Escoamento do gás

Figura 11 - Escoamento do Líquido Com 1Passagem

Flujo de Gas Flujo do Gas

Flujo de Liquidocon un Paso

Flujo de Liquidocon dos Pasos


COLUMNA DE PLATOS

PERFORADOS

COLUMNA DE PLATOS

BURBUJEADORES


COLUMNAS DE PLATOS VALVULADOS


Plato perforadoPlato con burbujeador

Plato valvulado con flujodividido


RELLENOS RANDOMICOS

Anillo de Raschig Zela Berl Zela Intalox

Anillo Pall IMTP


RELLENOS ESTRUCTURADOS

Gempak

Flexipak

Mellapak

BX


COMPONENTES Y SECCIONES DE COLUMNA

CONDENSADOR

ACUMULADOR DE CABEZA

REBOILER

ZONA DE FLASH O DE SEPARACION DE CARGA

SECCION DE ABSORCION, ENRIQUECIMENTO O RETIFICACION.

SECCION DE AGOTAMIENTO


Gás

TORRE O COLUMNACONVENCIONAL

Destilado

Reflujo de

CabAcumuladorde cabeza

A. E.Condensador

de Cab

Carga

Fluido caliente

ReboilerResíduo

Vapor de Cab


CALIDAD DE SEPARACION EN UNA COLUMNA DE DESTILACION

La separación es mas eficiente cuando:

Es mayor el número de etapas

Es mejor el contacto entre líquido y vapor en cada etapa

Es mayor la razón de reflujo ( mayor carga térmica envuelta )

Los productos son diferentes entre si ( mayor es la volatilidad relativa )

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