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Fundamentos Destilación Multicomponente.

Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería QuímicaDpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos

Prof. Jesús F. Ontiveros

Contenido

Conceptos Básicos.D til ió M lti t C t Cl

Prof. Jesús F. Ontiveros O.

Destilación Multicomponente. Componentes Clave.Métodos Cortos. Métodos Rigurosos.

Métodos Cortos.Reflujo Total. Ecuación de Fenske. Reflujo Mínimo. Métodode Underwood. Número de etapas. Localización de laetapa óptima de alimentación.

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Conceptos BásicosComponentes ClaveComponentes en los que se basa la separación de la

li t ió

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alimentación.Destilación Binaria

AB

A

Destilación Multicomponente

ABCDEAlimentación (L/V)

21

f

Reflujo

D, xD

Destilado

AB

AB

CDEFG

ABCDEFG

N

f

Fondo

B, xB

Clave Ligero (LK)Componente más volátil de los que salen tanto en tope como enfondo.Clave Pesado (HP)Componente más pesado de los que salen tanto en tope como enfondo.C t di t ib id

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Componentes distribuidosComponentes cuya volatilidad relativa se encuentra entre la delclave pesado y el clave liviano.

21 Reflujo Destilado

ABCD

ClavesAlimentación (L/V)

N

2

f

Fondo

D, xD

B, xB

E

CDEFG

ABCDEFG

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Destilación Multicomponente

•Balances de Masa engorrosos.

•No se puede efectuar cálculográfico.

• El cálculo riguroso requiereiteraciones etapa por etapa.

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Métodos Cortos

• Método de Smith-Brinkley

• F.U.G. (Fenske, Underwood, Gilligand)

• Método de grupo de Kremser

Estimados preliminares confiables para iniciar simulación en un ordenador o computos con métodos

rigurosos.

Métodos CortosReflujo Total. Ecuación de Fenske (1932) El número mínimo de etapas (Nmin) se obtiene de la correlaciónde Fenske. Incluye al reboiler y al condensador mixto.

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( )HKB

LKB

HKD

LKD

xx

xx

Nmin l

log⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

=

xLKD Fracción LK en destilado

xHLD Fracción HK en destilado

xLKB Fracción LK en fondo

xHKB Fracción HK en fondo

V l tilid d l ti d LK( )HKLK ;min log α αLK,HK Volatilidad relativa de LK

αLK,HK debe ser constante.

(Ec. 1)

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min,1 Nri

r

ri

bd

fibα⋅+

=min

min

,

,

1 Nri

r

r

Nri

r

r

i

bdbd

fid

α

α

⋅+

⋅=(Ec. 2) (Ec. 3)

d Flujo molar destilado.

b Flujo molar de fondo.

r= Compuesto de referencia del cual se conozca el flujo en tope y fondo.

αi,r Volatilidad relativa de i respecto al componente de referencia (HK )

N min aumenta:

•Si la volatilidad relativa del clave liviano respecto al pesado espequeña (separaciones difíciles).•A medida que la composición del clave liviano en el destilado odel clave pesado en el fondo aumentan.

Reflujo Mínimo. Ecuaciones de Underwood (1948)Deducción Compleja. Asume :

Flujo molar constante en las zonas intermedias.Volatilidad relativa constante

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∑ −=−⋅n

i HKi

iHKi qz

1

, 1ϑα

α xi,d Fracción i en destilado

zi Fracción i en alimentación

( )( )31,,,

21

,,

bifidii

bidii

αααα

ααα

⋅⋅=

⋅=(Ec. 4,5)

(Ec. 6)

=i HKi1 , ϑα

∑=

+=−⋅n

i HKi

diHKi Rx

1min

,

,, 1ϑα

αRmin Reflujo Mínimo

( )( )LV

FV

HHHHq

−−

=

HKKVL

min

min=ϑ(Ec. 7)

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Especificada la condición termodinámica de la alimentación seprocede a calcular los valores de Ɵ que satisfagan la ecuación 6.

HKLKHKHK ,1, αϑα << (Ec. 8)

Estimado el (los) valor(es) de Ɵ , se plantea la ecuación 7 tantasveces como raíces haya de Ɵ para conocer los valores de Rmin ylas composiciones xi,d .Un estimado inicial de los flujos en tope yfondo puede conocerse por las ecuaciones de Yaw y col. :

Bri

A

Bri

Ai

fid ,

10110

α

α

⋅+= B

riA

i

fib

,1011α⋅+

=(Ec. 9) (Ec. 10)

ri, ri,

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

−−=

HKHK

HKHK

fb

fb

A1

log

( )HKLK

HKHK

HKHK

LKLK

LKLK

fb

fb

fd

fd

B,log

11log

α

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

−⋅⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

−=

(Ec. 11, 12)

Etapas a Reflujo Real. Correlación de Gilliland (1940)Método Empírico. Requiere conocer Nmin y Rmin

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( )minRfR =

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Localización de la Alimentación. Ecuación de Kirkbride

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206,02 ⎤⎡ ⎞⎛ BxzN

,

,

,

,

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

DB

xx

zz

NN

DHK

BLK

FLK

FHK

A

R

B Flujo molar de Fondo

D Flujo molar de Fondo

(Ec. 13)

D Flujo molar de Fondo

NR Etapas de Rectificación

NA Etapas de Agotamiento