Fraccionamiento II- 2014

7/24/2019 Fraccionamiento II- 2014

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

RAFAEL MARA BARALT

CTEDRA: FRACCIONAMIENTO

DOCENTE: ING. YURANI LUGO.

UNIDAD

INTRODUCTORIA

DE FRACCIONAMIENTO

II-2014


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Procesamientos del gas

Se entiende como procesamiento del gas, la obtencin a partir de la mezcla de

hidrocarburos gaseosos producida en un campo, de componentes individuales

como etano, propano y butano. En el procesamiento del gas se obtiene los

siguientes productos:

- Gas Residual o Pobre. Compuesto por metano bsicamente y en algunos

casos cuando no interesa el etano, habr porcentajes apreciables de ste.

- Gases Licuados del Petrleo (LPG). Compuestos por C3 y C4; pueden ser

compuestos de un alto grado de pureza (propano y butano principalmente) o

mezclas de stos. La tabla 26 muestra las caractersticas de algunos

compuestos o mezclas de LPG.

- Lquidos del Gas Natural (NGL). Es la fraccin del gas natural compuesta por

pentanos y componentes ms pesados; conocida tambin como gasolina

natural. El caso ms sencillo de procesamiento del gas natural es removerle a

este sus componentes recuperables en forma de lquidos del gas natural (NGL)

y luego esta mezcla lquida separarla en LPG y NGL. Cuando del proceso se

obtiene con un alto grado de pureza C2, C3 y C4 se conoce como

fraccionamiento.

El procesamiento del gas natural se puede hacer por varias razones:

Se necesitan para carga en la refinera o planta petroqumica materiales como

el etano, propano, butano.

El contenido de componentes intermedios en el gas es apreciable y es ms

econmico removerlos para mejorar la calidad de los lquidos.

El gas debe tener un poder calorfico determinado para garantizar una

combustin eficiente en los gasodomsticos, y con un contenido alto de

hidrocarburos intermedios el poder calorfico del gas puede estar bastante por

encima del lmite exigido.

Sin embargo en muchos casos se habla bsicamente de tres mtodos de

procesamiento del gas natural: Absorcin, Refrigeracin y Criognico. El

primero es el ms antiguo y el menos usado actualmente; consiste en poner en

contacto el gas con un aceite, conocido como aceite pobre, el cual remueve los

componentes desde el C2 en adelante; este aceite luego se separa de tales

componentes. El mtodo de refrigeracin es el ms usado y separa loscomponentes de inters en el gas natural aplicando un enfriamiento moderado;


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es ms eficiente que el mtodo de absorcin para separar del C3 en adelante.

El proceso criognico es el ms eficiente de los tres, realiza un enfriamiento

criognico (a temperaturas muy bajas, menores de -100 F) y se aplica a gases

donde el contenido de intermedios no es muy alto pero requiere un gas residual

que sea bsicamente metano.

1.- Destilacin

La destilacin es la operacin de separar, comnmente mediante calor,

los diferentes componentes lquidos de una mezcla, aprovechando los

diferentes puntos de ebullicin (temperaturas de ebullicin) de cada una de las

sustancias a separar. El punto de ebullicin es la temperatura constante a la

cual un lquido puro hierve, hasta que todo l liquido se ha evaporado. El

proceso consiste en calentar un lquido hasta que sus componentes ms

voltiles pasan a la fase de vapor y, a continuacin, enfriar el vapor para

recuperar dichos componentes en forma lquida por medio de la condensacin.

El objetivo principal de la destilacin es separar una mezcla de varios

componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los

materiales voltiles de los no voltiles. Sin embargo, la finalidad principal de la

destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura.

La destilacin depende de parmetros como: El equilibrio liquido vapor,

temperatura, presin, composicin, energa.

El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto est

representado por la relacin de moles de vapor y liquido a una temperatura

determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones

de vapor.

La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la

cantidad de energa proporcionada al sistema, tambin influye en la

composicin del vapor y el lquido ya que esta depende de las presiones del

vapor.
http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml


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La presin tiene directa influencia en los puntos de ebullicin de los

lquidos orgnicos y por tanto en la destilacin.

La composicin es una consecuencia de la variacin de las presiones de

vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.

2.- Tipos de Destilacin

2.1.- Destilacin Simple

Se usa para la separacin de lquidos con punto de ebullicin inferiores

a 150 a presin atmosfrica de impurezas no voltiles o de otros lquidos

miscibles que presenten un punto de ebullicin al menos 25 superior al

primero de ellos.

El proceso consiste en que el lquido se destila desde el matraz de

destilacin, ocurriendo primeramente la vaporizacin, establecindose el

equilibrio liquido vapor. Parte del vapor se condensa en las paredes del matraz,

pero la gran parte pasa por la salida lateral condensndose debido a la

circulacin del agua fria por el tubo refrigerante, a este producto se le conoce

como, destilado, y a la porcin que queda en el baln de destilacin el

residuo, se debe mantener el ritmo de destilacin, manteniendo

continuamente una gota de condensado en el bulbo del termmetro. Para evitar

el sobrecalentamiento de los lquidos es necesario introducir en el baln,

ncleos de ebullicin y mantener constante el ritmo de destilacin. La

destilacin simple es aplicable en los sistemas que contengan lquidos

orgnicos de puntos de ebullicin bastante diferenciados, ejemplo: Sistema

butano-etanol, agua-metanol.
http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml


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2.2.- Destilacin fraccionada o de Equilibrio

La destilacin fraccionada no es nada ms que una tcnica para realizar

una serie completa de pequeas separaciones (destilacin simple), en una

operacin sencilla y continua. Una columna de destilacin fraccionada

proporciona una gran superficie para el intercambio de calor, en las

condiciones de equilibrio, que se establece entre el vapor que asciende y el

lquido (condensado) que desciende.

Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y

condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de

fraccionamiento. Cuando el condensado en algn punto de la columna toma

calor del vapor, parte se evapora de nuevo y el vapor formando el mas rico en

el componente ms voltil (el de menor ebullicin). Al mismo tiempo, cuando el

vapor cede calor al condensado, parte del mismo se condensa, siendo este

condensado ms rico en el componente menos voltil (el de mayor punto de

ebullicin), bajo este panorama podemos decir que partiendo de la base de la

columna, a medida que aumenta la altura aumenta el enriquecimiento del

componente ms voltil e inversamente con el componente menos voltil.

Tambin se establece a lo largo de la columna un gradiente de

temperaturas que varan desde el punto de ebullicin del componente X hasta

el punto de ebullicin del componente Y. Existe una influencia adicional al

equilibrio termodinmica liquido-vapor, y este es el intercambio de energa

(perdida) que se verifica la columna de fraccionamiento.

2.3.- Destilacin Atmosfrica y al Vaco

El objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por

destilacin, sin afectar la estructura molecular de los componentes.

Unidades de Destilacin Atmosfricas y al Vaco

En las unidades de Topping, el objetivo es obtener combustibles terminados y

cortes de hidrocarburos que sern procesados en otras unidades, para

convertirlos en combustibles ms valiosos.


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En las unidades de Vaco, solo se produce cortes intermedios que son carga de

unidades de conversin, las cuales son transformadas en productos de mayor

valor y de fcil comercializacin.

- Variables del Proceso

Los paramentos termodinmicos que gobiernan la destilacin son la

temperatura y presin del sistema, por tal motivo consideramos como variables

del proceso todas aquellas que puedan afectar el equilibrio entre las fases

vapor-liquido.

- Temperatura de transferencia. Esta es la mxima temperatura a la que se

eleva el crudo para vaporizarlo, el rendimiento en destilados depende de esta

variable.

-Presin de trabajo. Es la presin a la cual se produce la operacin. Si bien

afecta directamente el equilibrio liquido-vapor, generalmente se trabaja a la

menor presin posible, y por ende no se varia frecuentemente.

-Temperatura de cabeza. Es la temperatura en la zona superior de la columna

fraccionadora, se controla con el reflujo de cabeza, este reflujo es la fuente fra

que genera la corriente de lquidos que se contactan con los vapores,

producindose los equilibrios liquido-vapor.

-Temperatura del corte. Es la temperatura a la cual se realiza la extraccin

lateral de un combustible. Esta temperatura es controlada con el reflujo de

cabeza y reflujos circulantes. Estos ltimos tienen un efecto semejante que el

reflujo de cabeza y adems precalientan el crudo, recuperando energa.

-Inyeccin de vapor. El vapor o (incondensables ) en las fraccionadoras

disminuye la presin parcial de los hidrocarburos, estableciendo nuevos

equilibrios vapor-liquidos, favoreciendo la vaporizacin de los componentes

mas voltiles. Esto se aplica en la columna fraccionadora principal como en los

strippers de los cortes laterales.

2.4.- Unidad de Destilacin Atmosfrica o Topping


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El crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparado

debidamente para lograr una operacin eficiente. La primer etapa se lleva a

cabo en los tanques de recepcin.

El petrleo desgasificado que se recibe en las Refineras, contiene impurezas

que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas

son :

-Sales, fundamentalmente cloruros de sodio, calcio y magnesio, presente en el

agua de formacin que tiene el crudo, estas sales en las condiciones del

proceso se hidrolizan formando cido clorhdrico, que es altamente corrosivo y

por ende sumamente perjudicial para los equipos.

-Oxidos de hierro, productos de la corrosin de los equipos y medios de

transporte del crudo desde yacimiento, que afectan los coeficientes de

ensuciamiento de equipos, calidades de productos y catalizadores.

- Arcilla, arena, slidos en general, provenientes de la formacin productora y

lodos de perforacin, estos perjudican fundamentalmente los coeficientes de

ensuciamiento de los equipos y afectan la calidad de los productos residuales

por alto contenido de cenizas.

-Compuestos organometalicos, que afectan los catalizadores de unidades de

conversin, desactivndolos

2.5.- Destilacin Atmosfrica del Crudo

La destilacin permite la separacin de los componentes de una mezcla dehidrocarburos, como lo es el petrleo, en funcin de sus temperaturas de

ebullicin, aprovechando las diferencias de volatilidad de los mismos.

La carga parcialmente vaporizada ingresa en la zona flash o zona de carga.

Los hidrocarburos vaporizados ascienden por la columna fraccionadora a

travs de bandejas o platos de fraccionamiento, donde se contacta

ntimamente lquidos y vapores, producindose la transferencia de masa y calor

necesaria para fracconar los diferentes combustibles,


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2.6.- Destilacin a presin atmosfrica

La destilacin a presin atmosfrica es aquella que se realiza a presin

ambiental.

Se utiliza fundamentalmente cuando la temperatura del punto de ebullicin se

encuentra por debajo de la temperatura de descomposicin qumica del

producto.

2.7.- Destilacin simple a presin reducida

La destilacin a presin reducida o al vaco consiste en disminuir la presin en

el montaje de destilacin con la finalidad de provocar una disminucin del punto

de ebullicin del componente que se pretende destilar.

Se utiliza fundamentalmente cuando el punto de ebullicin del compuesto a

destilar es superior a la temperatura de descomposicin qumica del producto.

Para llevar a cabo este tipo de destilacin es necesario un sistema de vaco y

un adap tad or de vaco.


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2.8.- Destilacin en horno de bolas

Consiste en un destilador de vaco sin volmenes muertos que se utiliza para la

separacin entre lquidos o slidos de bajo punto de fusin y sustancias

polimricas o aceites de elevado punto de ebullicin.

En funcin del volumen de las bolas escogidas este sistema nos permite

destilar desde cantidades pequeas de producto (50-100 mg) hasta cantidades

elevadas de hasta 10-15 g.

Horno: es la fuente de calefaccin en la cual se introduce el matraz de

destilacin. Se cierra con un diafragma que permite aislarlo del exterior sin

impedir la rotacin.

Matraz de destilacin: matraz esfrico de boca esmerilada en el cual se

introduce el lquido a destilar. Se une a la primera de las bolas que queda

dentro del horno.

Bolas de destilacin: matraces esfricos con dos bocas esmeriladas opuestas.

Algunas de estas bolas de destilacin quedan dentro del horno y otras quedan

fuera. Los vapores del lquido destilado pasan desde el matraz de destilacin

hasta la siguiente bola y as sucesivamente. El proceso de destilacin finaliza

cuando se produce la condensacin del aceite en las bolas que permanecen

fuera del horno y enfriadas exteriormente.

Varilla: pieza de vidrio que conecta las bolas con el motor que provoca la

rotacin.

Se acoplan las diferentes piezas del montaje de destilacin al matraz que

contiene el lquido a destilar.

Se abre lentamente el grifo (entrada de H2O) conectado al refrigerante de

destilacin.

Se calienta el matraz con la ayuda de una placa calefactora, manteniendo el

aceite a destilar en agitacin constante, hasta alcanzar la temperatura de


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ebullicin del lquido a destilar (o del componente ms voltil si se trata de una

mezcla).

Es necesario mantener la calefaccin hasta que la mayor parte de lquido haya

destilado, sin dejar nunca que se seque totalmente el contenido del matraz.

3.- Vaporizacin

La vaporizacin es el paso de una sustancia de la fase lquida a la fase

de vapor o fase gaseosa. Cuando la vaporizacin se efecta en el aire recibe el

nombre de evaporacin. La evaporacin afecta principalmente a las molculas

de la superficie del lquido.Cada molcula de la superficie est rodeada por un menor nmero de

sus compaeras; ello hace que puedan vencer con ms facilidad las fuerzas

atractivas del resto del lquido e incorporarse al aire como vapor. De ah que

cuanto mayor sea la superficie libre del lquido tanto ms rpida ser su

evaporacin. El aumento de temperatura activa este proceso. Para cada valor

de la presin exterior existe una temperatura para la cual la vaporizacin se

vuelve violenta, afectando a todo el lquido y no slo a su superficie. Esta forma

tumultuosa de vaporizacin se denomina ebullicin. El punto de ebullicin de

un lquido depende de las condiciones de presin exterior, siendo tanto ms

elevado cuanto mayor sea sta. Todo proceso de vaporizacin implica la

absorcin de calor por parte del lquido respecto del entorno.

4.- Condensacin

Es resultado de la reduccin de la temperatura causada por la

eliminacin del calor latente de evaporacin, lo cual reduce el volumen del

vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus molculas y la distancia entre

ellas; decir que es un cambio de fase, a travs del cual el vapor de agua se

convierte en lquido a causa del enfriamiento del aire; Cuando el aire caliente

se refresca, el agua sale del vapor que est en el agua caliente y se condensa
http://www.windows2universe.org/earth/Water/overview.html&lang=sphttp://www.windows2universe.org/earth/Water/overview.html&lang=sp


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La operacin se realiza con el reflujo mnimo posible ya que la cantidad

afecta la calidad del producto y la capacidad de la columna, considerando que

una de las funciones del reflujo es la perdida de calor, al incrementar su

cantidad el reboiler (rehervidor) tambin debera incrementarse para mantener

el balance de energa alrededor de la torre lo cual en su defecto, aumentara

costos de calentamiento y enfriamiento. Por otro lado el uso excesivo de reflujo

produce inundacin y por ende mala separacin en los platos. Se recomienda

una razn de reflujo entre 1,25 y 1,5 =15%

7.- Columna de fraccionamiento

Una columna de fraccionamiento, tambin llamada columna de platos o

columna de platillos, es un aparato que permite realizar una destilacin

fraccionada. Una destilacin fraccionada es una tcnica que permite realizaruna serie completa de destilaciones simples en una sola operacin sencilla y

continua. La destilacin fraccionada es una operacin bsica en la industria

qumica y afines, y se utiliza fundamentalmente en la separacin de mezclas de

componentes lquidos.


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fraccionada.

La materia prima que obtenemos de los procesos de gas, como la

absorcin o compresin, se separan en varios productos individuales utilizando

un sistema de fraccionamiento.

En un sistema completo de fraccionamiento el primer equipamiento,

denominado desetanizador, retira todo el metano, la mayor parte del etano y

algo de propano de la parte superior de la columna. Durante una operacin

normal, los butanos y los hidrocarburos ms pesados no abandonan la parte

superior de esta columna.

El depropanizador es la prxima columna y aqu el propano lquido es el

producto de cabeza de columna. La condensacin total se logra en el

condensador con el producto lquido que se lleva a almacenamiento y con la

cantidad requerida de reflujo que se est bombeando otra vez hacia la parte

superior de la columna fraccionadora.

La ltima columna, llamada debutanizadora, produce butano como producto de

cabeza de columna con condensado de la presin de vapor deseada como

producto de fondo. La presin de vapor del condensado se puede variar segn

se desee, ajustando la cantidad de butano en el producto de fondo.

Las variaciones de la secuencia de fraccionamiento son comunes, as

como lo son las columnas adicionales para dividir el producto butano en iso-

butano y butano normal o para despentanizar el condensado.

El calor resulta fundamental para la separacin y es agregado al

rehervidor para suministrar los vapores que hacen la remocin. El intercambio

continuo de componentes entre lquido y la fase gaseosa ocurre etapa por

etapa dentro de las columnas. Los componentes livianos se gasifican y se

mueven hacia arriba, mientras que los componentes ms pesados se
http://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionada


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condensan y se mueven hacia abajo. La parte gaseosa deja la parte superior

de la columna y se condensa.

El producto de cabeza de columna neto deja el sistema y el reflujo es

bombeado nuevamente hacia la columna para llevar a cabo el contacto de

vapor lquido de contracorriente.

Las variables ms importantes que afectan la terminacin de la

separacin de los componentes son los nmeros de etapas o bandejas y la

cantidad de reflujo devuelto a la columna.

A.-Fundamento terico

El fundamento terico del proceso consiste en el calentamiento de la mezcla,

que da lugar a un vapor ms rico que la mezcla en el componente ms voltil

(destilacin simple). El vapor pasa a la parte superior de la columna donde

condensa. Como la temperatura sigue aumentando, a su vez este condensado

se calienta dando lugar a un vapor an ms rico en el componente ms voltil

(ms ligero, de menor punto de ebullicin), que vuelve a ascender en lacolumna (nueva destilacin simple). De la misma forma el lquido condensado


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de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna, hacindose cada

vez ms rico en el componente menos voltil.

Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y

condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de

fraccionamiento. Estos ciclos de evaporacin-condensacin equivalen a

mltiples destilaciones simples, por lo que la destilacin fraccionada es mucho

ms eficiente que la simple, y permite separar incluso lquidos de puntos de

ebullicin parecidos.

El proceso se repite tantas veces como sea necesario, y a cada uno de estos

pasos se le denomina etapa o plato. Con un nmero de platos suficiente se

obtiene por la parte superior el componente ms voltil de la mezcla y por la

parte inferior el menos voltil.

Cuanto ms arriba estamos en la columna de fraccionamiento, mayores son la

temperatura y la riqueza en el componente ms voltil. Y a la inversa, cuanto

ms abajo estamos en la columna de fraccionamiento, menor es la temperatura

y mayor la riqueza en el componente menos voltil. Es necesario calentar

continuamente para que el proceso contine.

B.-Clases

La columna de fraccionamiento puede ser tanto un aparato de laboratorio como

una instalacin industrial propia de la ingeniera qumica o ingeniera de gas,

pero en ambos casos existe en la parte inferior un aparato que calienta la

mezcla y en la parte superior un condensador.

En el caso de un aparato de laboratorio normalmente la columna es de vidrio y

est rellena de un material que asegure el mximo contacto entre la fase

lquida y la fase de vapor, como bolitas de vidrio, trozos de tubo de vidrio o

similares.

En el caso de una instalacin industrial la columna est formada por una serie

de platos, cada uno de ellos atravesado por un tubo que permite el ascenso del

vapor desde el plato inferior, pero rematado por una cazoleta invertida que

obliga al vapor a borbotear sobre el lquido contenido en el plato. As se

asegura el contacto entre el lquido condensado en el plato y el vapor que ha


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ebullido en el plato inferior. Aqu todos los componentes son habitualmente

metlicos.

C.-Diseo

El nmero de etapas o de platos necesario para una determinada separacin

se puede calcular tericamente, ya que no es ms que la combinacin de una

serie de destilaciones simples. En la prctica el nmero de platos reales

necesarios es siempre superior al de platos tericos calculados.

De la misma manera en funcin del resultado buscado se disean el dimetro

de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc.

La eficiencia de la separacin depende de mltiples factores como la diferencia

de puntos de ebullicin de los componentes de la mezcla, la presin a la que se

trabaje y otros parmetros fisicoqumicos de los componentes.

D.- Aplicacin

La principal aplicacin en el laboratorio es la separacin de sustancias de

puntos de ebullicin prximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor

importancia que cualquier otro, es la destilacin fraccionada del petrleo o del

gas natural. En el caso de este ltimo, se utiliza para separar o fraccionar

componentes propios de dicho gas como el metano, etano, butano, entre otros,

con la finalidad de obtener dicho componente libre de otros con los que

normalmente viene acompaado.

E.- Parmetros fundamentales de diseo:

Al seleccionar los equipos, el tipo de torre y dems decisiones

inherentes a la operacin de la planta, la eleccin de los parmetros de diseo,

las partes interiores de los equipos, la razn liquido/gas, el dimetro y la altura

de la columna tienen efectos importantes desde el punto de vista econmico.

En este caso nombraremos algunas ventajas importantes para la escogencias

de torres empacadas o de platos;

8.- Etapa de contacto: El Plato


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El plato se refiere a las divisiones internas de una torre donde se

produce el contacto entre los fluidos y la transferencia de materiales hasta

lograr el equilibrio liquido-vapor. Las columnas de fraccionamiento estn

provistas de un nmero determinado de platos. A lo largo de la columna hay un

gradiente de temperatura, estando ms fra la parte superior que la inferior, por

lo que parte del vapor que entra en el primer plato se condensa y el vapor que

escapa al segundo plato es ms rico en el componente ms voltil. En cada

uno de los platos va ocurriendo un enriquecimiento parecido, de tal manera que

despus de cierto tiempo el componente ms voltil se habr desplazado a la

parte superior de la columna y por la parte inferior el menos voltil. Este

parmetro permite medir la eficiencia de una columna de fraccionamiento o

cromatografa.

9.- Consideraciones de Diseos en Procesos de fraccionamiento

a) Conocimiento de la cantidad y composicin de la corriente de

alimentacin, la temperatura y presin.

b) Hacer que el producto se divida en la torre, basndose en la corriente de

alimentacin y las necesidades del producto deseado.

c) Establecer una temperatura de condensacin razonables para la

corriente principal

d) Para un producto liquido destilado, calcula el punto de ebullicin a la

presin del paso 3. Si el producto principal es un vapor calcula el punto

de roco. Despus de calcular la presin, se ajusta a las condiciones de

operacin. Por ejemplo: si una presin de 12bars fue calculada,

probablemente luego se ajustar a 13 o 14 bars como una presin de

operacin para la columna.

e) Asumir que la presin es constante a lo largo de la columna y calcular la

temperatura de ebullicin del fondo.

Nota: en este punto, revisar las suposiciones del paso 2 y los resultados del

paso 3,4 y 5, los cuales dependen de el para ver si las vlvulas soncompatibles con el resto de la instalacin. Frecuentemente los pasos 2-5


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tendrn que ser repetidos para un balance apropiado entre el frio y calor de la

planta.

f) Calcula el nmero mnimo de platos y el nivel mnimo de reflujo

necesario para producir el producto deseado.

g) Calcula la combinacin del reflujo actual y el nmero terico de platos

necesarios.

h) Hacer un balance de calor alrededor del condensador para determinar

el trabajo del condensador, y alrededor de la torre para determinar el

trabajo del reboiler.

i) Medir la columna.

10.-Fraccionamiento:

Ciencia que se encarga de la separacin de los hidrocarburos de dos o

ms compuestos en virtud de las diferentes volatilidades o punto de burbujeo

de cada uno de los componentes. Las corrientes de productos ms comunes

son el C3 (propano), C4 (butano) y C5+ (pentano y otros compuestos mspesados). Por lo general en la etapa de produccin, el C3 y el C4 se

encuentran combinados y se los llama Gases licuados de petrleo (GLP). La

separacin de estas corrientes de productos se denomina fraccionamiento y se

lleva a cabo por medio de la utilizacin de torres de fraccionamiento.

11.-Torre de Fraccionamiento:

Es un cilindro hueco en el cual se coloca un relleno o plato de burbujeo

para separar los hidrocarburos aprovechando sus propiedades. La presin es

ms o menos constante, pero la temperatura aumenta del tope al fondo. Los

vapores del fondo van subiendo hasta el tope a medida que se van purificando

hasta lograr la separacin deseada. El diseador escoge la forma de hacer la

separacin y, en consecuencia, aparecen el dimetro, la altura, las condiciones

de presin, la temperatura, el reflujo y el nmero de platos necesarios paraefectuar el trabajo.


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12.-Fraccionamiento Binario:

Es una tcnica de separacin que consiste en elegir dos compuestos

que pueden ser llamados Llave Liviano y Llave Pesado. En la separacin de

una mezcla binaria es costumbre hablar del componente ms voltil (aquel de

punto de burbujeo ms bajo) y el componente menos voltil (el del punto de

burbujeo ms alto).

13.-Equilibrio de las etapas:

Una columna de fraccionamiento debe ser considerada como una serie

de instantneas transformaciones (flashes) de equilibrio, con dos

alimentaciones y dos corrientes de flujos en contracorriente.

14.-Tipos de fraccionadoras:

El tipo de torre fraccionadora depende del producto que se necesita

obtener y del producto de alimentacin disponible. Los tpicos equipos de

fraccionamiento son para obtener los siguientes productos:

Etano

Mezcla de etano propano

Propano comercial.

Butano

Butano y gasolinas

Gasolinas naturales

Mezclas de gases con especificaciones determinadas


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15.- Tipos de torres:

15.1.- Torres Empacadas: son aquellas en las cuales los platos de

burbujeo han sido reemplazados por molduras cuya forma han sido diseadas

para lograr la mayor eficiencia en la separacin de mezcla de hidrocarburos.

- Caractersticas:

Operaciones al vacio; se refiere a las columnas que operan por debajo

de presiones atmosfricas.

Los lquidos espumantes se pueden manejar con frecuencia en formams satisfactoria en una torre empacada.

La retencin de lquido generalmente es menor, por lo que se puede

manejar materiales sensibles al calor, junto con procesos que puedan tener

reacciones secundarias indeseables.

Si el fluido es corrosivo la construccin puede ser ms sencilla y barata

cuando se usa materiales de construccin normales, no obstantes el

mantenimiento es muy complejo.

15.2.- Torre de Platos:son las ms comunes en la industria del gas

natural. La parte interna de la torre est configurada con plato de burbujeo de

diferentes tipos, cada diseo se utiliza de manera especfica para un propsito

predeterminado.

-Caractersticas:

Se instala con facilidad serpentines de enfriamiento en los platos, lo que

la hace ms conveniente cuando, gracias al calor de la solucin se requiere

enfriamiento interno.

Con el diseo apropiado para el flujo transversal del lquido, las torres de

plato pueden manejar caudales ms altos.


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Para el flujo de lquidos extremamente bajos las torres de plato tienen

ventajas, puesto que se puede disear para retener una cantidad dada de

lquido en el plato.

Se pueden preferir cierto tipo de torre de plato, cuando hay depsito de

materiales slidos que se deba retirar peridicamente.

A continuacin se muestra las columnas para establecer diferencias entre un

sistema sencillo (Binario) y un sistema multifasico ()

1. Esquema de una columna de plato sencillo.


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16.-Tren de fraccionamiento:

Consiste en una serie de torres de fraccionamiento conectadas entre s

formando as el fraccionamiento en cascada.

En el siguiente esquema se aprecia un ejemplo de un sistema de

fraccionamiento en cascada o tren de fraccionamiento:

17.- Consideraciones:

Una de las condiciones es la volatilidad relativa de dos componentes,

esto determina la dificultad para separarlos lo cual es tanto ms difcil cuando

ms baja sea la volatilidad relativa o ms cerca este en los puntos de burbujeo.

Debido a que el calor se suple por el fondo del fraccionador y se retira

por el tope, se crea un gradiente de temperatura entre los platos del tope y los

del fondo de la columna. El calor que entra al rehervidor, produce vapor, el cual


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fluye hacia arriba, plato a plato. Debido a que el vapor encuentra

continuamente puntos de baja temperatura, el componente menos voltil se

condensa.

Su condensacin, a su vez, produce calor que vaporiza el componente

ms voltil del lquido que entra al plato, de bandeja inmediata superior. Este

proceso de vaporizacin y condensacin alternativa origina un producto de tope

enriquecida en el componente ms voltil y un producto de fondo enriquecido

en el componente menos voltil.

Si se fracciona una mezcla de hidrocarburos, puede haber ms de dos

componentes distribuidos, en este caso se clasifica como llave aquello que

muestre mayor cambio en la composicin entre el tope y el fondo. Cuando

existan ms de dos componentes que muestre esa posibilidad, la columna

deber disearse en condiciones de producir la separacin ms difcil.

La manera como se divide la corriente de hidrocarburos es una decisin

eminentemente econmica. El diseador deber colocar el nmero de torres

que sean necesarias para obtener los productos que requiere el mercado.

18.-Proceso de Fraccionamiento.

El Proceso de Fraccionamiento proceso Importante en la industria, el

cual es un proceso de separacin de hidrocarburos, con lo cual ocurre la

segregacin de los compuestos en cada una de las unidades. Uno de los

procesos de fraccionamiento de mayor importancia industrial es la destilacin

fraccionada (proceso que por lo general se utiliza para separar hidrocarburos,

tales como butanos y pentanos), en donde el gas es introducido por la torre de

alimentacin, y en cada una de las etapas dependiendo de la temperatura van

quedando diferentes fracciones molares de las especies sometidas al proceso

de destilacin fraccionada. En el proceso de fraccionamiento, se reconoce

como s mxima importancia la recuperacin de hidrocarburos, en donde se

obtiene corrientes ricas en Etano, Propano; Butanos y Gasolina, en ocasiones

tambin resulta conveniente separar el Isotunano del Butano Normal, loscuales se utilizan en forma especfica.


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El diseo del proceso de fraccionamiento de los Lquidos del Gas

Natural (LGN) se sustentan en la composicin de los lquidos, en la cantidad y

especificaciones de los productos comerciales que se desean obtener y en la

carga volumtrica de los (LGN) a la de fraccionamiento, en este caso la

obtencin de los lquidos del gas natural es por mtodos fsicos empleando

para ello columnas de fraccionamiento. El nmero de columnas en un tren de

fraccionamiento depende.



fraccionada. Una destilacin fraccionada es una tcnica que permite realizar

una serie completa de destilaciones simples en una sola operacin sencilla y

continua. La destilacin fraccionada es una operacin bsica en la industria

qumica y afines, y se utiliza fundamentalmente en la separacin de mezclas de

componentes lquidos.

19.-Diseo de una torre fraccionadora.

Para disear una torre fraccionadora hay que tener en cuenta ciertos

valores de comportamiento de mi materia prima y sus valores de operacin.

Los procesos principales que debemos tener en cuenta son: la alimentacin,

reflujo y los platos.

El nmero de etapas o de platos necesario para una determinada

separacin se puede calcular tericamente, ya que no es ms que la

combinacin de una serie de destilaciones simples. En la prctica el nmero de

platos reales necesarios es siempre superior al de platos tericos calculados.

De la misma manera en funcin del resultado buscado se disean el

dimetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc.

La eficiencia de la separacin depende de mltiples factores como la

diferencia de puntos de ebullicin de los componentes de la mezcla, la presin

a la que se trabaje y otros parmetros fisicoqumicos de los componentes.


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Parmetros Claves de la Torre.

Punto de Burbujeo en la alimentacin

Temperatura de Entrada

Plato de Alimentacin

Fluido del Tope: Liquido - Gaseoso.

Reflujo: Mejor Separacion

Rehervidor: Provee Vapor a la torre

Temperatura del Condensador-Cooling Medium: Aire Agua- Refrigerante

20.- Proceso de Fraccionamiento

20.1- . Conceptos Fundamentales.

El proceso de fraccionamiento es una operacin unitaria empleada para

separar mezclas de componentes en productos individuales, ste es posible

cuando los productos a ser separados tienen diferentes puntos de ebullicin.

.

La dificultad del fraccionamiento puede estar relacionada con la diferencia

existente entre los puntos de ebullicin de los productos deseados, usualmente

se remueve primero el o los elementos ms livianos de la mezcla.

Un plato de equilibrio terico est definido como aquel en el que el vapor que

abandona el plato esta en equilibrio con el lquido que lo abandona (yi=k.xi).

Ambos abandonan el plato a la misma temperatura y presin, de esta manera,

si conocemos la composicin del vapor que abandona el plato y su

temperatura y presin, podemos utilizar la relacin de equilibrio para calcular la

composicin de la fase lquida.

El plato real no alcanzar el equilibrio debido a que hay insuficiente tiempo de

contacto vapor-lquido para alcanzarlo, es decir que ni el vapor ni el lquido que


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Abandonan el plato real estarn en equilibrio, por lo tanto se requieren ms

platos reales que tericos para llevar a cabo la misma operacin.

La cantidad, de eficiencia global expresada como fraccin, se define por:

Platos Reales

Estos sern superior al de platos tericos, pues adems de tener que ser un

nmero entero, en la realidad el rendimiento de los platos no es del 100%, pues

no llega a alcanzarse el equilibrio plenamente en ellos. Se define la eficacia de

la columna como la relacin entre el nmero de etapas tericas requeridas en

una columna y el nmero de etapas reales. Este valor depende del tipo de

plato, propiedades del fluido, tipo de flujo, etc., y debe determinarseexperimentalmente. En realidad, la eficacia vara plato a plato y debera

determinarse sta con el fin de obtener una aproximacin ms correcta a la

realidad.

PlatosTerico Son los platos necesarios para que se lleve a cabo de manera

eficiente la separacin de loscompuestos por medio de destilacin.La eficiencia

de la torre la calculas dividiendo los platos reales y los platos tericos

queobtienes a partir de clculos basados en el equilibrio del sistema por

mtodos como McCabe-Thiele y Ponchon-Savarit

20.2-. Especificaciones de Diseo.

Inicialmente se va a establecer al menos las siguientes especificaciones

Temperatura, presin, composicin y flujo de la alimentacin.

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

disponible de enfriamiento, con la cual debe poderse condensar el vapor

destilado para proporcionar el reflujo).

La alimentacin se va a introducir en el plato que tenga como resultado el

nmero total menor de platos (localizacin ptima del plato de alimentacin).


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Producto Desetanizado (C3+)

Mezcla Etano/Propano (EP)

Propano Comercial.

Mezcla Propano/Butano (GLP)

Butano(s)

Butano/Mezcla de gasolina

Gasolina Natural

Mezclas con una especificacin de presin de vapor.

20.4-. Sntesis de Clculos.

Los clculos de esta aplicacin son tediosos y consumen mucho tiempo sobre

todo cuando se aplican rigurosamente, por ello es muy raro que se realicen,

casi nunca, a menos que se utilice una computadora digital con un programa

especializado. Sin embargo, existen algunos mtodos cortos apropiados como

regla de clculo los cuales son extremadamente tiles. Los programas de

computadora operacionales se encuentran fcilmente disponibles, pero stos

no pueden suplir los anlisis cortos.

20.5. Equipos de Fraccionamiento.

En esencia todas las plantas de procesamiento del gas natural requieren por lo

menos una fraccionadora para producir un producto lquido el cual reunir las

especificaciones de venta Las partes principales de un sistema de

fraccionamiento son: la torre fraccionadota (1), un condensador del producto

de tope (2), un tambor de reflujo (3) un rehervidor de fondo (4). Los diferentes

componentes del sistema se muestran

Columna Fraccionadora.

Las plantas de fraccionamiento son requeridas generalmente para obtener

productos puros, entonces debe existir mucho contacto entre lquidos y vapores

dentro de la torre. Para conseguir este contacto se requiere de un gran nmero


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lquido. En general, el gas y el lquido fluyen en forma pulsante, alternndose

en el paso a travs de cada abertura.

Para el contacto de gases con lquidos que contienen slidos se utiliza

frecuentemente el denominado plato deflector o placa de dispersin (fig. 4).

Normalmente tiene forma de media luna y una ligera inclinacin en el sentido

de flujo del lquido. El gas se pone en contacto con el lquido que se derrama

del plato y cae al interior, pudindose utilizar en el borde del plato una esclusa

o rebosadero, que puede llevar filo dentado, para mejorar la distribucin del

lquido descendente.

En el plato deflector, el lquido acta como fase dispersa y el gas como fase

continua; se utiliza principalmente en aplicaciones con transferencia de calor.

.

20.5.2. Columnas Empacadas

Tradicionalmente la mayora de las columnas de fraccionamiento en las

plantas de procesamiento de gas fueron diseadas con platos. Sin embargo

una opcin adicional es utilizar empaques.

Existen tres tipos de columna empacadas :

Empaques aleatorios en donde diferentes piezas de empaque son

descargadas en una forma aleatoria dentro de la carcaza de la columna. Estos

empaques vienen en una gran variedad de diseos, cada uno tiene

caractersticas particulares en cuanto a rea superficial, cada de presin y

eficiencia.

Empaques apilados estos son descargados a la columna de manera tal que

permita proveer un arreglo ms uniforme de empacamiento.

Empaque estructurado el arreglo se lleva a cabo mediante una configuracin

Geomtrica especfica

Fraccionamiento II- 2014

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