Trabajo de Ope III

7/25/2019 Trabajo de Ope III

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INTRODUCCIÓN

Destilación es la operación de separar, comúnmente mediante calor, losdiferentes componentes líquidos de una mezcla, aprovechando las diferenciasde volatilidades de los compuestos a separar. La destilación se da en formanatural debajo del punto de ebullición (1 !rados centí!rados en el caso dela!ua", lue!o se vuelve nubes # finalmente llueve.

La destilación a altas presiones no suele ser tan común, # se requiere undise$o de columnas especial basado en distintas ecuaciones # fundamentoscomo tantas otras t%cnicas de uso en la química convencional, debe sudescubrimiento a los alquimistas.

&a# pruebas documentales de que los trabajos de estos alquimistaslle!aron a los 'rabes # los aparatos que utilizaban para la destilación sondescritos por arco )raco en el si!lo *+++, en el que puede considerarse elprimer documento histórico sobre la destilación de vinos, aunque no indicanada sobre las características del destilado obtenido. l termino, que enprincipio se aplicó casi e-clusivamente a la separación de licores espirituososdel líquido obtenido por la fermentación de soluciones azucaradas, tieneactualmente aplicaciones mucho m's amplias siendo parte esencial denumerosos procesos donde se requiere separar sustancias que poseen

distintos puntos de ebullición.

Los alquimistas de los si!los *+ # *++, escribieron en sus librosdiversos m%todos de destilación # el instrumental que el proceso requería,utilizaban en la tarea vasos de diversas formas # condensaban los vapores por refri!eración con a!ua fría.

n el presente trabajo se proceder' abarcar el distinto tipo dedestilación,a alta presión diferenciando sus proceso # destacando el dise$o delas columnas que operan a alta presión , tan asi como las propiedades físicas# químicas que se desean destilar

http://es.wikipedia.org/wiki/Volatilidad_(qu%C3%ADmica)





OBJETIVOS :• /onocer el funcionamiento de una columna de destilación• 0econocer la importancia de la influencia de la presión en el proceso• /onocer al!unos procesos de aplicación de las columnas que operan a

alta presión



NOCIONES PREVIAS

DESCRIPCION DE LA OPERACIÓN UNITARIA

Los procesos de separación alcanzan sus objetivos mediante lacreación de dos o m's zonas que coe-isten # que tienen diferencias detemperatura, presión, composición # fase. /ada especie molecular de lamezcla que se va#a a separar reaccionar' de modo único ante los diversosambientes presentes en esas zonas. n consecuencia, cada especieestablecer' una concentración diferente en cada zona # esto da comoresultado una separación entre las especies.

l proceso de separación denominado Destilación utiliza fases de vapor# líquido, a la misma temperatura # presión, para las zonas coe-istentes, en la

cual se utilizan varios tipos de dispositivos para cu#o proceso.

La destilación puede efectuarse de acuerdo a dos m%todosl primer m%todo se basa en la producción de vapor mediante la ebullición dela mezcla líquida que se desea separar # condensación de los vapores sinpermitir que el líquido retorne al calderín. s decir, no ha# reflujo.l se!undo m%todo se basa en el retorno de una parte del condensado a lacolumna, en unas condiciones tales que el líquido que retorna se pone eníntimo contacto con los vapores que ascienden hacia el condensador./ualquiera de los dos m%todos puede realizarse de forma continua o porcar!as

PRESIÓN EN COLUMNAS DE LÍQUIDOS.

2l introducir una placa de pl'stico o de cartón, empujada por un tubo, en unrecipiente con a!ua, sentimos resistencia a ser sumer!ida, pero adem's laplaca no se separa del tubo. 3i intentamos empujarla con una vara, notamosque se requiere de cierta fuerza para lo!rar separarla del tubo. 45u% laempuja6, 4de qu% depende ese empuje6 7al vez notemos que la fuerzanecesaria para separarla ser' ma#or cuanto ma#or sea la profundidad8 pero siestamos a una misma profundidad, notaremos que la fuerza es la misma.

/omo hemos anotado anteriormente, toda la materia est' formada por mol%culas, que en los líquidos est'n en movimiento desplaz'ndose en suinterior # colisionando constantemente. 2sí, si ima!inamos la re!ión de a!uaque est' justo debajo de la placa, tendremos una !ran cantidad de mol%culas!olpe'ndola simult'neamente. l resultado de esas colisiones es una fuerza deempuje que se diri!e hacia arriba # que debe superarse para separar la placadel tubo, es decir, moverla hacia abajo (9i!. 1".



Fig. 1 Las colisiones de las ol!c"las #ienen coo $es"l#ado "na %"e$&ade e'"(e )acia a$$i*a so*$e la 'laca.

3i ahora introducimos una placa con el doble de 'rea, notaremos que se

requiere ma#or fuerza para separarla del tubo, lo cual implica que ha# m'smol%culas chocando con la placa. sto ocurre así siempre en una proporciónconstante8 entre m's 'rea, m's fuerza de empuje, de manera que F + PA

Donde 9 es la ma!nitud de la fuerza de empuje, A el 'rea, # P , que en estecaso es la constante de proporcionalidad, es la presión.

De hecho, es común que la presión se e-prese por la ecuación

2sí, para todo lu!ar de un fluido a la misma profundidad, la presión ser' lamisma. sta e-plicación se aplica al barómetro de 7orricelli las mol%culas de laatmósfera ejercen presión sobre el mercurio de la cubeta # mantienen a ciertaaltura la columna en el tubo cerrado (9i!. :".



Fig. , Al -e$#e$ ag"a en el #"*o al iso ni-el "e el de la c"*e#a/ las'$esiones son ig"ales/ 'o$ lo "e la 'laca se se'a$a$0 %0cilen#e.

;na forma de separar la placa del tubo sin empujar, consiste en llenarlo cona!ua8 así, al tener la placa encima el mismo nivel de a!ua, recibir' colisionestanto por debajo como por arriba, # el resultado neto ser' una fuerzapr'cticamente cero (sería cero si el espesor de la placa fuese cero".

/on ello podemos darnos cuenta que la fuerza de empuje es i!ual a la del pesode la columna de a!ua, justo encima de la placa, por lo que

F + mg en donde m es la masa del líquido # g es la aceleración de la !ravedad. 2lsustituir se obtiene

La unidad de presión es <=m: (ne>tons=metros cuadrados" en el 3istema+nternacional de ;nidades, # se le conoce como pascal (?a". -isten distintostipos de unidades de la presión8 entre las m's comunes se encuentran laatmósfera (atm", que equivale a 1.1-1@ ?a (este valor corresponde a lapresión atmosf%rica a nivel del mar # se toma como punto de referencia", # losmilímetros de mercurio (mm &!", que equivalen a 1.AA-1: ?a.



?ara determinar cómo es la relación de la presión con la altura, pensemos en elfondo de un recipiente cu#a superficie tiene 'rea 28 entonces la presión dellíquido en un 'rea estaría dada por el peso del líquido en esa 'rea, es decir

Fig. La '$esi2n s2lo de'ende de la '$o%"ndidad 3 de la densidad4 'o$ eso no i'o$#a si el $eci'ien#e es delgado o anc)o4 a la isa'$o%"ndidad la '$esi2n se$0 la isa.

?odemos sustituir la masa m en función del volumen del líquido utilizando lae-presión

que viene de la definición de densidad

3ustitu#endo la ecuación de la presión tenemos que



/omo el volumen de un objeto se puede e-presar tambi%n como el productodel 'rea de la base por la altura (* B 2h", se encuentra finalmente que P + 5 Ahg 6 A + 5gh

en donde C es la densidad, g es la aceleración de la !ravedad # h es la alturade la columna del líquido. Lo mismo ocurre para cualquier lu!ar del líquido. Loanterior nos indica que la presión en un 'rea no depende de la cantidad delíquido, sino sólo de su densidad # de la altura de la columna. ?or ello, lapresión en dos recipientes que tienen distinta 'rea ser' la misma si la altura dela columna de líquido es la misma.

las ?ascal (1E:AF1EE:" supo de los e-perimentos de 7orricelli #, apo#ado por

los resultados en la construcción del barómetro, se propuso demostrar que elpeso del aire era la causa de su funcionamiento # que, por tanto, cambia alvariar la altitud. ?ascal repitió el e-perimento de 7orricelli en lo m's alto delcerro ?u# de Dome, cercano a la ciudad de /lermont, 9rancia, # en el lu!ar m's bajo de la ciudad8 encontró que en el punto m's alto la columna demercurio era menor que en el m's bajo, indicando que al haber m's aire, %stepesa m's #, por tanto, la columna es m's alta.

2l aceptar que el barómetro funcionaba debido a la presencia de una columnade aire sobre la superficie del recipiente que contenía mercurio, se pusieron aldescubierto dos aspectos que el vacío podía e-istir en la naturaleza # que elaire era similar al a!ua, por lo cual podían aplicarse al aire los conocimientosque se tenían sobre la acción del a!ua en diversos fenómenos.

7orricelli # ?ascal utilizaron el concepto de peso del aire sobre la columna delíquido, pues consideraban que este peso empujaba la superficie del líquidofuera del tubo, pero no lle!aron a establecer el concepto de presión.

FACTORES INFLU7ENTES EN EL PROCESO DE DESTILACION

Te'e$a#"$al efecto de un aumento de %sta, suele disminuir las diferencias relativas

de las volatilidades entre los componentes de una mezcla dada8 de i!ual modo,un descenso de la temperatura de vaporización aumenta corrientemente lasdiferencias de las volatilidades.

• P$esi2n de -a'o$ La presión o tensión del vapor de un líquido, es la presión de su valor a

una temperatura dada en la cual las fases de vapor # líquido de la sustanciapueden e-istir en equilibrio. 3i se mantiene constante la temperatura # se

comprime el vapor sobre el líquido puro, tendr' lu!ar una condensación hasta



que no se desprenda nada de vapor. 0ecíprocamente, si se ensancha elespacio ocupado por el vapor, se produce evaporación.

¿Qué es una Columna de destilacin!

s una unidad compuesta de un conjunto de etapas de equilibrio con un soloalimento # dos productos, denominados destilado y fondo. +nclu#e, por lo tanto,una etapa de equilibrio con alimentación que separa dos secciones de etapasde equilibrio, denominadas rectificación y agotamiento.

8 Eleen#os '$inci'ales "e lo co'onen

La columna consiste enF ?or varios platos en los cuales se lleva a cabo el contacto entre las faseslíquida # vapor.F l vapor es !enerado por medio de calentamiento del líquido de fondos.F La aimentación de la torre puede consistir desde líquido subenfriado hastavapor sobrecalentado, lo cual modifica el número de platos necesarios para laseparación deseada.F La sección por encima del plato de alimentación se denomina sección deabsorción, enriquecimiento o rectificadora8 mientras que la que se encuentradebajo de %ste se denomina como desorberdora, o de a!otamiento.



9C2o %"nciona:3u funcionamiento es el si!uiente l líquido desciende por la torre bajo laacción de la !ravedad, mientras que el vapor asciende debido a la fuerza deuna li!era diferencia de presiones de plato en plato. La presión m's elevada seproduce por la ebullición en el rehervidor inferior.

l vapor pasa a trav%s de aberturas en cada plato # entran en contacto con ellíquido que circula a lo lar!o del plato. 3i el mezclado del vapor # del líquido enlos platos fuese suficiente para alcanzar el equilibrio entre las corrientes devapor # líquido que abandonan el plato, entonces cada plato proporcionaría laacción de una destilación simple.La porción de la torre por encima de la corriente de alimentación se denominasección de rectificación o enriquecimiento. sta sección sirve para eliminar elcomponente m's pesado del vapor ascendente # enriquecer el producto li!ero.La posición de la torre por debajo de la alimentación, se denomina sección dea!otamiento # sirve principalmente para eliminar o a!otar el componente li!erodel líquido descendente8 purificando el producto del fondo.

P$ocesosLas columnas de destilación utilizan típicamente un proceso similar al si!uiente.n primer lu!ar, el flujo entra en la columna a mitad del camino de la cubiertavertical8 que se introduce a trav%s de una bandeja de alimentación # flu#e haciaabajo de la columna. n la parte inferior, un tubo transporta el flujo en elintercambiador de calor, donde se calienta a altas temperaturas. l vapor entrade nuevo # asciende por la columna8 una vez que sale en la parte superior seenfría mediante un condensador # desemboca en el tanque de reflujo. ltanque de reflujo devuelve parte de este material a la columna como reflujo,

mientras que el destilado se retira.Res"l#adosste proceso separa al!unos componentes de otros o produce un destiladoenriquecido de un componente en particular. La mezcla por ejemplo, puede ser de 1@G de etanol8 el destilado resultante puede tener una concentración muchoma#or de etanol. 3on posible las variaciones en el mismo objetivo8 ladestilación fraccionada en las refinerías de petroleo, por ejemplo, usanmúltiples bandejas a diferentes alturas en la columna para obtener diferentesproductos del vapor que se condensa a ciertas temperaturas. De esta manera,el proceso de destilación puede separar el crudo en varios componentes del

petróleo.

CLASIFICACIÓN DE LAS TORRES DE FRACCIONAMIENTO

Desde el punto de vista de su construcción interna, las torres defraccionamiento se clasifican en

To$$es de 'la#os con cas"e#es o ca'e$"&as de *"$*"(eo

To$$es de 'la#os 'e$%o$ados o c$i*as

To$$es de $elleno



To$$es de Pla#os con cas"e#es o ca'e$"&as de *"$*"(eo

stas torres llevan varios platos horizontales, colocados a i!ualdistancia unos de otros dentro de la envoltura de la torre vertical. 3us espacios

varían entre 1@ # H cm. l reflujo desciende por la torre de uno a otro plato,por medio de tubos adecuados de bajada o de rebosamiento. Los e-tremosinferiores de los tubos de rebosamiento quedan cerrados hidr'ulicamente por ellíquido del plato a que sirven.

Durante la operación, el vapor sube por los casquetes # es desviadohacia abajo por el sombrerete, descar!'ndose en forma de peque$as burbujaspor las ranuras o entalladuras del borde, situado bajo el nivel del líquido. Laalimentación líquida lle!a al platillo de arriba, pasa por el mismo # cae por elconducto de bajada hacia el platillo inferior, mientras que los vapores pasanhacia arriba, borboteando en el líquido # mezcl'ndose de modo íntimo con %l, acausa de la dispersión provocada por las ranuras de los sombreretes. Lue!o,los vapores de la superficie libre ascienden al platillo inmediato superior. Deeste modo, se establece un flujo en contracorriente entre el líquido que pasahacia abajo # los vapores que ascienden por la columna.

Las torres con platos de burbujeo son las m's empleadas para lasoperaciones de fraccionamiento en las !randes instalaciones.

*apor

*apor

*apor

andeja con sombrerete

dentado #alar!ado

andeja consombreretescirculares #ranurados

andeja consombreretes

circulares #bordes dentados

L;."ido

FI<.= To$$e con 'la#os de *"$*"(eo.



To$$es con 'la#os 'e$%o$ados o c$i*as

stas torres fueron utilizadas por /offe# en el a$o 1IA:. sta columnase compone de placas horizontales distancias ente sí, 1@ o m's cm. /adaplaca est' perforada con un cierto número de a!ujeros (como tamices",distribuidos por todas ellas, siendo un di'metro conveniente entre J a I mm. Ladistancia entre los centros de 1A mm.

Los vapores procedentes de abajo pasan por los orificios # atraviesan ladel!ada capa del condensador que se encuentra sobre el plano, donde lapresión de vapor # la velocidad sonsuficientes para mantener una cierta cantidad de reflujo líquido en cada placa.?ara impedir que se acumule demasiado líquido, cada plato un tubo derebosamiento o bajada, que se eleva a unos :@ mm. ?or encima de la placalleva hasta unos 1A mm., de la placa inmediatamente inferior, sumer!i%ndose

en una capa que forma un cierre hidr'ulico o líquido para impedir laacumulación de vapor. Las placas perforadas de este tipo, no funcionan conmenos del @G de flujo normal de vapor, pues de lo contrario, el líquido pasar'a trav%s de las perforaciones # cesar' el contacto por burbujeo.

FI<.1> To$$e con 'la#os 'e$%o$ados

Los inconvenientes de las placas de este tipo son

Las placas sólo funcionan bien en un intervalo limitado de flujos o !astos devapor # del líquido.

3i las placas no est'n perfectamente niveladas, todo el líquido se correr' al

del lado m's abajo # el vapor circular' por el lado m's alto. 3i se corren las placas, los orificios se a!randar'n # el rendimiento bajar'.



To$$e de $elleno

Las condiciones de contra corriente entre el líquido # el vapor # elcontacto entre ambos, pueden establecerse mediante otro dispositivo diferente.stos son, cilindros verticales rellenos con trozos sueltos de un material sólidode tama$o uniforme lanzado al azar (arcilla o metales en forma de anillo o sillade montar", entre cu#os intersticios se distribu#en el líquido del reflujo # elvapor que asciende por la torre.

l material de relleno est' soportado por un enrejado o parrilla situadaen el fondo de la torre. /uanto mas peque$os sean los materiales de relleno,m's corta ser' la altura, pero m's baja la velocidad admisible del vapor #, por lo tanto, ma#or el di'metro.0aschin! descubrió que los anillos de cualquier material, cumplen mu# bien

estas condiciones cuando el di'metro es i!ual a la lon!itud, por lo que losanillos quedan colocados con el eje oblicuo # las fases han de se!uir uncamino de zi!za!.

Ktro tipo de relleno son los anillos ?r#m # las monturas8 en lo que respecta almaterial empleando en los anillos de 0aschin!, son los que permiten unama#or libertad de elección, #a que pueden constituirse de metales moldeables(porcelana, piedra artificial, caucho, vidrio, carbón, etc.". Los anillos ?r#m solose constru#en de porcelana # metal. 7ambi%n se emplean esferas huecas,espirales de metal, etc. La ventaja m's importante derivada del empleo de loscuerpos de relleno, es la posibilidad de la elección de un material inatacable

para las condiciones de rectificación.

Lle!ada del líquido

3alida del líquido

Lluvia de líquido

3alida del vapor

Distribuidor del líquido

,n al!unas instalaciones

se dispone una placa para

fijar el relleno # evitar obtuFraciones

3eccion de la torre

rellena con el material

0e!illa # vi!a de doble l

para soportar el material

de relleno

Lle!ada del vapor



FI<.11 Re'$esen#aci2n es"e0#ica de "na #o$$e con a#e$ial de

$elleno.

Las columnas rellenas no se emplean para trabajar en !ran escala,debido a incertidumbres en los resultados # a la falta de !arantía de los datos

sobre las !randes columnas rellenas #, en parte, a causa de que las !randescolumnas con casquetes de burbujeo son m's económicas.

Ti'os de $elleno en las col"nas

FI<.1,?As'ec#o de "na 'ila de anillos con

#a*i"es en c$"&

@U. S. S#onea$e CoB



Col"nas de Pla#os o$*o#ado$es

;n plato borboteador es un disco met'lico e-actamente adaptado a lacolumna, con perforaciones distribuidas por toda su superficie a las que se hansoldado trozos cortos de tubos. 3obre cada trozo de tubo ha# una campanaM

que se puede subir # bajar con facilidad, pero no se puede quitar completamente. n un borde del plato ha# un tubo de salida. 7ales platos sedistribu#en a lo lar!o de toda la columna # en !ran número.

l vapor ascendente penetra por los orificios, choca contra la campana #se ve forzado a atravesar el condensado, con lo que se disuelve en %l elcomponente menos vol'til mientras el componente m's vol'til atraviesa elcondensado # adem's arrastra partes del componente m's vol'til queestuviesen disueltas.

l condensado flu#e por el tubo de salida del plato al inmediatamente

inferior. De este modo, en dirección ascendente se enriquece en cada plato elcomponente m's vol'til hasta su completa separación. Debido a su !raneficacia, las columnas de platos borboteadores son mu# empleadas en laindustria tanto en procesos de rectificación o fraccionamiento como enprocesos de absorción.

FI<.1?Pla#o o$*o#eado$



COLUMNAS QUE OPERAN A PRESION ALTA:

LA PRESION EN LAS COLUMNAS

Conside$aciones de Diseo.

Es'eci%icaci2n de la se'a$aci2n

3e suele especificar la catidad del /L (LN" recuperado en el destilado # lacantidad del /? (&N" recuperado en los fondos de la columna

De#e$inaci2n de la P$esi2n de la Col"na

La presión se fija por una o m's consideraciones. De manera !eneral aelevadas presiones la separación se hace mas difícil (pto crítico -B# # no ha#separación. 2 la inversa a medida que la presión disminu#e la separación se hace m'sf'cil # se requieren menos platos. 3in embar!o al hablar de presión lodeterminante es la economía. 2sí el volumen del vapor aumenta con ladisminución de la presión # se requieren columnas de ma#or di'metro.Ktro factor a considerar es la presión del punto de burbuja # de rocio en el topede la columna # el tipo de refri!erante empleado en los condensadores.La estabilidad t%rmica de los componentes que se destilan es importante almomento de fijar la presión de la columna, asi para evitar la polimerización deun producto se puede considerar la reducción de la presión deuna columna.9inalmente se debe analizar la posibilidad de b# pasear un azeótropotrabajando a m's de una presión ?ressure 3>in! Distillation.La presión de operación de una columna de rectificación se especificaindicando la presión en el condensador junto con la p%rdida de presión en cadaetapa de la columna. <ormalmente, por cuestiones de economía, la presión enel condensador se fija de forma que la temperatura del destilado seali!eramente superior (unos 1F@O9 o EF:IO/" a la temperatura de entrada dela!ua utilizada como refri!erante en el condensador de la cabeza de lacolumna. 3in embar!o, si esta presión se apro-ima a la presión crítica de los

componentes m's vol'tiles, se trabajar' a presiones inferiores # se utilizar'notros fluidos refri!erantes.

2 la hora de seleccionar la presión de operación de la columna ha# que tener en cuenta que, en !eneral, un aumento de la presión de operación de lacolumna tiene los si!uientes efectos des%a-o$a*les

1. La volatilidad relativa disminu#e # por tanto aumenta la dificultad de laseparación aumentan los requerimientos de número de pisos, reflujo #consumo en el condensador # en la caldera.

:. &ace aumentar la temperatura de la columna aumentan las reaccionesde de!radación química, polimerización, etc.



A. ?ara presiones manom%tricas por encima de EFP atm, ha# que aumentar el espesor del material de la columna, # por tanto aumenta el coste delinmovilizado. ste factor no es importante a presiones inferiores.

J. 2umenta la temperatura en la caldera # por tanto se requiere un medio

de calefacción m's caro (o incluso ine-istente". ?ara el mismo a!ente decalefacción, aumenta el 'rea de intercambio de calor.

@. ?ara separaciones superatmosf%ricas, las fu!as son ma#ores, #aumenta el peli!ro potencial en el caso de usar materiales tó-icos oinflamables.

?or contra, tambi%n se producen los si!uientes efectos %a-o$a*les

1. 2umenta el punto de ebullición del destilado, lo que permite el uso derefri!erantes m's baratos.

:. 3i la columna opera por debajo de 1 atm, un aumento de presióndisminu#e el coste de creación # mantenimiento de vacío (consumo deener!ía del e#ector # costes del inmovilizado".

A. 2umenta la densidad del vapor, # por tanto, la capacidad de la columnasi la columna trabaja a vacío, se produce una disminución !rande deldi'metro de columna necesario # de los costes del inmovilizado. Lareducción es menor para presiones comprendidas entre A # 1 atm.

J. n la destilación de !ases licuados, aumentan los puntos de ebullicióndel líquido que circula por la columna, lo que permite utilizar materialesde construcción m's baratos.

@. Disminu#e el di'metro de las tuberías # el tama$o de las v'lvulas por lasque circula el vapor.

E. ?or debajo de 1 atm disminu#en las fu!as # por tanto el peli!ro potencialde los materiales tó-icos o inflamables.

/asi la única razón para dise$ar una columna a vacío es el JO de los aspectos

desfavorables. /uando las reacciones secundarias no son si!nificativas #, si sedispone de un medio de calefacción adecuado, las separaciones se realizan apresiones i!uales o superiores a la atmosf%rica. ?ara separaciones a vacío, esdeseable que la presión sea lo m's alta posible se fija aquella presión lo m'salta posible que d% una temperatura de burbuja lo suficientemente baja comopara evitar la de!radación de los productos de colas # para permitir elfuncionamiento adecuado de la caldera con el a!ente de calefaccióndisponible.

?ara separaciones a presión, los factores controlantes suelen ser el punto 1 dede los aspectos favorables # el punto 1 de los aspectos desfavorables. 3e

suele fijar la presión m's baja que permita la condensación del destiladoutilizando aire o a!ua como a!entes refri!erantes.

http://iq.ua.es/MetAprox/33_seleccin_de_la_presin_de_operacin_y_del_tipo_de_condensador.html#4des

http://iq.ua.es/MetAprox/33_seleccin_de_la_presin_de_operacin_y_del_tipo_de_condensador.html#1fav







n la separación de !ases licuados, la temperatura crítica del destilado sueleser menor que la temperatura del a!ua de refri!eración, por lo que se suelenecesitar otro tipo de refri!eración. l balance económico est' determinadofundamentalmente por el punto 1 de los aspectos favorables # el punto 1 de losaspectos desfavorables, pero la refri!eración complica el an'lisis. 3e requiere

un proceso de optimización para seleccionar la mejor presión # el procesosuele ser lento # tedioso si se realiza correctamente. ?or otro lado, los m%todosapro-imados no siempre dan buenos resultados.

?ara el dise$o preliminar, la presión de operación de la columna # el tipo decondensador se pueden establecer si!uiendo el procedimiento que se haformulado para alcanzar, si es posible, una presión ? D en el condensador comprendida entre # A atm para una temperatura mínima de @O/, con el finde utilizar a!ua como líquido de refri!eración. Los límites de ? # 7 son sóloorientativos # dependen de factores económicos. 3i la presión en la cabeza seencuentra por debajo de 1JF1@ atm, se recomienda utilizar un condensador

total8 entre 1@ # :@ atm se utiliza un condensador parcial, así como cuando sedesea un destilado vapor aunque la presión sea inferior a 1@ atm. 3i la presiónsupera las :@ atm se utiliza un fluido refri!erante para el condensador decabeza. ;n condensador mi-to puede proporcionar al mismo tiempo vapor destilado # líquido destilado.

3e suele suponer una caída de presión en la columna de .A atm # de a .1@en el condensador. 3in embar!o cuando se conozca el número de platos, sepodr' realizar c'lculos m's refinados considerando una caída de ? de .Patm=plato para columnas operando a presión atmosf%rica o superatmosf%rica #.A atm=plato para columnas operando a vacío. 3e debe tener tambi%n encuenta que el producto de colas no debe estar pró-imo a su temperatura dedescomposición o a su estado crítico.

/on la columna operando a la presión establecida, la alimentación puedesometerse a una operación de destilación súbita adiab'tica para una presióndel plato de alimentación de ?D Q .@ atm con el fin de determinar la condiciónf'sica de la alimentación.

<ormalmente se considera que el reflujo que se devuelve a la columna es unlíquido saturado. sto ser' así cuando el condensador sea parcial o mi-to, pero

cuando se trata de un condensador total, el reflujo puede # suele ser un líquidosubenfriado. 3i el reflujo es un líquido subenfriado, al entrar en la columnaaumenta de temperatura # provoca la condensación de parte del vapor, deforma que la entalpía de condensación del vapor proporciona el calor sensiblenecesario para calentar el reflujo subenfriado hasta su temperatura de burbuja.n estas circunstancias, el reflujo interno es ma#or que el reflujo e-terno quese devuelve desde el tanque de reflujo. La razón de reflujo interno secalcularía como el producto del reflujo interno por (1Q/pLR7subenfriamiento=R&vap"8donde /pLR7subenfriamiento representa el calor sensible necesario para calentar elreflujo # tanto /pL como R&vap est'n referidos a 1 mol de mezcla.

CONTROL DE PRESIÓN







La ma#oría de los sistemas de control de columnas de destilación, #a seanavanzados o convencionales, asumen que la columna opera a presiónconstante. Las fluctuaciones en la presión de operación dificultan el control #de!radan el funcionamiento de estas unidades. Las variaciones en la presión

modifican los caudales # velocidades de paso de los vapores # alteran el perfilde temperatura de las columnas.3abemos que cuanto menor es la presión, ma#or es la volatilidad relativa de losproductos que se quieren separar #, por tanto, m's f'cil es la separación(requiere menor aporte ener!%tico en el reboiler" # por esta razón en muchoscasos se permite que la presión fluctúe de forma que sea tan baja como seaposible para minimizar el consumo de ener!ía. n cualquier caso es importanteevitar que la presión cambie bruscamente, #a sea hacia arriba o hacia abajo.Las bajadas bruscas de presión pueden provocar flashin! del líquido en losplatos, por lo que la e-cesiva velocidad de vapor puede inundar la columna. lincremento de la presión puede causar la condensación del vapor, provocando

bajas velocidades de vapor que causan el vaciado de los platos.l control de la presión se realiza casi siempre actuando sobre la capacidad decondensación (?⇔5c", sin embar!o al!unas ocasiones, en columnas acondensación total, se puede inundarM el acumulador de cabeza convirtiendoel sistema en un J-J en el que ha desaparecidoM el nivel del acumulador decabeza (L/c" como variable controlada # la capacidad de condensación (5c"como variable manipulada. n estas confi!uraciones el control de la presión sehace manipulando el destilado (D" o el reflujo (L".).7. /hin (1HPH" # 3lole# (:1" realizan una e-haustiva revisión de losdistintos m%todos de control de presión # para un estudio con m's detenimientose recomienda la lectura de ambos artículos.n la selección del sistema de control de presión lo primero que ha# que ver essi la condensación de vapores en el condensador va a ser total o e-isten opueden e-istir incondensables.

Manipulación de la refrigeración: ;na v'lvula de control modifica el caudaldel a!ua de enfriamiento o de fluido refri!erante. 3i se usa un condensador de



enfriamiento por aire (aerorrefri!erante" se cambia la velocidad del ventilador ola inclinación de las paletas. l líquido del acumulador de reflujo se encuentraen su punto de burbuja. Los cambios en la temperatura del refri!erante secompensan con el controlador de presión.ste m%todo requiere que la condensación sea total. <o es un m%todo mu#

utilizado cuando el fluido refri!erante es a!ua porque al estran!ular el paso dea!ua se facilita el ensuciamiento del condensador.

Venteo: 3e a$ade o se pur!a !as inerte del acumulador mediante un sistemade dos v'lvulas en ran!o partido tal que bajo condiciones normales ambasv'lvulas est%n cerradas. Los cambios en la temperatura del refri!eranteproducen cambios en la temperatura del reflujo.

Directo La presión se controla a trav%s de una v'lvula en la tubería de vapor de cabeza de la columna. ste sistema sólo es útil para columnas bastantepeque$as porque la v'lvula de control es ma#or que en otras opciones. La

presión en el condensador # en el acumulador es variable

Bypass caliente (hot baypass vapor): l control de la presión se realiza atrav%s de una v'lvula situada en una línea de vapor de b#pass delcondensador. ste sistema se utiliza a menudo cuando e-iste condensacióntotal # no ha# una cantidad importante de inertes que ventear. l condensador est' montado debajo del acumulador lo que facilita las tareas demantenimiento. 3e dice que el condensador esta sumer!idoM # su velocidad detransferencia de calor se modifica inundando su carcasa con condensado. Lapresión en la columna se controla manipulando la v'lvula en el b#pass calientede manera que se modifican los niveles relativos de condensado entre elacumulador # el condensador./uando se cierra la v'lvula se fuerza la salida de líquido del condensador,aumentando la superficie e-puesta para condensación lo que produce unadisminución en la presión del sistema. 2l abrir la v'lvula el líquido condensadoinunda parte del condensador disminu#endo la superficie e-puesta #aumentando, por tanto, la presión.

Presión flotante: l control de la presión se realiza a trav%s de un controlador de posición de v'lvula para mantener la v'lvula del fluido refri!erante cerca dela apertura completa cambiando lentamente el setpoint de un controlador

r'pido de presión. La idea es utilizar al m'-imo la capacidad de refri!eración #adaptarM la presión de trabajo a esa m'-ima capacidad de condensación. 3econsi!ue así, trabajar a la mínima presión posible en cada momento, aunqueesta presión mínima puede ir variando, por ejemplo, se!ún cambie latemperatura del fluido refri!erante. /uanto menor es la presión ma#or es lavolatilidad relativa entre los productos # m's f'cil es la separación, esto es, serequiere menor aporte de calor para la misma separación. 3i el control de lacomposición se hace mediante un controlador de temperatura (caso m'shabitual", el trabajar a presión flotante e-i!e una compensaciónM de latemperatura por presión.

APLICACIONES DE LA PRESION EN LAS COLUMNAS ,EN DIFERENTES PROCESOS



Des#ilaci2n 'o$ Ca*io de P$esi2n @P$ess"$e Sing Dis#illa#ionB

Definición

ste m%todo de destilación puede ser usado para la separación de mezclasazeotropicas # se basa en el principio similar de la destilación al vacío, esto esdebido a la manipulación de puntos de ebullición por el cambio de presión de laatmósfera a la cual una solución es e-puesta.

?uede ser usada sobre la destilación pura al vacío de un azeótropo si aquellasolución, por ejemplo, tuviera un punto de licuefacción tan bajo en la presiónrequerida para romper el azeótropo que el equipo es incapaz de proveerlo,permitiendo al producto fluir por la corriente e-terna del condensador en unafuente de vacío. 2quí, en lu!ar de manipular solamente un punto de ebullición,uno o m's son cambiados, uno tras otro8 con el número de cambios de presión

est' determinado por el número de componentes en la solución dealimentación que se consideran contaminantes. sto podría ser beneficiosopara una purificación #a que es probable crear menos e-i!encias t%rmicas.3implemente, en vez del cambio de presión por destilación en una soladirección en un intento de romper el azeótropo en un solo paso, la ruptura esllevada a cabo en dos o m's pasos con el cambio de la presión en dosdirecciones para crear una línea de operaciones centrada alrededor detemperaturas m's accesibles8 quiz's llendo de una presión ne!ativa a laatmosf%rica o a una presión positiva. n esencia, la destilación por cambio depresión es un intento por reducir la e-trema dispersión de las condiciones de lamanipulación de car!a a trav%s de los equipos de !eneración de la destilaciónmedio ambiente.

3i la alimentación continua es utilizada, o las presiones requeridas dedestilación son bastante !randes para !arantizar el dise$o especializado, cadapaso puede requerir una columna de separación. 3i sólo un lote es requerido lamisma columna puede funcionar bajo todas las presiones requeridas, estacolumna alcanza la presión con el vapor que se !enera # es vaciado despu%sde la primera destilación, el primer destilado vuelve al inicio # la destilación escontrolada de nuevo en las se!undas condiciones de presión, etc%tera.

La selección de cada componente del destilado debe cruzarse hasta que puedabasarse en la ener!ía requerida para evaporarlo de la solución dealimentación.

2plicacionesLa destilación por cambio de presión es empleada durante la purificación deacetato de etilo despu%s de su síntesis catalítica del etanol.



Fig. Torres de destilación a nivel industrial.

PLATOS D !"A##$O%A&$%TO

Los platos se aplican ampliamente en los sistemas donde la p%rdida de presiónno es un obst'culo para el proceso. n sistemas de alta presión # tambi%n dealtas car!as de líquido, los platos tienen un buen rendimiento # estabilidad, sinembar!o, sus aplicaciones tambi%n contemplan a las columnas con presiónatmosf%rica #, en al!unos casos, hasta columnas de vacío.

"LL%OS DSO"D%ADOS 3on ampliamente utilizados en sistemas con bajas tasas de flujo de líquido, #su baja p%rdida de car!a tambi%n favorece su aplicación en sistemas de vacío.Ktra aplicación mu# común es en lechos de columnas de intercambio de calor #en las que funcionan con alta presión. l costo atractivo de los rellenosdesordenados, la tradición, la facilidad de instalación # mantenimiento loshacen mu# competitivos

"LL%OS DSO"D%ADOS

2l dise$ar columnas de relleno a escala industrial, debe realizarse un balanceeconómico entre el coste de instalación # el material au-iliar de la columna por una parte, # los costes de funcionamiento, por otra. )eneralmente, al reducir eldi'metro disminu#e el coste de instalación, pero aumenta el coste de bombeodel !as, debido al aumento de la caídade presión. 3i se selecciona una velocidad del !as #, por tanto, el di'metro de l



a columna, lavelocidad del líquido depender' del punto de car!a calculado. Lascolumnas de relleno son mu# usadas para conse!uir un íntimo contacto entredos fluidos inmiscibles o parcialmente miscibles, (!asFlíquido o dos líquidos".?or tanto, es preciso seleccionar un relleno que proporcione unaelevada superficie de contacto # un alto !rado de turbulencia entre los fluidos.

<ormalmente esto se consi!ue a e-pensas de un incremento en los costes deinversión #=o en la caída de presión, debiendo realizarse el balancemencionado anteriormente. La construcción de las torres es relativamentesimple. /onstan de una carcasa met'lica(cer'mica, vidrio, pl'stico, etc.",completamente vertical, en cu#o interior e-iste un soporte sobre el quedescansa el relleno. ste soporte debe tener al menos el P@G del 'rea librepara el paso del !as. l !as se introduce por la parte inferior, # el líquido por lasuperior, e-istiendo SdistribuidoresS para ambos, !as # líquido. ?ara torresaltas, son necesarios platos de redistribución de líquidos, encontr'ndose enla biblio!rafía información para la separación entre ellos, se!ún el relleno.9inalmente, indicar que las columnas presentan tama$os mu# distintos, se!ún sean

las operaciones a efectuar desde :,@ cm hasta J,@ m de di'metro, # hasta Am de altura. n cuanto a los rellenos, pueden dividirse en tres !randes clases

a" 3ólidos troceados son los m's baratos # se utilizan en tama$os mu#distintos. Kfrecen buena resistencia a la corrosión, pero son menossatisfactorios en cuanto al flujo del líquidoo a la superficie efectiva para latransferencia. <o son rellenos uniformes con porosidadconstante, (ries!o decanalizaciones".

b" 0ellenos de una forma determinada 3on los m's comunes en las plantas químicas(anillos 0aschi!, ?all, Lessin!, monturas erl, etc., # los m's recientes,anillos ini,monturas +ntalo-, &#F?aT, etc.". ?resentan una !ran eficacia # unabaja caída de presión,encontr'ndose disponibles en una amplia !ama detama$os # materiales. ?resentan menosries!o de canalizaciones # mejor distribución de líquidos, pero son m's caros, sobretodo losde menor tama$o. l tama$o del relleno utilizado influ#e en la altura # el di'metrode la columna, #en la caídade presión # coste del relleno. )eneralmente, al aumentar el tama$odel relleno, se reduceel coste por unidad de volumen # la caída de presión por unidad de altura, pero se reduce laeficacia en la transferencia de materia, por loque se precisar' una ma#or altura de columna.

c" 0ellenos de rejilla 9'ciles de fabricar, se utilizan normalmente paracolumnas de seccióncuadrada. 7ambi%n se constru#en de diversos materiales,ori!inando bajas caídas de presióndebido a los espacios libres entre rejillas.3on f'ciles de montar, pudi%ndose utilizar parasuspensiones.l principalproblema que presentan es la mala distribución de líquidos para flujoselevados,porque se forman canalillos, # no !otas



EJEMPLOS DE COLUMNAS DE ALTA PRESION

COLUMNAS DE TGNTALO

/olumna de t'ntalo ideal para destilar 'cido clorhídrico a alta presión 3olución rentable

-celente resistencia a los choques t%rmicos # mec'nicosscaso mantenimiento3ellado fiable para aplicaciones en vacío o alta presión 2lta resistencia a la corrosión contra la ma#oría de fluidos del proceso

Las columnas de tantalio son idóneas en ambientes mu# corrosivos,tales como

Ucido clorhídrico Ucido sulfúrico Ucido nítrico Ucidos or!'nicos fuertesromopiclorhidrina

;na de las principales aplicaciones de las columnas de tantalio es eldecapado de 'cido clorhídrico a alta presión.



He$#ical de al#a '$esi2n de ace$o inoida*le col"na de des#ilaci2n



Es'eci%icaciones

Ace$o inoida*le $eci'ien#e de al#a '$esi2n

Fa*$ican#es de e"i'os $ango

?ara el primer !rupo de media (to-icidad nivel e-tremadamente o altamentepeli!rosos medio medio e-plosivo, !ases licuado"

/uando .1 pa Vp V1.Epa puede fabricar la m's amplia !ama ?. *V1 ?a. L8

/uando el 1.Epa ? V1. omp2. l ran!o m'-imo de fabricación ?. *

V@ ?a. L8



/uando el equipo para la c'mara de vacío, el ran!o m'-imo puede ser fabricado no se limita

/uando pW 1.mpa, el volumen del recipiente puede ser fabricado * V:@ lo

?ara el se!undo !rupo de medios todos los medios (e-cepto para el primer !rupo de distancia"

/uando .1 pa Vp V1.Epa puede fabricar la m's amplia !ama ?. *V@ ?a. L8

/uando el 1.Epa Vp V1. omp2, el ran!o m'-imo de fabricación a ?. *V@ ?a. L8

/uando el equipo para la c'mara de vacío, el ran!o m'-imo puede ser fabricado no se limita

/uando pW 1.mpa, el volumen del recipiente puede ser fabricado * V:@ lo

Tan"e de '$esi2n de dia%$aga ins#$"cciones

I. Las ca$ac#e$;s#icas del '$od"c#o

1. ?ara eliminar el a!ua martillo

n la red de tuberías para formar un fenómeno de ariete, un tanque decompresión de !as absorción sobrepresión parte de la capacidad para evitar la

p%rdida de a!ua martillo.

:. 3uministro autom'tico de a!ua

quipos de suministro de a!ua autom'tico se puede utilizar en la bomba dejade funcionar cuando la presión de la presión de aire dentro l tanque de a!uatanque de almacenamiento de aire comprimido en el suministro de a!ua red,

para ase!urar que la bomba se detiene 7iempo. vitar bomba iniciar # detener con frecuencia.



A. 9lujo estable

/onversión de frecuencia equipos de suministro de a!ua, Debido a latransferencia de la se$al de presión con un curso del tiempo de la presión deltanque para compensar este período de tiempo el a!ua las fluctuaciones depresión.

J. instead del depósito de e-pansión

/alderas # sistemas de aire acondicionado, la presión en el tubo puede comolos cambios en la temperatura cambia, 7anque de presión puede absorber lae-pansión t%rmica del a!ua cuando la red de tuberías de presión aumenta.

II. El '$inci'io es#$"c#"$al

La estructura que se muestra en la fi!ura la c'psula de diafra!ma tanque depresión por tanque, c'psulas, boca clip de película, la pró-ima película clipboca, boca inflable, ?resión Displa# ?ort, tanques # c'psulas

La formación de una c'mara de !as # c'mara de a!ua, el principio b'sico esel sistema funcione, La bomba de a!ua o la e-pansión del sistema parain#ectar a!ua en el tanque de presión, el a!ua espacio para e-pandirse, lac'mara de !as de presión <arro>

3e incrementar', cuando la presión se elevó a el límite superior de la bomba depresión de a!ua estancamiento o a!ua de e-pansión la di!estión se termina, ltanque se comprime la presión de !as alimentado en el a!ua almacenada en lared de tuberías,

0efinar el tanque de presión a la c'mara de a!ua, la c'mara de !as para

ampliar, la presión disminu#e, X cuando la presión se reduce a la presión dea!ua límite, la bomba de nuevo se inicia. De esta manera, el tanque de presión



ju!ado un 0e!lamento, almacenamiento de a!ua, ener!ía función dealmacenamiento.



Pa$0e#$os *""e '$ess"e$



III. La ins#alaci2n

/on el fin de ase!urar una elevación se!ura debe 7anT 7op Lu! (# sease!urar' de que el a!ua del tanque"8

7anque de presión debe proporcionar la base para incrustado pernos deanclaje, peque$o tanque de presión est' instalado l perno de e-pansióncorrespondiente (tanque de presión8 disponible en el suelo tambi%n puede ser instalado Directamente



ntrada # salida de la presión v'lvula de compuerta tanques # tuberías decone-ión de red, propuesta se encuentran8

l <eum'tico 7anque superior debe dejar un poco de espacio abajo el tanquede presión revisión de la sede # debe ser considerado.

IH. Uso 3 an#eniien#o

1. l tanque de presión antes de su uso debe ir a la supervisión de se!uridadcalderas # recipientes a presión local or!anización re!istrado, # emitió unnúmero de re!istro antes de ser puesto en uso.

:. 7anque de presión antes de su uso debe basarse en el dispositivo requisitosinflable, # debe ser observado durante m's de cuatro horas, La presión dec'mara de aire manómetro para mostrar si el descenso, si disminución (A" elm%todo de procesamiento. ( 7anque !eneral presión de inflado debe estar cerca del límite inferior de la presión de trabajo", ?ara lo!rar la inflación presióncuando la presión de trabajo es superior a la .A ? una carrera en eldispositivo # lue!o llenar presión8

A. l dispositivo antes de ejecutar el funcionamiento de la omba 7anque sinpresión o correr frecuente, puede haber fu!as de sello punto. Debe dejar elsistema est' funcionando o de la v'lvula del tanque de presión de entrada #

salida, # abrir la v'lvula de drenaje, la presión del sistema caídas cero, X lue!oinstalar un indicador en la parte superior del manómetro en la interfaz, si elvalor que se muestra es menor que el valor establecido, 7ambi%n se confirmóque el sellado punto ventilación fenómeno de la fu!a.

%todo de procesamiento # los pasos son los si!uientes

;na. en la presión Displa# ?ort instalar medidores de presión8

. en el puerto de la inflación acceso nitró!eno o aire comprimido8

/. +nflated a presión de trabajo de 1.1 veces8



D. con un jabón suave # 2);2 3LLK punto, sello punto identificado la fu!a8

. escape despu%s de eliminar puntos de fu!a8

9. 0epita el procedimiento hasta que el punto sin fisuras8

). Yaste!ate valor transferido a la presión m's desfavorable punto valor depresión del a!ua.

J , /uando !randes cantidades de a!ua en la c'mara de !as, la c'psula se hada$ado, el tratamiento # si!a estos pasos

;n , Discapacidad preparar rojo cinturón de cuerda de c'$amo, llaves # otrasherramientas8

, liminado en la ira, debajo de la película clip Noujin dado perno8

/ , 3acó de película ajo /lip boca c'psula8

D , sta comprobación c'psula razones da$ado, # para ser eliminado8

, ?resione la parte superior e inferior pernos de la brida capsular boca7ama$o /'psula brida de perforación8

9 , /'$amo c'psula atado en la película, clip de película de la si!uiente puertoc'psulas en8

) , 9ija en, la pró-ima película clip de boca8

& , %todo de procesamiento de cheques fu!as junta inflable punto.



@, 7anque fallos tratamiento de mantenimiento tanque de presión es LZ L /laserecipientes a presión reparación debe ser por la unidad se ha hecho de lavasija de presión /alificación anufacturin! o Despu%s de la provincia de nivelde la unidad o por encima del nivel provincial de monitoreo de se!uridad delcuerpo para el e-amen # aprobación para el tratamiento de mantenimiento.

E /'psula de presión del tanque vestidos, accesorios de f'brica de tres meses,si el no humano o no uso de forma incorrecta causó da$os, c'psulasproporcionada por la empresa, ediante el uso de acuerdo con (J" ser reemplazado. Ktras circunstancias no est'n cubiertos por la !arantía.

2<K3



• D37+L2/+[< DL 3+372 ?0K?2<KF?0K?+L<K(?0KX/7K"n donde se hace uso de una destilación a presión alta

• *ideo contiene un ejercicio de simulación en la aplicación &#s#s de laconstrucción de una torre de destilación para la separación de propanoFpropileno por destilación a alta presión.

CONCLUSIÓN

La destilación es un proceso que se encuentra de forma naturaldebajo del punto de ebullición del a!ua, #a que se vuelve nubes # finalmentellueve. ste m%todo, que permite la separación de los constitu#entes de una

mezcla, es de !ran utilidad en la industria alimenticia, del petróleo, químicaentre otras, siendo esto, lo que ha conllevado a la necesidad de contribuir elconstante desarrollo tecnoló!ico de esta operación.

3i bien e-isten diversos tipos de destilación, estas se relacionannetamente con el compuesto que se utilice, cabe destacar que para ele!ir eltipo de destilación a desarrollar, ha# que tener presente, las propiedades #composición físicas # químicas de la especie que se desee destilar.



ILIO<RAFÍA

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anual del +n!eniero 5uímico

7omo @

ditorial &ispanoamericana

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iblioteca del +n!eniero 5uímico

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7e!eder, 9ritz

%todos de la +ndustria 5uímica

ditorial 0evert%

1] edición



1HEP.

Trabajo de Ope III

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