Upload
carlos-liscano
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
1/63
Procesos de Extracción de
Líquidos
Programa: Ingeniería de GasProf: Ing. Betsy Alvarado Msc.
E-mail: [email protected]
Julio de 2015
Universidad del Zulia
Postgrado de Ingeniería
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
2/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Proceso de transformación
Sistemas de
Separación
FraccionamientoRecuperación delíquidos
C1 y C2
C2
C3C4,S
GLP
Luego de extraer los líquidos enfriando el gas se separan o se
fraccionan para obtener el producto deseado
Se separan los
componentes de la
mezcla
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
3/63
Definición
Es un sistema del proceso que se utiliza para separar una mezcla en dos o
más componentes en virtud de las diferencias de sus volatilidades
C1
C2
C3
C4,S
GLP
-258,73 ºF -161,51 ºC
-127,49 ºF -88,6 ºC
-43,75 ºF -42,08 ºC
Temperatura de ebullición a Patm
Los hidrocarburos tienen
diferentes volatilidades
presentando diferentes
puntos de ebullición
M á s V o l á t i l
Mayortemperatura
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
4/63
El fraccionamiento de los componentes de la mezcla se lleva acabo en una
columna o torre de fraccionamiento
Mezcla
Componentes mas
volátiles
Componentes mas
Pesados
La volatilidad relativa de
dos componentes,
determina su dificultad
en la separación por
fraccionamiento
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
5/63
Funcionamiento
Mezcla
Componentes mas
volátiles
Componentes mas
Pesados
Se proporcionacalor en el fondo
Se proporcionafrío en el tope
Se crea un gradiente
de temperatura entre
el tope y el fondo de
la columnaVapor sube
Liquido baja
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Se controlan los compuestos de tope y fondo dependiendo de las
diferencias entre los puntos de ebullición
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
6/63
Producto de
fondo
Fondo
Vapor Medio de
calentamiento
Aceite
Vapor
Rehervidor
Calor de Fondo Se utiliza un intercambiador de calor paraobtener una corriente caliente
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
7/63
Calor de Tope
Tope
Acumulador
Corriente fría
Reflujo
Producto de tope (Liquido)
Medio de
enfriamiento
Condensador total
Agua
AireRefrigerante
El reflujo y el producto
de tope tiene la misma
composición
Bomba
Se utiliza un intercambiador de calor paraobtener una corriente fría
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
8/63
Tope
Acumulador
Reflujo
Producto de tope
(Vapor)
Medio deenfriamiento
Condensador parcial
El producto de tope en
fase vapor esta en
equilibrio con el reflujo
Calor de Tope Se utiliza un intercambiador de calor paraobtener una corriente fría
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
9/63
Comportamiento de una Torre de Fraccionamiento
La columna está
dividida en dos
secciones a
ambos lados del
plato de
alimentación
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
10/63
Etapa de Equilibrio
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Serie de Etapas de Equilibrio
Teórico
Líquido en Punto de Burbuja
Vapor en Punto de Rocío
Misma P y T
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
11/63
Torres de platos
o bandejas
Torre empacadaEmpaque aleatorio
Empaque estructurado
Platos con perforaciones
Platos de burbujeo
Platos de válvulas
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Tipos de Torres
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
12/63
Tipos de Torres
Torres de platos
Bandejas o
platos donde se
ponen en
contacto el
vapor y elliquido
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
13/63
Platos de burbujeo
Platos de válvulas
Torres de platos o bandejas
- Más eficientes cuando operan a la capacidad de diseño
- Más económico
- Susceptible al cambio de los flujos de operación (turndown)
Platos con perforaciones
- Más costosos
- Mejor opción que los perforados cuando hay
cambios de los flujos de operación (turndown)
- Se utilizan cuando puede haber bajo flujo de líquido (previene el
“weeping” en la torre)
-Es el mejor para sistemas con grandes cambio de los flujos de
operación (turndown)
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
14/63
Torre empacada Empaque aleatorio
La columna esta rellena
de piezas que sirven de
superficie para el
intercambio entre el
vapor y el liquido
Anillos Lessing Anillos Rasching
Anillos Pall Anillos splined
Anillos Tipo
silla de
montar
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
15/63
Torre empacada
La columna esta rellena
de piezas corrugadas
estructuradas
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
16/63
Internos de una torre empacada
Distribuidores de líquido
Soportes
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
17/63
Factores que afectan la selección del tipo de torre
Diámetro requerido
Altura de la torre
Caída de presión a través de la torre
Flujo de líquido
Contaminantes del fluido
Producción de espuma
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
18/63
Diámetro requerido
Altura de la torre
Caída de presión a través de la torre
Flujo de líquido
Contaminantes del fluido
Sólidos
Torres de platos o bandejas
Diámetro más grande
Torres más altas
Cada plato equivale a una
restricción en flujo, lo que origina
una velocidad alta y por lo tanto,
una caída de presión alta.
Generalmente es más económico
manejar flujos grandes de líquido con
torres de platos.
Los platos pueden ser manufacturados con
materiales no metálicos, pero son más costosos
Mejor manejo que los empacados, por producir
problemas en el distribuidor de líquido
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
19/63
Torre empacada
Cuando el diámetro de la torre es menor de 3 pie
resulta difícil accesar el interior de la torre para la
instalación y mantenimiento de los platos. Diámetro requerido
Altura de la torre
Caída de presión a través de la torre
Flujo de líquido
Contaminantes del fluido
Producción de espumaEn platos hay mayor tendencia a la formación
de espuma que en empaques debido a que las
velocidades del líquido
La caída de presión del
empaque es mucho menor
que la de los platos.
La variedad de materiales utilizados en la
elaboración de empaques es mucho mayor que
usados para la construcción de platos.
Debe haber suficiente líquido para que no se
produzcan problemas de distribución
Mucha altura requerida puede producir
problemas en el empaque (deformación) y en
la distribución de líquido.
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
20/63
Procedimiento de diseño
Paso 1. Balance de masa alrededor de la torre
V
D
L
B
Datos requeridos:
Zi
F
- Alimentación: Flujo y composición.
Proviene del sistema derecuperación de líquidos
-Especificaciones de los productos
deseados:
Se utilizan para distribuir los
componentes entre el tope y el fondo.Depende de las características
requeridas en cada corriente de salida.
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
21/63
Procedimiento de diseño
Establecen las distribuciones de los componentes
V
D
L
B
Los dos componentes que sedesean separar se llaman
claves o llaves
El más volátil llave liviano
El menos volátil llave pesado
C1
C6
C2
C3
C4,S
C5,S
C3
iC4
D e p r o p a n i z a d o r a
Para los cálculos se asume que en el
tope no hay otro comp. mas pesado
que el llave pesado y viceversa
F
Paso 1. Balance de masa alrededor de la torre
Especificaciones de los Productos deseados
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
22/63
Paso 1. Balance de masa alrededor de la torre
Especificaciones de los Productos deseados
Para diseñar la torre de fraccionamiento se necesitan dos
especificaciones:
Especificación del porcentaje de recuperación de dos componentes
Se refiere a la cantidad que se quiere recuperar de un componente alimentado a la torre
Especificación de la composición de dos componente
En un fraccionador se cumple que:D
F=
XD
XBXF
XB
-
-
Especificación de la presión vapor
Se especifica la presión de vapor de producto
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Especificación del % de recuperación y composición de un componente
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
23/63
Paso 2. Condiciones de operación de la torre
V
D
R
L
B
F
Presiónoperación
Temperatura del
tope
Medio de enfriamiento
utilizado en el
condensador
Presión de operación
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
24/63
El medio de enfriamiento del condensador define la temperatura en el
tope de la torre
Fluidos más utilizados:
Agua ( 90 °F 110 °F)
Aire
Refrigerante utilizando un sistema de
refrigeración mecánica (temperaturas en el
tope menores de 95 °F)
V
D
R
LF
( 100 °F 130 °F)
Temp. Tope = Temp. Enfriamiento + ΔT (establecida por el diseñador)
Paso 2. Condiciones de operación de la torrePresión de operación
ΔT≈ 10 °F
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
25/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
V
D
R
L
B
FP
T
Líq. Vapor
Mezcla
Curva de burbujeo
Ttope
Pburbuja
Producto tope D
es liquido
P
T
Líq. Vapor
Mezcla
Curva de
rocío
Ttope
P rocio
Producto tope D
es vapor
Paso 2. Condiciones de operación de la torre
Presión de operación
D
Con la temperatura de tope se estima la
Presión en el acumulador
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
26/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
P
T
Líq.Vapor
Curva de burbujeo
Ttope
Pacumulador
La presión de la torre será igual a la presión del acumulador mas la caída de
presión a través del condensador y la línea de vapores de tope (5 y 15 psi)
V
D
R
LF
A medida que P , la T de burbuja
disminuyendo los costos en el condensador
Pérdidas de presión
Acumulador
Paso 2. Condiciones de operación de la torre
Presión de operación
Poperación
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
27/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Paso 2. Condiciones de operación de la torre
Presión de operación
Medio de enfriamiento
Agua, Aire
Refrigerante, Sistema de Refrigeración
No tiene reflujo
Se prefiere aumentar presión que
sustituir el medio de enfriamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
28/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
V
D
R
L
B
F
Temperatura de fondo
P
T
Líq. Vapor
Mezcla
Curva de burbujeo
Tburbuja
Poperación dela torre
El Producto de fondo B esliquido saturado
Paso 2. Condiciones de operación de la torreSe asume P operación constante
para estimar la temperatura del fondo
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
29/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Número de etapas requeridas para el contacto vapor
líquido.
L V
- Platos teóricos (Torre de platos)
- HETP (altura equivalente a un plato teórico)
(torre empacada)
Métodos de calculo
- Fenske y reflujo mínimo de Underwood (Método corto)
- Mc Cabe Thiele, para mezcla binaria (estimado)
A l t u r a d e l a
t o r r e
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
Tipo de
torre
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
30/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Reflujo
V
D
R
LF
Liquido saturado que se retorna a la torre, el cual esta en equilibrio
con el vapor del tope de la columna de fraccionamiento
La cantidad de reflujo afecta la calidad del
producto
A medida que R aumenta, se incrementa el
grado de separación y la carga calórica de la
torre, lo que puede afectar la eficiencia y los
costos de operación
El reflujo afecta directamente al rehervidor incrementando la cantidad de
energía que la torre necesita
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
31/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
El numero de etapas o platos que la torre requiere esta relacionado con
el Reflujo
Reflujo
V
D
Lo
LF
El reflujo normalmente se expresa
como una relación
Relación de reflujo (R)
oLR D
Liquido que se regresa ala torre
Producto de tope
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
32/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Mínimo
reflujo
Relación de reflujo
Mínimo No
de etapasReflujo total
∞ e t a p a s
N u m e r o d e e t
a p a s
A un mínimo reflujo se obtiene N°
infinito de etapas y para un
reflujo total se requiere un
mínimo de etapas
Estos son limites extremos para
el diseño de la torre
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
Figura 19.6 del GPSA año 2004
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
33/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
El diseño de una columna de fraccionamiento es un problema de
inversión inicial versus costo de energía
V
D
Lo
L
B
F
El reflujo afecta
directamente la cantidad
de energía que la torre
necesita
La cantidad de etapas o
platos incremente el
costo de la torre
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
34/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Dos importantes consideraciones en el dimensionamiento de la torre
son:
Grado de separación
Pureza del
producto
Mayor Tamaño
Mayor DiámetroMas platos y reflujo
Mayor costo
.D BF B DLI L Ll P
X X S X X
Factor de separación
V
R
L
B
F
Ll L Llave liviano
Ll P Llave Pesado
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
35/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Volatilidad de los componentes
Se expresa como volatilidad relativa.
Relación de las K de equilibrio de doscomponentes a una P y T.
llave liviano
llave pesado
Ll L
Ll P
K
K
Mas fácil la separación
V
R
L
B
F
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujoDos importantes consideraciones en el dimensionamiento de la torre
son:
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
36/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
N° mínimo de etapas Sm
log
log
F
m
prom
SS
El mínimo numero de etapas puede calcularse a través de la ecuación de
Fenske
Sm= Mínimo numero de etapas
.D BF
B DLI L Ll P
X X S X X
2
tope fondo
prom
Ll L
Ll P
K
K
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujoMétodo corto
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
37/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Reflujo mínimo Rm
n
i i
i Fi X q1
1
El método de Underwood es el mas utilizado para el calculo del reflujo
mínimo
q = Moles de liquido saturado en la alimentación por mol de alimentación
XFi = fracción molar del componente i en la alimentación
= volatilidad relativa del componente i en la alimentación. Se utiliza el
componente mas pesado como referenciai
Inicialmente se calcula elFactor determinado por
ensayo y error
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujoMétodo corto
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
38/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
1
.1
nDi i
m
i i
X R
El reflujo mínimo se calcula a través de la ecuación
XDi = fracción molar del componente i en el producto de tope
= volatilidad relativa del componente i en la alimentación. Se utiliza el
componente mas pesado como referencia
i
Rm = Reflujo mínimo, (Lo/D)m
Luego el reflujo optimo esta entre 1,2 y 1,4 del reflujo mínimo
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
Método corto
θ= Parámetro de correlación
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
39/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
1
R
R 1
m
m
R
R
Paso 3. Número de etapas teóricas y reflujo
S= # de etapas teóricas
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
40/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Método de Mc Cabe ThieleEste método es una representación gráfica de equilibrio y como el
reflujo se relaciona con los platos teóricos
V
Lo
D
B
F
Método
Separaciones
binarias
Sistemas
multicomponentes
Se utilizan el llave
liviano y el llave
pesado
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
41/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
El método utiliza el Diagrama x y que refleja las composiciones de la
fase de vapor (y) y la fase liquida (x) de uno de los componentes de la
mezcla binaria
Mezcla vapor liquido
Dos componentes A y B
X A + XB= 1
Liquido
Y A + YB= 1
Vapor
1 1 x
y x
Ll L
Ll P
K
K
La relación de equilibrio se puede calcular a
través de la ecuación
La volatilidad relativa se
calcula a P torre
2
tope fondo
prom
Método de Mc Cabe Thiele
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
42/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
FraccionamientoMétodo de Mc Cabe Thiele
Diagrama x y
1 1 x
y x
Se construye el grafico con los valores de Y y se grafica una línea de 45º
X Y
0,1
0,2
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
Equilibrio V L a P constante
Fracción molar del componente A en el liquido
Segundo componente: B
Se grafica el
componente
mas volátil
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
43/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
FraccionamientoMétodo de Mc Cabe Thiele
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
44/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
FraccionamientoMétodo de Mc Cabe Thiele
Para aplicar el método se
analiza la sección de
enriquecimiento y la zona
de despojamiento por
separado
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
45/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
FraccionamientoMétodo de Mc Cabe Thiele
V
Lo
Sección de enriquecimiento
Alimentación
D
Tope de la torre
n
n +1
n - 1
n
n +1
n - 1
Vn, Yn
Ln,Xn
Ln-1
N
1
XD = XL Balance en el tope
Vn+1,
Yn+1
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
46/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Método de Mc Cabe ThieleSección de enriquecimiento Tope de la torre
n
n +1
n - 1
Vn, Yn
Ln,Xn
Vn+1,
Yn+1
Ln-1
línea operacional de tope
Yn+1. Vn+1 = D . XD + Ln. Xn
1
1 1
. .nn n D
n n
L DY X X
V V
El método asume que todos los
flujos molares son idénticos
L1 = L2 = L3….. = L
V1 = V2 = V3….. = V
1. .
n n D
L DY X X
V V
Dividimos la ecuación entre Vn+1
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
47/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Sección de enriquecimiento Tope de la torre
Si el reflujo esL
R D
1. .
n n D
L DY X X
V V
V L D y
1.
1 1D
n n X R Y X
R R
Línea operacional superior
Si el destilado de tope es liquido XD
Si el destilado de tope es gaseoso YD
Método de Mc Cabe Thiele
= D (R+1)
Y= mX+b
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
48/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Método de Mc Cabe ThieleSección de despojamiento Fondo de la torre
B , XB
L
V
m +1
m - 1
m -
-
m
m +1
m - 1
Vm, Ym
Lm, Xm
Vm+1, Ym+1
Lm-1 --
--
Balance en el fondo
Lm+1-
- -Lm . Xm = B . XB + Vm+1. Ym+1
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
49/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Método de Mc Cabe Thiele
Sección de despojamiento Fondo de la torre
1. .
m m B
L BY X X
V V
Línea operacional de fondo
Balance en el fondo
L . Xm = B . XB + V. Ym+1- -
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
50/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Método de Mc Cabe ThielePlato de Alimentación
V
Lo
D
B
F
El estado de la corriente de alimentación
esta definido por el factor q
q = fracción del líquido en lacorriente de alimentación
q = 1 Líquido saturado
q = 0 vapor saturado
0 < q < 1 bifásico
q > 1 Líquido subenfriado
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
51/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Plato de Alimentación
1. .
1 1f f F
qY X X
q q
XF = fracción molar del componente en la alimentación
Xf = fracción molar del componente en el liquido que deja el plato
Yf = fracción molar del componente en el vapor que deja el plato
La ecuación es una línea recta de pendiente q/q-1 y el corte de XF
con la línea x=y
Método de Mc Cabe Thiele
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
52/63
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Método de Mc Cabe ThielePlato de Alimentación
A Vapor sobrecalendado
B Vapor saturado
C Bifásico
D Líquido satudado
E Líquido subenfriado
Fracción molar del componente A en el liquido
Segundo componente: B
F r
a c c i ó n m o l a r d e l c o m p o n e n t e A e n e l v a p o r
XF
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
53/63
Paso 4. Balance de Energía
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
V
Lo
D
B
F
Balance de Energía Alrededor de la Torre
F . HF + QR = D . HD + B . HB + Qc
QR
QC Conociendo:
TF, PF y XF se calcula HF
TD, Ptope y XD se calcula HD
TB, Pfondo y XB se calcula HB
Para calcular Qc sedebe definir el condensador
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
54/63
Paso 4. Balance de Energía
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Condensador TotalV
Lo
1
HV
QC
HC
D
LHL
P de burbuja
Qc = V . (HL - HV)
Donde:
V = L = Lo+D
Conociendo:
D y R=Lo/D se calcula Lo,
luego Lo+D =V.
Con T de enfriamiento se define Ttope y se calcula Pb
Con Pb T y XD se calcula HL
V @ Poeración es Vapor Saturado, Trocío , HV
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
55/63
V
Lo
1
HVQCHC
Dmezcla
HM
P de burbuja
Paso 4. Balance de Energía
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Condensador Parcial
Qc = V . (HM - HV)
Donde:
HM = Lo . HLo + D . HD
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
56/63
Dimensiones de la torre Altura en torres de platos
H
pieshSr H 2.1
Sr= Número de etapas reales
h= espaciamiento
S= Número de etapas teóricas
eficiencia
S Sr
Para estimar la eficiencia
puede utilizarse la fig 19-18 del
GPSA
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
57/63
Dimensiones de la torre
Altura en torres de platos
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
58/63
Diámetro en torres de platosSe calcula dependiendo de la velocidad del vapor límite
Referencia: Campbell, J.
Constante que depende del
espaciamiento de los platos
Espaciamiento
w
W A
g Con el área secalcula el diámetro
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
59/63
Diámetro en torres de platosConstante Ks
Referencia: Campbell, J.
Espaciamiento
-Más comunes 18” y 24”
- Para platos tipo válvula se utiliza entre 30” – 36”
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
60/63
Diámetro en torres empacadas
A = Mg / Gp , en ft2
La correlación depende de
la caída de presión
necesaria en la torre
∆P torre asumida= 0,5
pulgadas H2O es común
l
g
p
p
G
L
.
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
FP= Factor de empaque
Gp= Vapor cargando la torre, lb/ft2*sg
μl= viscosidad del líquido, cp
ρ= densidad
Lp= Líquido cargando la torre, lb/ft2*sg
.
..17,32
.
1,0
1,02
g l g
l
wl pG Fp
Referencia: Campbell, J. y GPSA
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
61/63
Diámetro en torres empacadas
Referencia: Campbell, J. y GPSA
Factor Fp
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
62/63
Altura en torres empacadas
GPSA
N HETP H .
N= Número de etapas
teóricas
HETP= Altura
equivalente a un plato
teórico
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
8/19/2019 Clase 3 Tema 2 Fraccionamiento
63/63
Secuencia de Fraccionamiento
Dependiendo de la especificación del producto deseado pueden
requerirse mas de una torre de fraccionamiento
Mezcla
C1 C2
C3 C4 +
C3
+ Gasolina
l
C4,S i- C4
n- C4
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento