1

El fraccionamiento es una operacinunitaria utilizada para separar mezclasen productos individuales. Elfraccionamiento implica la separacinde componentes los cuales estnrelacionados con la volatilidad relativa,y cuando existe dificultad de estaseparacin se debe a esta volatilidad ya la pureza requerida de las corrientesde producto.

El esquema muestra los diversoscomponentes del sistema. El calor seintroduce en el intercambiador decalor para producir vapores deextraccin. El vapor se eleva a travsde la columna y se pone en contactocon el lquido descendente. El vaporque sale de la parte superior de lacolumna entra en el condensadordonde se elimina el calor por algntipo de medio de refrigeracin. ElLquido se devuelve a la columnacomo reflujo para limitar la prdida decomponentes pesados encima de lacabeza.

Las composiciones de estas fases estn

relacionados por la relacin de equilibrio de:

yi = Kixi Esta relacin, junto con el

balance de calor y de materia, es la base para todo el diseo fraccionador.

Tipos de fraccionadores

Dependen del nmero de productos que se deseen obtener y la composicin de

alimentacin

Deetanizadora Producto (C2 +) Depropanizadora Producto (C3 +)

Debutanizadora Producto (C4+ )

Mezclas de etano / Propano (EP) Propano Comercial Propano / butano mezcla de petrleo (GLP) Butano / mezclas de gasolina Gasolina Natural Las mezclas con una especificacin de presin de vapor

Un porcentaje de recuperacin de un componente en la corriente de cabeza o la parte inferior.

Especificaciones Del Producto.Un balance de materia alrededor de la

columna es el primer paso en los clculos de fraccionamiento.

Hay tres formas de especificar un producto deseado a partir de un fraccionador:

Una propiedad fsica especfica,

como la presin de vapor, por

cualquiera de los productos.

Una composicin de un

componente, ya sea en producto

Dos consideracionesimportantes afectan eltamao y el costo deuna columna defraccionamiento son elgrado de volatilidad yla separacin de los

componentes.El grado deseparacin o la purezadel producto tienen unimpacto directo sobreel tamao de lacolumna.

Una medida cuantitativa de la dificultad de la separacin es el factor de separacin, SF, que se define como:

Esta ecuacin define la especificacin para el diseo de la torre

Donde: XD= Conc. Comp clave liviano en el destiladoXB= Conc. Comp clave liviano en el rediduo

XB= Conc. Comp clave pesado en el destiladoXD= Conc. Comp clave pesado en el destilado

Esta cantidad se calcula como la relacin de equilibrio de los valores K de dos componentes a una temperatura y presin dadas.

Para los clculos de fraccionamiento los componentes claves son importantes. Por lo tanto:

Presin Operacional: Este es el medio derefrigeracin disponible para elcondensador de reflujo. El producto decabeza estar en condiciones de punto deburbuja para un producto lquido o encondiciones de punto de roco para unproducto en forma de vapor. Si la presinde funcionamiento es demasiado alta, latemperatura crtica del producto de fondopuede ser superado pero la separacin nose puede lograr.

Relacin de reflujo y Nmero de Etapas

Es la relacin de la tasa molar de lquido de reflujo dividido por la tasa molar de producto de cabeza neta. La potencia del hervidor es una

funcin directa de la relacin dereflujo ya que la columna defraccionamiento debe mantener unequilibrio general de calor y materialpara una separacin dada.

A reflujo mnimo se requiere unnmero infinito de etapas, igual quepara un reflujo total . Ninguna deestas situaciones representa laoperacin real, pero son los lmitesextremos de posibles configuracionesde diseo.

Etapas mnimas:Las etapas mnimas pueden calcularse para lamayora de sistemas de varios componentescon la Ecuacin de Fensky.

Sm en esta ecuacin incluye un rehervidorparcial y un condensador parcial si se utilizaestos equipos. El avg es la volatilidad relativamedia de los componentes clave en lacolumna de separacin. Y el enfoque mscomn para sacar este valor es utilizar unpromedio aritmtico:

Si la volatilidad vara ampliamente, se utilizauna volatilidad modificada:

Donde el exponente b se obtiene a partir degrficas K-valor en el rango de inters.

El clculo de la etapa mnima es de: Tenga encuenta que Sm incluye el condensador parcialy el caldern parcial si es que existen.

El coeficiente mnimo de reflujo El mtodo Underwood es el ms utilizado de los mtodos de clculo para obtener el coeficiente mnimo de reflujo.

Una vez que se determina q, la relacin de reflujo mnimo es:

Nmero de Etapas:El nmero de etapas

tericas requeridas para una separacin dada es una relacin entre el reflujo mnimo y el reflujo total el cual puede determinarse a partir de una correlacin que se refiere a la proporcin de etapas mnimas a etapas tericas a la relacin de reflujo mnimo, Rm, y la relacin de reflujo operativo, R (donde R = Lo / D).

La tasa de reflujo se puede ajustar por balance de materiales desde:Lo = V1 D

1. Establecer composicin de la alimentacin, caudal, temperatura, y presin.2. Hacer divisiones de productos para la columna y establecer la temperatura del condensador y la presin de la columna. Luego de la presin de la columna, el clculo de la temperatura del caldern.3. Calcular el nmero mnimo de etapas tericas de la ecuacin de Fenske. 4. Calcular la tasa de reflujo mnimo de las ecuaciones Underwood. 5. Obtener la etapas tericas/ Relacin del flujo operativo 6. Ajustar el reflujo real para la vaporizacin de alimentacin si es necesario.

METODO DE

CALCULO

- Mtodo del Factor "C" - Se han utilizado muchos mtodos de diseo para dimensionar fraccionadores traicionado. Un mtodo simple es la ecuacin de Souders y Brown que implica el uso de la frmula de tipo Ley de Stokes:

-Mtodo del nomograma -Esta es una relacin simple de la tasa de lquido (GPM) y una velocidad de carga V definido como:

DIMENSIO-NAMIENTO

Todo el trabajo de diseo de una columna se realiza usando platos tericos.

Un plato real no alcanzara el equilibrio debido a las limitaciones del tiempo de contacto lquido-vapor.

En la columna real se requieren ms platos para obtener la separacin deseada. Esta determinacin es usualmente llevada a cabo por el uso de una eficiencia de plato global definida por:

Estos platos utilizanDowncomer noconvencionales yconfiguraciones decubierta para efectuarun incremento en lacapacidad de manejode lquido y/o vapor

Los platos de altacapacidad han sidoparticularmenteefectivos endemetanizadoras,deetanizadoras,depropanizadoras ycolumnas de butano.

Empacamiento aleatorio en donde piezas discretas de relleno son lanzadas de manera aleatoria dentro de la carcasa de la columna.

Empacamientos estructurados donde una configuracin geomtrica especifica es alcanzada

Rejillas las cuales estn empacadas con un arreglo sistemtico, usando una estructura reticular.

GPDC es comnmente usada para el dimensionamiento de columnas empacadas aleatoriamente.

La mayora de columnas son diseadas para una cada de presin entre 0.20 y 0.6 pulgas de agua por pie.

Torres de dimetro = 1 pie o menores, utilizan rellenos de 1 pulgada o menores

Torres mayores a un pie de dimetro, utilizan rellenos entre 1 Y pulgadas

Torres de ms de 1 pie a 3 pies de dimetro, utilizan rellenos de 2 a 3 pulgadas

El GPDC tiene limitaciones en la descripcin del funcionamiento de empaquetamientos.

La altura de un plato terico, HETP es requerido.

HETP el nmero de veces que los escenarios tericos dan la altura del lecho empacado.

las columnas empacadas han encontrado uso en plantas demetanizadorascriognicas.

Un condicin crtica en las columnas empacadas es el control de las fases lquido y vapor.

La distribucin de lquido. Una distribucin pobre de lquido causa una prdida dramtica de eficiencia.

Las columnas de rellenos se han preferido por varias razones:

Cada de presin.-Menor variacin de presin por cada estacin (plato terico)

Corrosin.- Para sistemas corrosivos los rellenos pueden ser fabricados de cermica o plstico

Desventajas de las columnas empacadas:

Distribucin del lquido.-las corrientes de lquido vapor son libres de seguir su propio patrn

Atascamiento.- son ms susceptibles de atascamiento con materiales.

Altura de la columna.-Debe ser determinada bajo pruebas especiales

Inspeccin

No requiere consideraciones de flujo de dos fases o la velocidad de circulacin. El hervidor es equivalente a un plato terico. Debido al requerimiento del vapor de desligadura, los hervidores son construidos con una carcasa ms gruesa.

Se debe ubicar y orientarcorrectamente las boquillas de entraday salida para evitar problemas defuncionamiento, y problemas en lapuesta en marcha de la planta.

El vapor es introducido paralelo al fondo del downcomer a un espaciamiento recomendado de 24 debajo del plato de fondo.

La velocidad del vapor puede ser controlada por la zona de salida cap para los platos de multipaso, es muy importante alimentar a cada compartimento por igual y permitir la igualacin de vapor entre las secciones.

Debe ser proporcionado suficiente tiempo de residencia en el lquido del sumidero de extraccin.

Para grandes requisitos de tiempo de residencia, un recipiente externo debe ser considerado en lugar de un volumen grande de sumidero.

La minimizacin de consumo de combustible es un objetivo de diseo comn ya que los fraccionadores requieren entrada de energa en forma de calor para el rehervidor. Para las columnas que utilizan refrigeracin por aire o agua, todos los servicios pblicos utilizan un disipador de calor de temperatura comn.

Sin embargo, para las columnas que utilizan refrigeracin, el nivel de temperatura es muy importante. Un nivel de refrigeracin menor temperatura aumenta tanto el costo de capital y de operacin de una unidad. Si el correcto condensador se puede aplicar a un sistema de temperatura ms alta, un considerable ahorro se puede realizar.

Muchos intentos se han hecho para definir un mtodo de factor de absorcin "promedio" de atajo del tiempo de rigurosos procedimientos de clculo. La nica restriccin de un procedimiento de este tipo es lo bien que el factor medio, tal como se define, representar a la absorcin que ocurre en realidad.

El uso de un factor de absorcin promedio, la extraccin de cualquier componente a partir de un gas rico puede ser descrito por:

El factor de separacin se define como:

vs