ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

PROGRAMA DE POSTGRADO EN

INGENIERIA DE GAS NATURAL

Analisis de una Unidsd

Despropanizadora a partir de Gas Natural

TESIS DE G R A D 0 COMO REQUlSlTO

P A R A O P T A R EL T I T U L O D E

MAGISTER EN INGENIERIA DE GAS NATURAL

REALIZADO POR:

DED 1 CATOR 1 A

A mis padres quienes han s ido mis g u i

t o .

A m i esposa por su ca r i f i o y apoyo de siempre y a l o l a r g o de es tos

es tud ios.

A m i hermano y m i cufiada por l a cooperaciSn y por haberme con tag ia - do su entusiasmo.

A mis h i j a s por su car i f io , para que l es s i r v a de ejemplo y luchen

por un f u r u r o mejor.

A l a memoria de m i T?a Carmen.

A mis p ro fesores y amigos, qu ienes me ayudaron en l a s c i r c u n s t a n -

c i a s en que requerya.

TARQUINO LOPEZ CADENA

DECLARAC l ON EXPRESA

"La responsabi 1 idad por 1 os hechos ,

ideas y doc t r i nas expuestos en e s t a

t e s i s , me corresponden exclusivamen -

te; y, e l patr i rnonio i n t e l e c t u a l de

l a m i sma, a 1 a ESCUELA SUPER I O R PO-

L ITECNI CA DEL LITORAL".

( ~ e ~ l a m e n t o de ExSmenes y TTtu los

p ro fes iona les de l a ESPOL).

.@w*rF~ck.-*we t-

TARQU l NO LOPEZ CADENA

WG. ARMAND0 MARCANO ' D i rector d e Tes.i s

AGRADEC l M I ENTO

Dejo kxpresado mi agradec imien to :

Por e l asesoramien to t g c n i c o :

En LAGOVEN S. A. , Caracas, Venezuela:

A1 Ing. JORGE CABANILLA, Gerente de Finanzas de l Departamento de

Producci6n.

A 10s i n g e n i e r o s de l a Secci6n de l n g e n i e r i a de Gas.

En l a U n i v e r s i d a d C e n t r a l de,Venezuela, Escuela de l n g e n i e r i a de - Pe t r6 l eos e l n g e n i e r i a Quimica, Caracas, Venezuela:

A1 Ing. FRANCISCO GUTIERREZ, D i r e c t o r de l a Escuela de l ngen ie - r i a de Pe t r6 l eos .

A 10s ~ r o f e s o r e s de 10s cu rsos y seminar i o s de l Postgrado en I n -

g e n i e r i a de Gas N a t u r a l , p e r t e n e c i e n t e s a l a s dos Escuelas.

En e l l n s t i t u t o de I n v e s t i gac iones P e t r o l e r a s ( INPELUZ) , Maracaibo,

Venezuela:

A 10s l ngen ie ros de l a Secci6n de Gas.

En e l INTEVEP S.A., Los Teques, Venezuela:

A 10s l ngen ie ros de l a Secci6n de Gas. \

Por su col aborac ibn :

En la Escuela Superior Polit6cnica del Litoral, Guayaquil, Ecuador:

A1 Ing. NELSON CEVALLOS, Vicerrector-Director del Programa de

Postgrado.

A1 Coordinador y cuerpo docente del Programa de Postgrado.

En OLADE, Quito, Ecuador:

A1 Ing. ULISES RAMIREZ, Director de la Organizaci6n

En la Of icina de Asuntos Internacional es, Minister io de EnergTa y

Minas, Caracas, Venezuela:

A 10s Pol i t6logos y personal de of ic ina.

Por. su Patrocinio:

A1 Ministerio de Recursos Naturales y Energgt icos.

Dejo kxpresado mi agradecimiento:

Por el asesoramiento tgcnico:

En LAGOVEN S. A. , Caracas, Veneruel a:

A1 Ing. JORGE CABANILLA, Gerente de Finanzas del Departamento de

Producc i6n.

A 10s ingenieros de la Secci6n de lngenieria de Gas.

En la Universidad Central de'venezuela, Escuela de lngenieria de -

Petr6leos e IngenierTa Quimica, Caracas, Venezuela:

A 1 Ing. FRANCISCO GUTIERREZ, Director de la Escuela de lngenie - ria de Petr6leos.

A 10s ~rofesores de 10s cursos y seminar ios del Postgrado en In-

genieria de Gas Natural, pertenecientes a las dos Escuelas.

En el lnstituto de lnvestigaciones Petroleras (INPELUZ), Maracaibo,

Venezue 1 a :

A 10s lngen ieros de la Secc i6n de Gas.

En el INTEVEP S.A., Los Teques, Venezue

A 10s lngenieros de la Secci6n de Gas

l a :

Por su c o l aborac i6n :

En l a Escuela Super ior P o l i t g c n i c a del L i t o r a l , Guayaquil, Ecuador:

A1 Ing. NELSON CEVALLOS, V i c e r r e c t o r - D i r e c t o r de l Programa de

Post grado.

A1 Coordinador y cuerpo docente de l Programa de Postgrado.

En OLADE, Q u i t o , Ecuador:

A1 Ing. ULISES RAMIREZ, D i r e c t o r de l a Organizaci6n

En l a O f i c i n a de Asuntos In te rnac iona les , M i n i s t e r i o de Energia y

Minas, Caracas, Venezuela:

A 10s Pol i t 6 l o g o s y personal de o f i c i n a .

Por .su P a t r o c i n i o :

A1 M i n i s t e r i o de Recursos Natura les y Energgt icos.

MG. ARMAND0 MARCANO / D i r e c t o r de Tes i s

DECLARACION EXPRESA

"La responsabi l idad por 10s hechos,

ideas y doc t r i nas expuestos en es ta

t e s i s , me corresponden exclusivarnen -

t e ; y , e l pa t r imon io i n t e l e c t u a l de

l a rnisrna, a l a ESCUELA SUPER10

L ITECN I CA DEL L I TORAL".

( ~ e ~ l a m e n t o de Exsrnenes y TTtu

p ro fes iona les de l a ESPOL).

IR PO-

10s

.*@&p&~~*~e t3 TARQUINO LOPEZ CADENA

RESUMEN

En e s t e t r a b a j o se disei ia una p l a n t a despropanizadora. Los pro-

cedirnientos rnaterndticos u t i l i z a d o s perrniten obtener l a s c o n d i c i o -

nes de d isef io de l a colurnna, para e l e f e c t o se han seleccionado-

dos rnstodos:

E l M6todo Aproxirnado de KUFEM que f a c i l i t a un d isei io e s t i rnat ivo

de un idades de separac i6n y e l M6todo Riguroso que e n t rega resu l -

tados con va lo res rnSs a jus tados a l a r e a l idad en las d i f e r e n t e s -

etapas. Por una pa r te , e l M6todo Aproxirnado se puede emplearlo-

a p lan tas en s e r v i c i o , desa r ro l l ando c2 lcu los que permi tan eva - lua r 10s e f e c t o s de p r o d u c i r carnbios en e l proceso. Por o t r a - pa r te , e l Mgtodo Riguroso perrni te cons iderar en e l disei io un rna-

yor niirnero de l a s v a r i a b l e s que a fec tan l a separaci6n del propa-

no.

Finalrnente, de 10s resu l tados de 10s rngtodos de estudio, se efec - t 6 a un an21 i s i s cornparat i v o que es tab lece 10s requ i s i t o s necesa-

I r ios para e l d isei io rneczn i c o de l a t o q r e despropan izadora.

D I S E A Q DE UNA PLANTA DESPROPANIZADORA A PARTIR DEL

GAS NATURAL

INDICE GENERAL

RESUMEN

l ND l CE GENERAL

I N D I C E DE FIGURAS

INDICE DE CUADROS

INDICE DE DIAGRAMAS

1. l NTRODUCC l ON

2.2.2.1 La se lecc i6n de l m6todo para determinar K . . . - . . . . 2.2.2.2 Determinacidn de l a ternperatura de burbuja y.. :

1 a temperatura de r o c i o para s i s temas donde- todos 10s componentes es Gas Natura l .

2.2.3 CSlculo de una d e s t i l a c i 6 n Flash ....................... :

2.2.4 Determinaci6n de l a cornpos i c i d n aproxirnada de l d e s t i ... lado y de l residuo, c o r r e l a c i 6 n de Geddes ~ e n ~ s t e b e F k .

2.2.5 Desar ro l l o s i m p l i f i c a d o de l a ecuaci6n Geddes Hengste, - beck ...................................................

2.2.6.1 Mitodo para determinar e l r e f l u j o m i n i mo.......

2.2.6.2 Mitodo para determinar e l ntmero de p l a t o s m i - nirnos ..........................................

2.2.7 M6todo para determinar e l n h e r o de p l a t o s t e d r i c o s - ............................................ aproximados

....... 2.2.8 Determinaci6n del plato bptimo de la Alimentaci6n

2.2.9 Determinaci6n del nGmero de platos actuales.............

................................... 2.2.10 Eficiencia de platon

2.2.11 Balance de energi ......................................

2.2.11.1 Determinaci6n de la carga tgrmica del condensador ...................................

2.2.11.2 Determinaci6n de la carga tgrmica del precalentador .................................

2.2.11.3 Determinaci6n de la carga tgrmica del Rehervidor. r alderi in).. ......................

2.3 Mitodo riguroso ............................................... ........................................ 2.4 Programa de Computadora

......................................... 2.5 Subrutinas utilizadas

2.5.1 Subrutina DATAK ......................................... 2.5.2 Subrutina ENTLIQ .......................................

........................................ 2.5.3 Subrutina ENTLV.

2.5.4 Subrutina CONVG ........................................ 2.5.5 Funci6n FUNCS ..........................................

......................................... 2.5.6 Subrutina FLASH

...................... 2.5.7 Subrutina TRIDI...................

...................................... 2.5.8 Subrutina DESTIL..

2.6 Descripci6n del proceso ....................................... 2.6.1 Equipos principales ....................................

3. DISCUSION DE RESULTADOS ..............................................

....................................... 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Nomenclatura .................................................... 4.2 Bibliografia .................................................... 4.3 ApGndices ......................................................

4.3.1 C5lculos por el n6todo aprox<mado de KUFEM .............. 4.3.2 C5lculos de la carga tgrmica del Condensador, p r e

calentador y calderin. .................................. 4.3.3 Resultados obtenidos por el Mgtodo Riguroso. ............ 4.3.4 Programa de Computadora .................................

..................................... 4 .3 .5 Anexo de Figuras 148

4.3 .6 Anexo de Cuadros ..................................... 175

4 .3 .7 Anexo de Diagramas ................................... 197

2.1 And l i s i s de var iab les de disefio

2.2.2.1.1 Nomograma de ~ e l a c i 6 ; de Equi l i b r i o de vaporiza - c i6n d t 10s Hidrocarburos ( ~ c h e i be1 y ~ e n n y ) .

2.2.2.1.2 Nomograma de Relaci6n de E q u i l i b r i o de Vaporizal-

c i6n ( ~ e ~r ies te r ) .

2.2.2.1.3 Nomograma de Relaci6n de E q u i l i b r i o de vaporiza-

c i 6n a add en y ~ r a ~ s o n ) .

2.2.7.1 Nomogram Correlaci6n de Ref lu jo y nijmero de Pla - tos (Erbar - addo ox) .

2.2.7.2 Nomograma cor re lac i6n ( ~ i 1 1 i land)

2.2.10 . Nomograma de Ef icac ia de Platos ( ~ ' ~ o n n e l )

2.3 Esquema de un Despropanizador Simulado

I 2.5 Sdcciones de una columna de var ias etapas

2.6 Componentes separables del Gas Natural

2.6.1 Proceso para l a producci6n de Propano

3.1 Caudales I nternos. Tota les en l a To r te ( ~ g t o d o ~p rox i rnado)

3.2 Caudales l n te rnos t o t a l e s en l a Tor re ( ~ i t o d o ~ i g u r o s o )

. 3 . 3 Curva de Temperatura para e l Despropanizador ( ~ 6 t o d o Aproxi -

mado) .

3.4 Curvas de composicidn de l i q u i d o en e l Despropanizador (~6-

todo Riguroso) .

3.5 Curvas de compa

do ~ i g u r o s o ) .

1s i c i 6 n de vapor en e l Despropan izador ( ~ 6 t o -

3.6 Resultados por e l &todo Aproximado secci6n R e c t i f i c a c i 6 n

3.7 Resultados por e l Mi todo Aproximado secci6n Agotamiento

3.8 Resultados de l programa d e l computador seccidn R e c t i f i c a -

c i6n.

3 . 9 Resultados de l programa de l cornputador secci6n Agotarniento

4 . 3 . 1 Curva para obtener e l nfmero de Platos teb t i cos

en funci6n de l a Relacidn de Ref lu jo.

4 . 3 . 2 Esquema de Estudio TGrmico de l a columna

4 . 3 . 3 . 1 Curvas de Recobro de Propano en l a Torre; condi-

c i6n de cambio: temperatura de l a Alimentacibn.

4 . 3 . 3 . 2 Curva de recobro de Propano en l a Torre; condi-

c i6n de cambio: re lac i6n de Ref lu jo.

4 . 3 . 3 . 3 Curvas de recobro de Propano; condicidn de cam - b io ; loca l i zac i6n del P la to de ~ l imen tac i6n .

4 . 3 . 3 . 4 Curvas de temperaturas para e l Despropan izador,

condicidn de cambio: temperatura de Alimentaci6n.

4 . 3 . 3 . 5 Curvas de temperaturas para e l Despropanizador,

candici6n de cambio: Relaci6n de Ref lu jo.

i

4 . 3 . 3 . 6 Curvas de temperatura para e l Despropanizador ,

condici6n de cambio: loca l i zac i6n del Plato de

Alimentaci6n.

INDICE DE CUADROS

3.1 Resu

3.2 Resu

ltados de AnSlisispor dos mstodos de cdlculo

ltados de a n a' 1 i- s i s . por el Mitodo Aprox imado

4.3.2.1 C6lculo de la temperatura de rocio de;~limentaci6n

4.3.2.2 Cdlculo de la temperatura de burbuja de la Alimentacidn

4.3.2.3 Cdlculo de la temperatura de rocio del Residuo-.

4.3.2.4 Cdlculo de la Entalpia de liquid0 saturado a la sali-

da del condensador. *. -

4.3.2.5 Cdlculo de la entalpia de vapor saturado en el tope

de la torre.

4.3.2.6 Cdlculo de la entalpia de liquid0 saturado de la co-

rriente de alimentacibn.

4.3.2.7 Cdlculo de la Entalpia de vapor saturado de la co-

rriente de alimentacidn.

4.3.2.8 Cdlculo de la Entalpia de liquido saturado a la sa-

lida del calderin.

I 4.3.2.9 Cdlculo de la Entalpia de vapor saturado a la salida

del calderin.

4.3.2.10 Propiedades de las corrientes de la colurnna.

INDICE DE DIAGRAMAS

4.3.1.1 Diagrarna del c5 lculo u t i l i z a n d o e l procedimiento de

KUFEM.

Diagrama de cSlculos de las cargas tirmicas de 10s

equipos de transferencia.

Diagrama de f l u j o del Programa principal ( 3 )

Subrut ina DATAK (1

Subrut ina ENTLIQ (1)

Subrut ina ENTLV (1

Subrutina TRl Dl (1)

Subrut ina CONVG . (2)

Funcidn FUNCS (1

Subrutina FLASHA ( 4 )

Subrutina DESTIL (7)

La necesidad de recobrar 10s h idrocarburos m5s pesados conteni - dos en e l gas n a t u r a l asociado, j u s t i f i c 6 l a cons t rucc i6n de una

p lan ta en e l NorOriente d e l Pais. Se puede pensar en e l presen-

t e de ampl ia r d ichas ins ta lac iones o e l montaje de o t r a s p lan tas ,

para o f r e c e r subproductos como e l propano c m e r c i a l . Derivado - que no genera ingresos, debido a l a f a l t a de produccibn. No se

d i s c u t e l a p o s i b i l idad de venta a1 mercado i n t e r n a c i o n a l , donde-

10s p r e c i o s son buenos, en r a t & de l d 6 f i c i t de producto, hecho-

que s i se podr ia dar s i se d e s a r r o l l a un v a s t o p l a n de exp lo ta -

c i 6 n e i n d u s t r i a l i z a c i 6 n , donde se t e n d r i a n excedentes y e n t r a - das de d i v isas.

E l e s t u d i o t i e n e e l p r o p i h i t o de s e r v i r de documento t k n i c o de

r e f e r e n c i a para c u a l q u i e r p royecto de d isei io de unidades despro-

panizadoras, en pr imer t6rmino l a tes i s emplea dos mEtodos de - c 5 l c u l o . Un procedimiento c o r t o y e l o t r o a p l i c a un modelo mate - m5t ico. Se expl iican en ambos casos l a s cond ic iones de l a colum-

! na, 10s equipos intercambiadores, l a composici6n de 10s produc - tos , l a s etapas de e q u i l i b r i o , l a e f i c i e n c i a , e t c .

2.1 E S T U D l O D E V A R l A N C t A D E UNA UNJDAD DESPROPANIZADORA

Para e l an21 i s i s de una un idad de separaci6n de Propano de l

Gas Natural , es necesario hacer un estudio de var iab les, en

funci6n del &todo de cd lcu lo a apl icarse. E l propBsito - del estudio de l a var iancia (var iables de diseiio Fig. 2.1 )

es e l establecer e l nGrnero de grados de 1 ibertad que se re -

quieren para opt imizar e l diseiio de proceso o evaluar una -

col umna ex i stente. Este procedimiento de estudio, que fac - i 1 i t a e l cd lcu lo por computadora, cons idera una ser i e de pa-

r k e t r o s a conocerse, como por ejemplo: l a compos i c i h , l a

temperatura, l a presi6n, las cor r ientes de f l u j o en l a u n i -

dad, etc.

Los estud ios de sens i b i 1 idad produc idos por e l M6todo R i gu - roso presentan a l te rna t i vas de soluci& cuando se efectban-

diversos cambios en l a var ianc ia . Los mgtodos aproximados

o cortos usan relaciones empiricas y sus resultados no son-

exactos. Por ende no permiten rea l i za r un estud io de va - r ianc ia , quedando 1 imitado su empleo a 10s d t o d o s r i gu ro - sos. El mStodo r iguroso a u t i 1 izarse ser5 e l Mbtodo p l a t o

a p la to ,

E l despropanizador que se e x p l i c a en e l Estudio,es una

t i p i c a i n s t a l a c i 6 n de f racc ionamiento que separa e l - propano de 10s demss productos del gas n a t u r a l .

La columna de d e s t i l a c i 6 n es de t i p 0 convencional, t i e -

ne una c o r r i e n t e de a l imen tac i6n y dos de productos:

una de dest i l a d o (D) y o t r a de res iduo (B). Ninguna -

v a r i a b l e de proceso cambiard con e l t iempo po r l o que-

se admite una operacidn de estado es tac ionar io .

Con

de L

s igu

2.1.1 Niimero de Grados de L i b e r t a d ( ~ a r i a n c i a )

l a f i n a l idad de es tud i a r e l nGmero de grados

i b e r t a d d e l MEtodo Riguroso, se p lan tea e l - i e n t e an51 i s i s :

a. NGmero de v a r i a b l e s :

E l nGmero de etapas (N+M) de l a s secciones

R e c t i f i c a c i 6 n y despojamiento 2

Composici6n de l a a1 imentaci6n C

Fracci6n molar de 10s componentes i de l a s

c o r r i e n t e s de vapor y en e l f l u j o de 1 7 - qu i do (M+N+~) 2C

F l u j o en moles en l a c o r r i e n t e de

vapor (D) y de 1 i q u i d o 63) (M+N+~) 2

Flu20 de l a a1 irnentaci6n 1

H, h en l a s etapas y productos 2 (M+N+~)

Qc, Qr, hf 3

K i en l a s etapas c (M+N+~)

T en cada etapa (M+N+3)

Pres i 6n constante 1

b. Nfrnero de ecuaciones:

Balances de mater ia para 10s corn - ponentes. C ( N+M+~)

Ba 1 ances de enta 1 p'ra ( N+M+3 )

Relaciones de e q u i l i b r i o para 10s

componentes de .p l ato. C (N+M+3)

D e f i n i c i 6 n de H corno func i6n (T,Y,P) (N+M+~)

D e f i n i c i 6 n de h corno func i6n (T,x) ( N+M+~)

Def i n i c i 6 n de Y ( ~ = l ) (N+M+~)

Def i n i c i 6 n de Z ( ~ = 1 ) 1

I (3C+5) ( ~ + ~ + 3 ) + 1

E l nGmero de v a r i a b l e s que deben a jus tarse , es l a - d i f e r e n c i a del nfmero de inc6gn i t a s y e l n h e r o de-

ecuaciones.

Las ~ + 6 var i ab ies independ ien tes descr i ben e l p r o - ceso de una despropanizadora. Para propds i tos de

d e t a l l a r l a s v a r i ab les de separaci6n se cons idera

corno punto de p a r t i d a e l an51 i s i s de una colurnna-

ya ex i s ten te . Siendo p r e c i s 0 r e c u r r i r a l a i n t e r - po lac i6n e n t r e d i f e r e n t e s casos para encont rar l a

so luc i6n de disei io; aGn cuando e l nGrnero de e t a - pas es desconocido pero l a s v a r i a b l e s de separa - c i 6 n estdn previarnente f i j a d a s . Sin embargo, se

podr ian se lecc ionar l a s v a r i a b l e s para d ise i ia r -

una colurnna corno procedimiento d i r e c t o .

Se es tab lece r ian corno v a r i a b l e s f i j a s :

- Cant idad de cada componente en l a a1 irnenta - ci6n. C

- La e n t a l p i a o ternperatura de l a a1 irnenta-

c i 6n. 1

- La p res i6n de l a t o r r e aunque r e s t r i n g i d a

a va lo res e n t r e c i e r t o s l i r n i t es . 1

Var iab les a e s p e c i f i c a r :

1. Evaluaci6n de una colurnna ex i s ten te :

NGrnero de p l a t o s en l a se tc i6n de r e c t i f i -

cac i 6n 1

Local i zac i6n de l plate de a1 i r n e n t a c i h 1

Relac i6n de r e f l u j o 1

D/F o Qc (o una v a r i a b l e que especi f i - que T I ) 1

2 . Var iab les independientes para un disei io:

Concentraci6n de A en e l dest i l a d o ( x ~ D ) 1

Concentraci6n de B en e l res iduo (Y.B) 1 J

R e l a c i h de r e f l u j o (R) 1

Loca l i zac i6n del p l a t o de a l imen tac i6n

(NF) 1

Se i nd i ca que l a p res i6n es asumida constante en - todas l a s etapas, l o que no es exacto? De no con-

s iderarse as;, e l c i i l c u l o t e n d r i a que cons iderar - v a r i a b l e s ad ic iona les de p res i6n en l a s d i ve rsas - e tapas.

En general, cuando se rea l izan c s l c u l os en l a lnge -

n i e r i a de Procesos, l a complej idad y d u r a c ~ o n de - r * l a s operaciones es func i6n d i r e c t a de l grado de - e x a c t i t u d deseada en 10s resul tados.

El trabajo desarrol la 10s principios y cSlculos - por dos rngtodos de disefio:

1. El Mgtodo Aproximado, Mgtodo de Kufem, ' y

2. El M6todo Riguroso, Mgtodo plato a plato para

separaci6n de mezclas por rnedio de columnas de

destilaci6n con etapas rnGltiples.

A continuaci6n se desarrolla una secuencia de 10s

procedimientos de c~lculo referido a 10s dos mEto -

dos,

2.2 METODO APROXIMADO (~Gtodo de Kufem)

El mgtodo calcula el nGmero de platos te6ricos N, y la

localizaci6n del plato de alimentaci6n (NF). Da resul-

tados satisfactorios y es obtenido de la combinaci6n de

las ecuaciones de Kirkbride, Underwood, Fenske y el dia -

grama de Erbar-Maddox. Los s iguientes parhetros se ne -

cesitan conocer:

a) distribuci6n de 10s componentes claves,

b) composicidn y condiciones tGrmicas de la alimenta - ci6n,

c) la re lac i6n de ref lujo.

Estos cSlculos envuelven 10s siguientes pasos:

2 . 2 . 1 Ordenamiento de C5lculos

a ) Real izar una vaporizaci6n i n s t a n t h e a ( f l a s h )

de l a a1 imentaciGn, para encontrar l a s can t i -

dades y composiciones de liquid0 y de vapor - en l a s cor r ien tes de la alirnentaci6n.

6) Deterrninar la composici6n aproximada del des-

t i l a d o y del residuo, u t i l izando l a ecuaci6n-

de Geddes-Hengstebeck.

c) Deterrninar e l nGmero de platos m?nimos a re - f lu jo t o t a l con el que se obtendri l a separa-

ci6n deseada y e l r e f lu jo minirno para efec - tuar dicha separaci6n.

d) Determinar el re f lu jo de operaci6n en t re 1 .2

y 3 veces el r e f lu jo minirno.

e ) U t i l i za r l a correlaci6n de Erbar-Maddox o G i -

1 1 i l a n d , para determinar e l niimero de p l a t o s

teGr icos , necesarios para e f e c t u a r l a separa -

c i6n con e l r e f l u j o de operaci6n f i j a d o .

f ) Ca lcu la r mediante l a ecuaci6n de K i r k b r i d e ,

l a ub icac i6n del p l a t o de a1 imentaciGn, para

un niimero de p l a t o s te6 r i cos f i jados.

2.2.2 CSlculos de e q u i l i b r i o l l q u i d o vapor

2.2.2.1 l a - se lecc i6n de l mgtodo para determinar K

E l m6todo de Kufem requ iere de l a s constan -

t e s de e q u i l i b r i o para e l c d l c u l o de l a vo - l a t i l idad r e l a t i v a

KLK = Constante de equ i 1 i b r i o para e l com-

ponente i

KHK = Constante de e q u i l i b r i o para e l com-

ponente c lave pesado.

Para e l presente caso l a constante de equi -

1 i b r i o se va a determinar a una p res i6n me -

d i a (P = 500 ps ia ) . Se puede es tab lecer - que K es func i6n de 1 a pres i6n y de l a tem -

pera tu ra para e l gas n a t u r a l y c i e r t o s h i -

drocarburos 1 i geros. Para encontrar l a s -

constantes de equilibria K s e e m p l e a n - cua lqu ie ra de 10s monogramas de:

a. Scheibel y Jenny (Fig. 2.2.2.1.1)

b. De P r i e s t e r (Fig. 2.2.2 .1 .2)

c. Hadden-Grayson (Fig. 2.2.2 .1 .3)

2.2.2.2 Deterrninaci6n de l a temperatura de burbuia

y l a ternDeratura de r o c i o Dara sistemas - donde todos 10s componentes es Gas Natura l .

a. Determinaci6n del punto de burbuja

Se determina como .punto de burbujeo a

pres i6n constante, l a temperatura a l a

cual se forma l a pr imera gota de vapor.

En e l punto de burbuja se cumple que:

don de :

n = N h e r o de componentes

i = Fracci6n molar de cada componen-

t e en e l vapor.

Aplicando la Ley Henry se tiene:

o sea F =xKi 2 X i - 1

la funci6n F es ~610 dependiente de

Ki , a la vez corno la ~residn es con5

tante, K. I s610 depende de la tempera - tura para cada componente. Por lo - cual , la func i6n F s6l o depende de - 1 a temperatura, .; . s iendo 1 a temperatu-

ra de burbuja aquel la que hace que - F(T) = 0.

b. Determinacib del punto de roc10

Se define corno punto de roc?o, la -

temperatura a la cual se forma la -

pr imera gota de 1 iquido a presi6n -

constante.

En el punto de roc10 se cumple:

Apl icando 1 a Ley de Henry se t i ene -

Susti tuyendo e l v a l o r de X. I en l a pe -

ncl t i rna ecuaci6n se ob t iene

t - Yi/Ki = 1

def in iendo

F(T) =x Y ~ / K ~ - 1

donde F es una func i6n de l a tempera -

t u r a por l a rnisma raz6n que se d e t e r - min6 en e l punto de burbujeo.

La ternperatura de roc70 es a q u e l l a -

que hace que F(T) = 0.

2.2.3 CSlculo de una dest i l a c i 6 n instantsnea lash)

Una al imentaciBn de composici6n conocida puede ser

d i v i d i d a en dos fases a1 espec i f i c a r l a temperatu-

r a de l a separaci6n instantznea (TF) e n t r e su tem-

pe ra tu ra de burbujeo (T ) y su temperatura de r o - B

c?o (T ) , evaluada a una pres i6n conocida. As7 , R

s i se cumplen l a s dos condiciones s igu ientes :

ser5 posible separar la alimentaci6n en dos fases.

Cuando la pres i6n, la temperatura y la composici6n

de la separaci6n instantdnea son especificados, la

mezcla se puede separar en dos fases y determinar-

sus prop iedades.

El balance de rnateriales para cada cornponente i asu - rniendo estado estable es el siguiente:

donde :

F = Moles a1 imentados (1 b-mol)

V = Moles de vapor producidos en la separaci6n - instantsnea (1 bmol ) .

L = Moles de liquid0 producidos en la separaci6n

instantdnea (1 b-mol ) . X . = FraccE6n molar de cada componente en la ali -

1

rnentaci6n.

'F i = Fracci6n molar de cada componente en la fase

liquida.

YFi= Fraccidn molar de cada componente en la fase

de vapor.

De un balance global de rnateria se obtiene:

como l a separaci6n instantznea se considera un p ro -

ceso de e q u i l i b r i o

n 1 uego t (F*x. ) / [L* ( I -K~) + FK] = 1

I i = l I

y ar reg lando tgrminos:

sea L/F = 0 y

puede d e f i n i r

)L (0) =

obten i6ndose e

como Ki y

a func i6n

X i est5n determinadas se

v a l o r de 0 cuando (Y(0) = 0. Pos -

ter io rmente , se puede determinar 10s va lores co - rrespondientes de L y V.

I 2.2.4 Determinaci6n de l a composici6n aproximada del - d e s t i l a d o y del res iduo por l a co r re lac i6n de Ged-

La c o r r e l a c i 6 n de Geddes, permi te deterrninar l a - d i s t r i b u c i 6 n aproximada de 10s componentes en e l -

dest i l a d o y e l res lduo. E l m6todo de Geddes r e l a - ciona l a s v o l a t i l idades r e l a t i v a s de cada compo - nente respecto a una misrna base, rnedidas a l a tern -

pera tu ra promed i o de l a columna, con l a composi - c i6n del d e s t i l a d o , l a a1 irnentaci6n y e l residuo.

La temperatura promed i o de l a columna puede ser - tomada como:

a. La media a r i t m g t i c a e n t r e l a temperatura de l -

tope, l a a1 imentaci6n y e l fondo de l a columna.

b. La media a r i t m g t i c a e n t r e l a temperatura del -

tope y del fondo de 1 a columna.

c. La temperatura de l p l a t o de a1 imentac i6n.

Geddes encontr6 que a1 g r a f i c a r e l l oga r i tmo de l a

raz6n del nCmero de moles de cada componente en e l

dest i lado, en t r e e l nGmero de rnol es de cada compo-

nente en e l resTduo, versus e l l oga r itmo de l a vo-

l a t il idad r e l a t i v a de cada componente respecto a - una misrna base, se obten ia una l i n e a recta. 0 sea:

~ o ~ ( d ~ / b ~ ) = B Log qi + A

donde:

di = NGmero de moles de l componente i en e l d e s t i -

lado (1 b-mol).

bi = NGmero de moles del componente i en e l r e s i 2

duo (1 b-mol).

0( = Vola t i b i 1 idad r e l a t i v a de l componente i res- I

pec to a1 . componente K.

B = Pendiente de l a r e c t a

A = Constante

Para est imar 10s moles de cada componente en e l des -

t i 1 ado y en e l res ;duo, hace fa1 t a conocer e l por .-

c e n t a j e de recuperac i 6n del componente c l ave 1 igero

y de l componente c lave pesado, que sa ldrdn por e l - d e s t i l a d o y e l res iduo respect ivamente.

Ob servac i 6n :

Se puede def i n i r e l p o r c e n t a j e de recuperaci6n, f i - jando como e l 100% para 10s moles de c lave 1 igero y

c l ave pesado que en t r a n en 1 a a1 imentac i6n compara-

dos a 10s moles que de e l 10s se ob t ienen en e l tope

y en e l fondo. .

2.2.5 D e s a r r o l l o s i m p l i f i c a d o d e l a e c u a c i 6 n d e Geddes-

H e n g s t e b e c k .

L a s s i g u i e n t e s r e l a c i o n e s d e c 5 l c u l o han s i d o d e -

s a r r o l l a d a s a l a s t G c n i c a s a p r o x imadas p o r e l In -

g e n i e r o Arrnando M a r c a n o , b a s a d o e n l a e c u a c i 6 n d e

G e d d e s - H e n g s t e b e c k .

B a 1 a n c e . d e r n a t e r i a l e s :

La c a n t i d a d r e c u p e r a d a d e i e n e l t o p e es d / f . I

En e l f o n d o se t i e n e p o r t a n t o b . / f = 1 - d . / f . , I i I :I

i n t r o d u c i e n d o e n l a c o r r e l a c i 6 n d e G e d d e s 10s v a -

l o r e s d e 1 0 s r e c u p e r a d o s se t i e n e :

Log [ ( d . / f i ) / ( l I - d . / f . ) ] I I = A + B

s i m p l i f i c a n d o se o b t i e n e p a r a e l c o r n p o n e n t e i e n

e l d e s t i l a d o :

d i / f i = ( l o A ~ . ~ ) / ( 1 I + loA d.B) I

P o r b a l a n c e d e m a t e r i a l e s p a r a e l cornponente i e n

e l p r o d u c t 0 d e f o n d o se o b t i e n e :

Las constantes de c o r r e l ac idn requeridas por l a s

dos Gl t imas ecuaciones son obtenidas espec i f i can -

do una r e c u p e r a c i h deseada de e l componente c l a -

ve l i v i a n o en e l d e s t i l a d o y l a recuperaciSn de-

seada del componente c lave pesado en e l fondo.

Luego l a s constantes son ca lcu ladas como sigue:

6 = NGmero d - p 1 a tos min imos

- V o l a t i l idad r e l a t i v a del componente c l a v e 1 i - L K- v iano con respecto a1 componente c lave pesado.

2.2.6 Determinacidn d k l r e f l u j o minimo, nGmero de p l a t o s

min imos.

2.2.6.1 Mgtodo Dara determinar e l r e f l u i o rnin imo

Para determinar e l r e f l u j o minimo, se u t i l - i

zarz un m6todo c o r t o como es e l de Underwoo

E l m6todo de Underwood asume un f l u j o mol a r

constante y l a v o l a t il idad r e l a t i v a de 10s-

componentes, medida a ' l a temperatura p r o -

medio de l a columna, permanece constante

a l o l a r g o de e l l a .

E l caso que se cons idera es cuando 10s - componentes c l aves son adyacentes. Para

e l l o e l mgtodo que se s igue es e l s igu ien -

te :

a. Determinar e l v a l o r de 8 , mediante un

mgtodo de ensayo y e r r o r que s a t i s f a -

donde:

(xi), = Composicidn de l a a1 imentacidn

en f r a c c i d n molar .

g = Vola t i 1 idad re1 a t i v a de cada

componente i tomando como r e - ferenc i a e l c lave pesado.

q = NGmero de mole de 1 i q u i d o - F formados a1 hacer l a separa-

c i d n ins tantsnea a l a pres idn

de l a columna y a l a tempera-

t u r a de l a a1 imentaci6n, t o - mando como base una 1 i b r a mol

de l a a1 imentaci6n.

b. Luego, para determinar e l va lo r del r e -

f l u j o minimo, se s u s t i t u y e e l va lo r de

6 en l a s i g u i e n t e ecuaci6n:

= CornposiciBn de l des t i l a d o en - f racc i 6n mol a r .

R = Re lac ibn de r e f l u j o minimo rnin

2.2.6.2 MEtodo para de terminar e l nGmero de ~ l a t o s

min imos.

Para determinar e l ndmero de p l a t o s m i n i - mos se u t i 1 i zar5 un rngtodo aprox irnado, co-

mo es e l metodo de Fenske para r e f l u j o t o -

t a l .

E l mgtodo de Fenske asume que l a mezcla es

i d e a l , por l o t a n t o l a r e l a c i 6 n e n t r e l a s -

pres iones de vapor o de l a s re lac iones de-

equi 1 i b r i o K, son cons tantes en todo e l - rango de ternperaturas cons ideradas.

La ecuaci6n de Fens,ke es:

~ o g (HLK/HK) prom

donde :

N = NGmero de p l a t o s minimos, e l cual i n - m

c l u y e a1 condensador p a r c i a l o t o t a l y

a1 reherv ido r .

XLK = FracciBn molar de l componente c lave 1 - i gero.

XHK = Fracc i6n molar de l componente c l a v e pe - sado.

%/HK = Vo la t il idad r e l a t i v a de l componente - c l a v e 1 i ge ro con respecto a1 c l a v e pe-

sad0 ( l a media geom6tr ica).

2.2.7 Mgtodo para determinar e l nGmero de p l a t o s t e 6 r i c o s

aproximados.

Para determinar e l ntmero de p l a t o s aproxirnados se - u t i l i z a r s l a c o r r e l a c i 6 n de Erbar-Maddox que es ex - c lus ivamente usada para s istemas de h idrocarburos ,

siendo tambign p o s i b l e e l uso del diagrama de G i l l i -

land. Para ambos casos e l mgtodo es e l s igu iente :

a. Determinar e l r e f l u j o minimo por algGn mstodo

co r to . I

b. Determinar e l ncmero minimo de p la tos a r e f l u j o

t o t a l .

c. Estimar e l r e f l u j o de operacidn ent re 1.2 a 3 ve - ces e l r e f l u j o m in im .

d. Empl eando e l monograms de ERBAR-MADDOX ( ~ i g.

2.2.7.1) se encuentra e l va lor de REFLU/(REFLU+~)

con esta abscisa se intercepta a l a curva cor res-

pondiente de Rmin/(Rmin + I ) , desde este punto d=

terminamos l a ordenada que representa Nmin/N.

Usando e l wnograma de G i l l i l a n d ( ~ i ~ . 2.2.7.2) , se encuentra e l va lo r de REFLU-Rmin, con esta abs - c isa se in tercepta l a REFLU + 1

curva y desde este punto determinamos l a ordenada

que representa ( N - N ~ ~ ~ ) / ( N + ~ ) .

Como se conoce e l nfmero de platos m in ims , por l a - ecuaci6n de Fenske, se determina e l nCmero de p la tos -

tedr icos N, correspondiente a1 r e f l u j o escogido.

2.2.8 Determinacidn del p l a to d p t i m de l a a l i m e n t a c i h

Ex is te un lugar d p t i m para i n t r oduc i r l a al imenta - c i6n y se estima aproximadamente usando l a ecuaci6n-

de K i rkbr ide:

* Log m/p = 0.206 Log \ (B/D) + ( X ~ K / X ~ ~ )

donde

m = ncmero de p l a t o s t e 6 r i c o s sobre e l p l a t o de a l i - rnentacibn, secc i6n r e c t i f i c a c i 6 n .

p = nGmero de p l a t o s t e 6 r i c o s debajo de l p l a t o de

1 a a1 imentac i6n , secc i6n agotamiento.

B = niimero de moles en e l res iduo

D = nGmero de moles en e l d e s t i l a d o

(xHK) = f r a c c i b n molar-del ca l ve pesado en l a a1 i - mentac ibn.

i

(X = f r a c c i 6 n mo la r de l c l a v e l i v i a n o en l a a l i LK F -

mentac i6n .

(XLK)B = f r a c c i d n mo la r de l c l a v e 1 i v i a n o en el re-

siduo.

(X ) = f r a c c i b n mo la r d e l c l a v e pesado en e l des- HK D

t i lado .

La o t r a ecuac i6n n e c e s a r i a para reso l ve r e l s i s tema

de dos i n c 6 g n i t a s es l a s i gu ien te :

N = p + m

donde

N = niimero t o t a l de p l a t o s t e 6 r i c o s

2.2.9 Determinac i6n d e l nGmero de p l a t o s ac tua les

El nGmero de p l a t o s a c t u a l e s se ob t i ene d i v i d i e n -

do, N, e l nGmero t o t a l de p l a t o s t e 6 r i c o s para l a

e f i c i e n c i a , que es un d a t o para una p l a n t a en ser -

v i c i o y s i es en d i se f i o se r e a l i z a e l c 5 l c u l o ,

a p l icando c o r r e l ac iones ob ten i das para cada t i po-

de f racc ionadores.

N = nCmero de p l a t o s t e 6 r i c o s

N = nGmero de p l a t o s a c t u a l e s a c t u a l e s

E = e f i c i e n c i a

NOTA:

Los p l a t o s t e 6 r i c o s no e x i s t e n , son usados 6n ica -

mente de r e f e r e n c i a , e l e f e c t o d e l p l a t o r e a l , l o

que hace es s u b i r , l a l i n e a de operac i6n supe - r i o r (segGn Murphree) dando como r e s u l t a d o que - se tenga mds p l a t o s .

2.2.10 E f i c i e n c i a de p l a t o s

En 10s p l a t o s de l a s t o r r e s de f racc ionamien to , 10s

con tac tos de 10s f l uTdos e n t r e l a s fases no se rea-

l i z a en todas sus p a r t e s , es p r e c i s 0 tener en cuen-

t a l a e f i c i e n c i a o a veces l lamada e f i c a c i a de 10s-

PI atos. (F ig. 2.2.10).

2.2.10.1 Re lac iones e n t r e e l nGmero,de etaoas t e 6 r i -

cas Y e tapas a c t u a l e s .

La r e l a c i 6 n d e l nt3rnet-o de e tapas de e q u i l i-

b r i o y e l nGmero de e tapas a c t u a l e s en u n i -

dade-s de separac i6n deben c o n s i d e r a r 10s -

p r i n c i p i o s de t r a n s f e r e n c i a de masa, D R l C -

KAMER Y BRADFORD, con da tos de pruebas de - p l a n t a s han empleado solamente l a s prop ieda -

des f i s i c a s d e l s is tema pa ra ob tener l a e f i - c i e n c i a t o t a l de p l a t o s .

E = n k/n

E = E f i c i e n c i a de p l a t o s t o t a l de l a t o r r e

n* = NGmero de e tapas de e q u i l i b r i o

n = NGmero de e tapas a c t u a l e s

2.2.10.2 E f i c i e n c i a de 10s ~ l a t o s de OIConnell

Para t o r r e s de fraccionamiento, OfConnell

ha d e s a r r o l l a d o una co r re lac i6n que t i e n e

en cuenta una funci6n empir ica de l a vo la -

t i l i d a d r e l a t i v a de 10s componentes c l a - ves, m u l t i p l icado por l a v iscos idad de -

10s 1 Tqu

pe ra tu ra

e f i c i e n c

idos de l a a1 imentaci6n a l a tem-

promedia de l a t o r r e versus l a - i a ( ~ i ~ . ) .

As7 se d e f i n e un v a l o r A

KLK. = Constante de e q u i l i b r i o del c l a v e - l i g e r o a l a s condiciones medias de

l a co l umna.

K~ K = Constante de e q u i l i b r i o del c lave -

pesado a 1 as cond i c iones medias de-

l a columna.

PL = Viscosidad promedia molar de l a car - ga l i q u i d a de l a a l imentaci6n en - cent ipo ise .

2.2.11 Balance de Energia

Determinaci6n de l a carga tgrmica del condensador,

p reca l entador y reherv idor .

2.2.11.1 Determinaci6n de l a caroa termica del - condensador.

a. Con un d e s t i l a d o 100% l i q u i d o

Real izando un balance a1 rededor de l

condensador t o t a l :

Balance de ma te r ia

Balance tg rmico

V +H = + D) * HL1 + Q 2 v2 C

Qc = V 2 (H V2 H L l )

REFLU = L1/D

v2 = L , + D

1 = REFLU * D

b. Con un des t tl ado 100% vapor

c. Con un des t i l a d o en dos fases 1 iquido-

vapor.

Qc = ( D REFLU + R1) (H V 2 - HL1) +

V1 (HV2 - HL1)

VZ , Hvz

2.2.11.2 Dete rminac i6n de l a ca raa tE.rmica d e l Dre-

ca len tado r de l a a l imentac i6n .

La e s t imaci6n d e l a s necesidades de ener -

gTa, e s t h r e l a c ionadas con e l grado de v a -

r e l a c i 6 n de r e f l u j o minima.

( Haciendo un ba lance p a r c i a l en l a secc idn

de l a a l imen tac i6n se t i e n e :

donde:

Q = Caior que requ iere l a a1 imentaci6n F

para obtener l a temperatura de en-

t r a d a a l a columna.

HF = E n t a l p i a de l a a1 imentac i6n a l a

entrada de l a colurnna ( ~ T u / l b rnol).

hF = E n t a l p i a de l a a l imentac i6n en e l - l i m i t e , antes de e n t r a r a1 intercam - b i ador ( B T U / ~ b mol ) .

q = Fracci6n de l ] ?qu id0 que cont iene

l a a l imentac i6n.

2 .2 .11 .3 Determinaci6n de l a carqa tErrnica de l re -

herv i d o r alderin in) . La carga c a l d r i c a en e l rehe rv ido r Q REH'

se o b t i e n e de cons iderar un balance g l o -

bal de energ?a en l a colurnna, supon iendo

que no hay pgrdidas a1 ambiente, con0 - c iendo l a s cargas tgrmicas e l iminadas en

e l condensador, l a sum

mentac i6n y l a s e n t a l p

c o r r i e n t e de a1 imentac

i n i s t r a d a a l a a l i - i a s molares de l a -

i6n y de sal ida.

2.3 METODO R l GUROSO

El modelo matemst ico permite s imular 1;s etapas de equi - librio para la operacien de colurnnas despropanizadoras.

El procedimiento resuelve las ecuaciones de balance de - masa y energTa por componente con un algoritmo de matriz

tridiagonal. ( ~ i ~ . 2.3).

,La soluci6n de la matriz nos permite conocer ]as fraccio -

nes molares liquidas de cada componente, el mitodo es f b - cil y r6pido de programar y no requiere mucha capacidad-

de memoria del computador.

La matriz tridiagonal s6l0 se podrd apl icar para el caso

de destilaci6n en contra corriente para sistemas de poli - componentes.

La simulac i6n de este mEtodo por computadora, permi te - examinar el cornportamiento de una colurnna de d iseiio bajo

diferentes condiciones de operaci6n y diferentes equipos.

Esta tgcnica nos permite probar y evaluar 10s diversos - camb.ios de cond ic iones en un idades de separac idn.

E l &todo se basa en l a exact i t u d de l a s operaciones de

mat r ices , y se l e apl i c a p o r proporc ionar soluciones es - tab les y rsp idas para l a s columnas.

2.4 PROGRAMA DE C OMPUTADORA

Se ad junta e l Programa de Computadora que t i e n e m5s de

se i sc ien tas l l n e a s y se i n c l u y e 10s diagramas de f l u j o

de l programa p r i n c i p a l y subrut inas.

2 .5 SUBRUTINAS U T l L l Z A D A S

E l nStodo emplea para e l d e s a r r o l l o matem5tico s i e t e - subru t inas y una funciSn, l a apl i cac i6n de l a s sub ru t i - nas nos permi te obtener mzs de un v a l o r de s a l i d a por-

cada e jecuci6n de l subprograma, l a func i6n es td 1 i m i t a - da a un ~ 6 1 0 v a l o r de sa l i da .

Para f a c i l idad de r e v i s i 6 n de l programa se ha r e a l i za-

d o e 1 r e s p e c t i v o d i a g r a m a d e f l u j o . ( ~ e m i t i r s e a l - a i n d i c e para consul t a r 10s diagramas). I=

SUBRUT l NA DATAK ( I , T , KCAL)

La sub ru t i na DATAK c a l c u l a l a constante de e q u i l i b r i o K para h i -

drocarburos, usando e l rngtodo de Frank Can f ie ld , p ro fesor de l a -

Un ivers idad de Oklahoma; qu ien d e s a r r o l l 6 un prograrna en base a

l a s tab las de va lo res de K de l NGPSA Data Boak de 1967. Este - p r o g r a m pred i c e razonablernente 10s va lo res de K para 10s h i d r o -

carburos que se mencionan en e l NGPSA, adernds para sus i s h e r o s -

y algunas o l e f i n a s que no e s t & i n c l u i d o s en 61 y es e l s igu ien-

t e :

X = 10.7016 - ALOG(PCONV) - 4.4316/T~ - 0 . 1 9 6 8 / ~ ~ ~

Y = -6.3816 - 29.002 ZC(1) + 35.3443 ZC(I) 2

KCAL = EXP(X.Y.) (1.0 - PR) * * ( o . ~ ~ / T R ) ) ) / PR

Donde:

P R = Pres i6n reducida de C a n f i e l d

PCONV = ~ r e s i6n de convergencia en PSlA

P = Pres i6n de l sistema en P S l A I T = Ternperatura de l cornponente en O F

T C ( I ) = Temperatura c r i t i c a del cornponente ( I ) en O R

TR = Ternperatura reducida

X , Y = Par&hetros

KCAL = Constante de equi

zc (I ) = Factor de compres

1 i brio

i b i 1 idad cr 1 t i co del componente ( I )

Argumentos de la subrut ina DATAK:

I = Componente a1 cual se desea calcular la constante de

equil ibrio K.

T = Temperatura del- Componente en O F

KCAL = Constante de equi 1 ibrio K del componente (I). . .

SUBRUTl NA E N T L I Q (M, TEMP, X , H)

La subru t i na ENTLIQ c a l c u l a l a e n t a l p i a de una c o r r i e n t e de h i -

drocarburos 1 i q u ida cualqu i e r a espec i f icando su ternperatura,com - p o s i c i 6 n de l a fase l i q u i d a y nGmero de componentes.

La e n t a l p i a de un componente puro v i e n e dada por

F a l l o n y Watson recorniendan a p l i c a r l a s i g u i e n t e ecuaci6n para

conocer 1 a capac idad c a l o r if i c a de 1 os h idrocarbu ros y produc-

t o s l i q u i d o s derivados del pe t r6 le0 , en func i6n de l a tempera-

t u r a y de su gravedad A P I :

C = [(0.355 + 0.128 * ' A P I ) + (0.503 + 0.117 * P

O A P I ) * I O - ~ T ] r 0 . 0 5 ~ + 0.411 (3 1

Donde:

T = Ternperatura de l componente en OF,

C = Capacidad calorif ica en BTU/lb O F

P

API = Gravedad del hidrocarburo lyquido en "API

H = Entalpia del hidrocarburo lTquido en BTU/lb

TR = -200°F (cond ici6n de temperatura para el DATUM de Ho = 0)

PMOL = Peso molecular del hidrocarburo

K = Factor de caracterizaci6n de la Universal Oil Products.

El valor de K varia dentro del interval0 de 10 a 13. Aqul se ha

tomado igual a 13 por ser el m5s apropiado.

Sustituyendo la expresi6n (3) para el C en (1 ) e integrando se P

t iene:

H (~ntalpia de referencia) = 0 (para liquido saturado 0

a - 200°F (TR) )

Para una mezcla de var os componentes se util izan las siguien- \ tes re1 ac iones:

HLi = HL. * PMOLi I

Las ecuaciones ( 4 ) , (5) y (6) estsn programadas en l a subrut ina

ENTL I Q.

Argumentos de l a subrut ina ENTLIQ:

M = NGmero de componentes

TEMP = Temperatura del 1 Tquido en O F

X = Composici6n de l l i q u i d 0

H = Ental pya. del 1 i qu ido en BTU/l bmol

SUBRUTlNA ENTLV (M, T, Y ,H)

La sub ru t i na ENTLV c a l c u l a l a e n t a l p i a de una c o r r i e n t e de h i d r o - . .

carburos en estado de vapor espec i f icando solarnente su ternperatu -

ra, cornposici6n y nGmero de cornponentes.

Para e l c 5 l c u l o de l a e n t a l p i a de cada componente se a p l i c a l a - s i g u i e n t e r e l a c i 6 n :

Don de :

T = Ternperatura de l h id rocarburo gaseoso en O R

PMOL= Peso molecu lar de l h id rocarburo gaseoso

Ho ( e n t a l p i a de r e f e r e n c i a ) = o para lFquido saturado a rnenos de

200°F.

H = EntalpTa del h id rocarburo gaseoso en BTU/lb.

AV, BV, C V , DV = constantes para cada h idrocarburo gaseoso

EV = Calor l a t e n t e de vapor izaciSn en BTU/lb°F

A1 igua l que en :la subrut ina ENTLIQ para una rnezcla se apl iLa:

Estas t r e s ecuaciones est5r i programadas en l a subru t ina ENTLV.

Argumentos de l a sub ru t i na ENTLV:

M = Nfmero de componentes

T = Temperatura de l vapor en O F

Y = Compos i c ibn de l vapor ( f r a c c i b n gaseosa)

H = E n t a l p i a d e l vapor (en B T ~ / l b m o l )

SUBRUTINA CONVG (TEMP 2, M, J)

La s u b r u t i n a CONVG c a l c u l a e l punto de burbu ja en cada p l a t o de - l a t o r r e .

Para e s t e c 5 l c u l o se u t i l i z a r o n v a r i o s mgtodos, inc luyendo e l de

Newton-Rapson y e l de l a s .de r ivadas p a r c i a l e s .

S e g h se observa en l a g r d f i c a puede que en determinado punto no

converga hac i a 1 a sol uc i bn.

En e l caso de las derivadas p a r c i a l e s l a convergencia es mSs d i -

f i c i l ya que l a evaluaci6n de l a s der ivadas p a r c i a l e s es muchas

veces d i f i c i 1 , espec ialmente cuando l a s constantes de e q u i l i - b r i o K es tsn expresadas como funciones complicadas de l a tempe-

r a t u r a y pres ibn .

En e s t a subrut ina se u t i 1 i z 6 un &todo seguro, que es 1 a apl i c a - c i 6 n del teorema de Rol le .

E l p roced imiento es e l s igu ien te :

1) La sub ru t i na chequea s i S es mayor, i gua l o menor que cero. j

En caso de ser igua l a c e r o re to rna e l v a l o r de l a tempera-

t u r a correspond ien te .

2) S i S. es menor que c e r o l a temperatura se aumenta en 10°F o J

s i es mayor que ce ro se disminuye en 10°F sucesivamente, has - t a que encuentre un cambio de signo.

3) Luego de l cambio de s igno se incrementa o se disminuye l a - temperatura en cant idades igua les a 1 , 0.1 y 0.01 hasta que

S . sea menor o igua l a 0.001 o que e l increment0 sea menor o J

o igua l a 0.01.

Una vez cumpl ida cua lqu iera de l a s dos a1 te rna t i vas a n t e r i o r e s . e l

programa r e t o r n a e l v a l o r de l a temperatura correspondiente a esa

S. que debe ser muy pr6xima a cero. J

Argurnentos de l a subrut ina CONVG:

TEMP 2 = Temperatura de e q u i l i b r i o en e l p l a t o J

M = NGmero de canponentes en el p l a t o J

J = Niirnero del p l a t o .

La subrut ina FUNC ION FUNCS, actGa con 10s mi smos argumentos d e - la subrutina CONVG y s e utiliza para calcular la sumatoria d e - 10s Y. en un determinado plato J.

I

SUBRUTINA FLASHA (TEMP, M, Z, V A P , LIQ, X , Y )

La subru t ina FLASHA r e a l i z a 1 os c s l c u l os p e r t inentes a una vapo - r i z a c i 6 n f l a s h , donde l a c o r r i e n t e de entrada se c o n v i e r t e en - una c o r r i e n t e de vapor y . l i q u i d o , l a s cuales es t6n en e q u i l i - b r io .

La t e o r i a usada para d e s a r r o l l a r es ta subru t ina es l a s i g u i e n t e :

En l a c o r r i e n t e de entrada F, deben e s t a r espec i f icadas l a tem-

pe ra tu ra y compos i c i6n .

Como p r imer paso se c a l c u l a n l a s K de e q u i l i b r i o de 10s compo - nentes correspondientes a l a temperatura de l a a1 imentaci6n - ( ~ u b r u t i na DATAK) .

Se debe hacer una prueba para determinar s i l a a1 imentaci6n es

una rnezcla gas-1 i q u i d o , estS subenf r i a d a o es t5 sobrecalentada. I

S i ( z ~ / K ~ ) < ~ . o es t o d o v a p o r

i = l

S i no se curnple n inguna de es tas dos condic iones se procede a -

r e a l i z a r e l c 5 l c u l o de l a f r a c c i 6 n de vapor en l a a1 irnentaci6n-

po r e l rngtodo de Newton-Rapson.

V es tornado in i c ia l rnen te como 0.50 y se s u s t i t u y e en:

S i F t i e n e un v a l o r abso lu to mayor a 0.001 un nuevo v a l o r de V 1

es ca lcu lado por :

VNEW = V + F1/F2 (4

donde:

En caso de que VNEW sea mayor que uno ( I ) , e l v a l o r de VMEW es

reca 1 cu 1 ado por :

VNEW = V + (1 - ~ ) / 2 ( 6 )

Las ecuac iones.. 3, 4 y 5 son repet idas hasta hasta que F sea me 1 -

nor o igua l a 0.001.

La composici6n de l vapor y del 17quido son ca lcu ladas po r :

'i = Z. I / ( v * ( K ~ - I) + I) (7)

Argumentos de l a sub ru t i na FLASHA:

TEMP = Temperatura de l f l u j o en 'F

M = NGmero de componentes en e l f l u j o

Z = Vector que con t iene l a composici6n de l f l u j o F

VAP = Fracci6n de vapor en e l f l u j o

L I Q = Fracci6n de l i q u i d o en e l f l u j o

I X = Composici6n de l a f r a c c i d n l i q u i d a

Y = Composici6n de l a f r a c c i 6 n de vapor

SUBRUTINA TRlDl ( I F , N, X )

La subru t i na TRlDl es u t i l izada para r e s o l v e r e l sistema de ecua - ciones provenientes d e l balance de masa en l a t o r r e .

Este sistema de ecuaciones e s c r i t o en forma m a t r i c i a l t i e n e l a , -

s i gu ien te e s t r u c t u r a :

b.V. + ClV2 I 1

a V + b V + c V 2 j 2 2 2 3

a V + b V + c V 3 2 3 3 3 4

y es llamada m a t r i z t r i d i a g o n a l .

E l sistema se resue lve rspidamente po r e l mgtodo de e l iminaci6n

de Gauss con un mzximo de t r e s v a r i a b l e s por ecuaciones. E l - procedimiento es e l s igu ien te :

donde 10s gamnas y betas son determinados de l a f6rmula recur - s i6n:

Argumentos de l a Subrutina TRIDI:

IF = Primer sistema de ecuaciones a ser resuel t a (de haber - o t r a t o r r e IF = 2 ) .

N = U l t ima ecuaci6n a ser resuel ta

X = Vector que cont iene l a soluci6n del sistema

SUBRUT 1 NA DEST 1 L (NPD ,M) L

La subru t i na DESTIL c a l c u l a l a s c o r r i e n t e s de l i q u i d 0 y de vapor,

composici6n de l a fase l i q u i d a y de vapor, temperatura y presi6n

en cada uno de 10s p la tos .

Cada p l a t o es asumido como un p l a t o i dea l en e q u i l i b r i o , como e l

i l u s t r a d o en l a Fig.2.5 E l condensador, rehe rv ido r o intercam - b iador de c a l o r (en

t o s i dea les y denom

caso de que e x i s t a n ) son asumidos como p l a - inados: e l P l a t o I y e l P l a t o NPD.

La ecuaci6n de equ i

(J) es:

l i b r i o para cada cornponente ( i ) en e l p l a t o -

La constante de e q u i l i b r i o K es una func i6n de l a temperatura y

de l a pres i6n.

E l balance t o t a l de ma te r ia les en e l p l a t o J es:

En e l condensador: J = l

sustituyendo en la ecuaci6n 2 se tiene:

F1 + V2 + L o = W + V 1 + L1 +.R1 1

1 uego:

V 2 = V + L1 + R1 1

DEST = V 1 + R1

sustituyendo la ecuaci6n 4 en 3 se tiene:

L1 = V2 - DEST

dividiendo la ecuaci6n 5 por DEST se tiene:

Ll /DEST = (v2 - DEST)/DEST

y la relaci6n de reflujo es: Reflu = Ll/DEST

en el reherv idor o intercambiador de calor: J = n

- - Fh - v,"+l = W, - L,, = 0

sustituyendo en la ecuaci6n 2 se tiene:

1 uego :

- Rn - L n - ~ - 'n (7

Haciendo un balance de material alrededor del condensador y del

plato J, referido a la Fig. 4, se tiene:

despejando a L se t iene: j

j

-como W = F, = 0, se puede hacer el s iguiente arreglo: 1

Esta ecuaci6n calcula el flujo de liquid0 en cualquier plato J.

Haciendo un balance de material del cornponente (I) en el plato - J, referido a la Fig. 1 , se tiene:

igualando la ecuaci6n a cero se tiene: I

De 10s balances anteriores se obtienen dos ecuaciones principales:

sustituyendo la ecuaci6n 1 en la 9, se tiene:

Si J = I , : F1== L = W1 = 0, la ecuacidn 10 se convierte en: 0

Si J = J, la ecuaci6n 10 se convierte en:

S i J =n., la ecuaci6n 10 se convierte en:

t;x Ln-I i ,n-1

+ ( - (V + W ) K. - (L + R ) ) X i ,,=0 n n I ,n n n 9 .

( 1 3 )

Las ecuaciones 11, 12 y 13 fonnan l a s i g u i e n t e rnatr iz :

B1*Xi, l + C1*X i ,2 = Dl

A. "X + B *X + C j " X i ,j+l = D J 1 j i,j j

/ j L para 21 - n-1

donde:

Al = 0

En no tac i6n m a t r i c i a l se escr ibe :

Esta m a t r i z es conocida como MATRIZ TRIDIAGONAL y se resuelve p o r

e l mgtodo de E l iminaci6n de Gauss, modi f icado para e l uso d e l corn - putador.

! Hacienda un balance de energla para e l P l a t o J se t iene:

Balance de energ?a para el condensador, J = 1:

- Q1 - Qcond

- F , = O Lo = W, -

= Q1 e V28H2 - V ;kH Qcon d 1 1

- Ll* - Rlhl

Balance de energTa para el Rehervidor, J = n:

- Qca 1 en = an - L, -, *hn - - v "H n n

El procedimiento seguido por esta subrutina es el siguiente:

1. Asumir un perfi 1 de temperatura 1 ineal inicial y un perf i l de

vapor, de manera que se cumpla la relac iSn de McCabe-Thiele - es decir, que las velocidades de flujo de vapor y el liquido,

en cualquier plato de la secci6n de rectificacibn, sea igual

a DEST = Vn+, - L . De l a misma manera en la secc i6n de ago- n

tamiento las velocidades de fl ujo de 17quido y de vapor sea - igual a B = L -

rn "m+l.

Donde B = R(NPD) , Gl timo plato, el rehervidor.

2. Calcular 10s flujos de liquid0

3 . Calcular K. y las constantes (A, B, C, D) de la matriz tri- 1 ,j

d i agona 1 .

4. Resolver la matriz tridiagonal para el c5lculo de X . y cal- 1 ,j

cular 10s Y i ,j'

* - 5. Normal izar las composiciones, a fin de reducir el ndmero de -

i tecac iones.

6. Comprobar el criter io de convergencia

7. Calcular las entalpias de 10s flujos de vapor y l?quido

8. Calcular 10s nuevos flujos de vapor

9. Repet ir desde el punto 2, hasta que se cumpla el Criterio de

Convergencia, el cual es el siguiente:

donde N = N6mero de platos.

Argumentos de l a subrut i na DESTIL:

NPD = Niimero de platos

M = Nihero de cornponentes.

D E S C R l P C l O N DEL PROCESO PARA SlHULAClON

Para poder s irnular e l proceso es necesar io conocer:

E l p l a t o de l a a l i rnentaci6n de l a t o r r e

E l nGmero de p l a t o s t e 6 r i c o s

F l u j o de l a a1 irnentaci6n en moles por hora

Ternperatura (OF) y Pres idn (PSIA) ' de l a a1 irnentacidn

Pres idn en e l tope y fondo de l a colurnna, y asurnir que a t r a -

vEs de cada p l a t o de l a colurnna l a pres i6n es constante pero-

que va r?a l ineal rnente desde e l tope a1 fondo.

Pres i6n de Convergencia en P S I A

S i e x i s t e condensador t o t a l o p a r c i a l en e l tope de l a colurn-

na.

S i e x i s t e reherv ido r o intercarnbiador de c a l o r en e l fondo de

l a c o l umna.

Re lac idn de R e f l u j o

Cantidad de product0 de tope y fondo en l a t o r r e

Para i n i c i o de 10s c5 l cu los suponer una d i s t r i b u c i 6 n de ternpe-

r a t u r a l i n e a l , y un p e r f i l de vapor i n i c i a l que curnpla con l a

r e l a c i 6 n de McCabe-Thiele.

Dentro de l proceso i t e r a t i v o se normal izan l a s f racc iones rnolares

s i su sumatoria es d i f e r e n t e a 1 , con e l f i n de a l i g e r a r e l proce -

so de i t e r a c i 6 n .

En e l proceso de s imulac idn se asurne que l a subru t ina DATAK c a l c u - l a e f i c ien temen te l a s constantes de e q u i l i b r i o K para todos 10s - componentes del gas n a t u r a l .

La pres idn de convergencia u t i l i z a d a en l a t o r r e , fue e leg

aquel l a que d i 6 una mejor d i s t r i b u c i 6 n de temperatura a l o

de l a colurnna. En l a t o r r e despropanizadora se asume que

p l a t o s perforados.

ida de

1 argo-

t i e n e -

2.6 D E S C R l P C l ON DEL PROCESO

Las etapas necesar ias para procesar e l gas n a t u r a l y en

p a r t i c u l a r e l propano se d iscuten a cont inuaci6n:

E l gas n a t u r a l se ob t iene de l a s s igu ien tes fuentes: de

l a exp lo tac i6n con junta de pet r 6 l e 0 y gas, de donde se

obt ienen grandes cant idades de gas asociado, o t r a de l a

producci6n de gas no asociado, y en procesos de p lan tas

se t i enen tambign c o r r i e n t e s de propano p l u s que p r o v i e -

nen de f l u j o s de vapor y condensado de f racc ionadoras - de Naf ta , etc.

La mezcla de h idrocarburos cont iene adembs, compuestos

no h idrocarburados, po r l o que se neces i ta antes de i r

a1 procesamiento, someter a1 gas n a t u r a l a procesos de

endulzamiento y d e s h i d r a t a c i h , para cumpl i r con l a s es - ~ e c i f i cac iones , respecto a con ten idos de gases 5c i dos y

de agua, para e v i t a r problemas de c o r r o s i 6 n y operacio-

na les durante e l proceso de s e p a r a c i h de productos.

I En l a Fig. 2.6 buede aprec iarse un esquema de 10s d i s -

t i n t o s componentes separables mediante e l procesamiento

del gas n a t u r a l .

GAS

Metano I l mpurezas I C O2 - Tratarniento

I

1 i cuefacc i.6n ( ~ 1 ant as LNG)

Etano

NATURAL Propano

But anos

en tanos

p l a n t a s LPG

1 p l antas

gas01 inas 1 NGL.

F igu ra 2.6

E l Metano sometido a procesos c r i og6n icos puede ser l i cuado a

-259" F y reducido su volumen en l a relaci i3n 600/1.

La mezcla de propanos y butanos en proporc iones v a r i a b l e s es l l a - - rnada gas 1 icuado de petri31 eos.

A t e i p e r a t u r a ambiente y p r e s i 6 n atmosf6r ica como l a nuest ra ,

propano y butano e s t h en forma gaseosa pudiendo l i c u a r s e a esa

pres idn s i se enf r i a hasta -44°F. Las condiciones para 1 i cua r - es tas mezclas son m5s moderadas que l a s requeridas para l i c u a r - e l metano.

E l esquema general de procesamiento de gas natura l cons is te en - e x t r a e r l a mayor cant idad de h idrocarburos pesados, por l o que - 10s f l u i d o s son somet idos a un, proceso de fraccionamiento para - separar 10s componentes i n d i v i d u a l e s de l a mezcla.

Pasando sucesivamente po r unidades: demetanizadoras, detanizado-

r a , depropan izadora , e tc .

Un depropanizador es una t o r r e esencialmente para separar propano

y butano b a j o espec i f icac iones. E l propano es condensado en e l - tope y recog ido en e l acumulador y luego enviado a1 almacenamien-

t o , 10s productos de fondo son sacados y enviados directamente a1

debutan izador.

! 2 .6 .1 --- Equipos p r i n c i p a l e s ( ~ i ~ u r a 2;1 )

La: un idad consta: -

1 . Bombas de f l u j o de l a a1 imentaci6n

2. Calentador de l a a1 imentac i6n

3. Col umna Depropan izadora

4. Rehervidor

5. Condensador de Tope

6. Acumulador de Tope .

7. Bombas de Tope

8. E n f r i a d o r de Propano

3. D l S C U S l O N DE RESULTADOS

E l an51 i s i s de d isei io de una colurnna despropanizadora se o r ien -

t a r 5 a cornparar 10s resu l tados obtenidos po r dos rn6todos de - cZ l cu l o ( ~ u a d r o N2 3.1 ) , e l parsmet r o de dec i s i6n sobre l a cua -

1 idad de cada mgtodo ser5 e l po rcen ta je de recuperaci6n d e l -

propano en e l des t i l ado .

La cornparaci6n no es tota l rnente d i r e c t a en raz6n de que 10s va -

l o r e s de algunas v a r i a b l e s d i f i e r e n porque 10s fundarnentos de

10s dos procedirnientos no son 10s rnisrnos.

En todo caso se ha procurado l l e g a r a condic iones sirni18res.

E l e s t u d i o de l a s soluci.ones para l a colurnna despropanizadora

se d e s a r r o l l a corno sigue:

E l M6todo de KUFEM cons idera una pres i6n de l a c o l urnna v a r i a b l e

de 285-290,25 lpca, e l rngtodo r i gu roso t i e n e una p r e s i 6 n cons - t a n t e de 279,7 lpca.

La A1 irnentaciGn e n t r a vaporizada un 82,64% a1 p l a t o de a1 imenta -

c i 6 n en ambos rn6todos, d i f i r i e n d o en l a ternperatura de 2 2 0 " ~ y

245°F para e l m6todo de KUFEM y e l rngtodo r iguroso, respec t i va -

rnente. ( ~ i ~ u r a s Nos. 3,6 - 3,3).

En e l mgtodo aproximado con una e f i c i e n c i a de l 65% para p l a t o s

per forados, se obtuvo 37 p l a t o s ac tua les ; en e l mgtodo r i g u r o -

so con una e f i c i e n c i a del 40% se obtuvo 30 p l a t o s actuales.

La A l imentac i6n ingresa a1 p l a t o 13 y 15 segcn e l mBtodo apro-

xirnado y r i g i ' r o s o , respect ivamente.

Los caudales t o t a l e s i n te rnos de l a columna segGn e l mgtodo de

KUFEM, son l i n e a l e s en l a secci6n r e c t i f i c a c i 6 n y l a secci:n - d

agotamiento. En e l mgtodo r i g u r o s o 10s caudales t o t a l e s i n t e r -

nos en l a secci6n r e c t i f i c a c i h v a r i a n segiin una parsbo la y - 10s v a l o r e s msximos se encon t ra r ian en l a mi tad de l a secci6n-

La Carga tErmica e x t r a i d a por e l condensador, ca l cu lada por e l

6 5 mgtodo de KUFEM es de 21,888 x 10 BTU/HR y de 11,08 x 10 BTU/

HR po r e l mgtodo r iguroso. E l Primer mgtodo emplea un condensa - dor t o t a l y e l segundo un condensador p a r c i a l , adernss l a co - r r i e n t e de l d e s t i l a d o es 1,680 veces mayor en e l mgtodo de KU - FEM que en e l mgtodo r iguroso. ( f i g u r a s 3.6 y 3.8). I

E l Mstodo de KUFEM considera preca lentador de l a a1 imentac i6n,

6 y e l c a l o r agregado es de 13,738 x 10 BTU/HR. E l M6todo Rigu-

roso no cons idera precalentador de

La Carga t6rmica agregada por e l ca lde r in , calculada por e l

6 m6todo de KUFEM es de 10,105 x 10 BTU/HR y de 3,33 x 10

6

BTU/HR por e l mgtodo riguroso. Existe una proporci6n de 3

a 1 en t re l a carga t6rmica del ca lder in por e l m6todo de KU - FEM y l a del mdtodo r iguroso, ( ~ i ~ . 3.7 - 3.9) que se debe-

pr incipalmente a que e l isobutano en e l reslduo se recupera

10,36% mss por e l mdtodo de KUFEM que en e l metodo r iguroso.

En e l mdtodo de KUFEM e l caudal del residuo es 58,5%, de l - caudal de l a a1 imentaci6n que ent ra a l a columna, y 75,4%

segdn e l mstodo r iguroso. ( ~ u a d r o 3.2).

En e l m6todo de KUFEM, e l caudal de butanos en e l residuo es

463,77 moles/hora y 429,53 moles/hora en e l mdtodo r iguroso.

Canparando 10s caudal es de Butanos del reslduo con respecto

a1 caudal de l a a1 imentaciGn, en e l mdtodo aproximado 10s - butanos se recuperan un 96,54% y un 93,20% en e l mgtodo r igu - roso. ( ~ u a d r o 3.3).

E l Recobro de propano en e l dest i 1 ado, tomando como re feren - c i a a l a alimentaciGn, es de un 98,65% segGn e l mgtodo de KU -

FEM y 52,60% segfn e l rnEtodo r iguroso. (~uadros 3.2. - 3 . 3 ) .

En e l rngtodo de KUFEM, e l caudal del des t i l a d o es 4 l , 5 % del - caudal de a1 i r n e n t a c i h que ent ra a l a colurnna y 24,9% seg6n -

e l miitodo r i guroso. ( ~ u a d r o s 3.2 --. 3 . 3 ) .

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los resu l tados obtenidos en e l metodo r i gu roso son 30 p l a t o s rea -

m6todo aproximado 35 y 37, apl icando e l monograma de

y de GlLLlLAND respect ivamente.

l e s , y en e l

ERBAR-MADDOX

La l o c a l i z a c

es e l p l a t o

i6n d e l p l a t o de a l imentac i6n segfin e l mQtodo r i gu roso

15 y l a ub icac i6n d e l p l a t o de a l imentac i6n segfin e l

rne'todo aproximado es e l de 12 y 13, ap l icando e l monograma de ERBAR

MADDOX y de GlLLlLAND respectivamente.

La d i f e r e n c i a de l a pres i6n media de l a t o r r e e n t r e e l me'todo apro - ximado y e l r i g u r o s o es 9.05 lpca.

En e l fondo de l a t o r r e se recupera pr inc ipa lmente Iso-butano,

en e l me'todo de KUFEM se o b t i e n e 241,55 moles/hr y en e l metodo - r i g u r o s o 216,51 moles/hr.

E l recobro del I so-butano en el res iduo es de 10,36% mayor en e l

m6todo de KUFEM con respecto a1 m6todo r iguroso.

La temperatura del condensador es 1 2 8 ~ ~ y e l c a l o r e x t r a i d o por

6 e l condensador t o t a l es 21,887 x 10 BTU/hr en e l mQtodo de IQUFEM,

en e l me'todo r i g u r o s o l a temperatura d e l condensador es 157,4S0~,

6 e l c a l o r e x t r a i d o por e l condensador p a r c i a l es 11 ,O8 x 10 BTU/hr.

Hay .1 ,98 .veces m5s de ca l o r e x t r a ido en e l condensador por e l m6to -

do de KUFEM, que e l c a l o r e x t r a i d o en e l metodo r i gu roso , debido -

. a1 increment0 de caudal de l des t l l ado en e l pr imer me'todo.

E l recobro de propano en e l d e s t i l ado es de 864,35 moles/hr, se - gGn e l metodo aproximado y de 460,86 moles/hr segGn e l mgtodo - r i gu roso ; de donde e\ recobro de propano en e l d e s t i l a d o por e l

m6todo aproximado es 1,87 veces mayor que e l m4todo r i gu roso ; - es ta d i f e r e n c i a en l a obtenci6n de propano, se debe e n t r e o t r a s

razones a que e l mgtodo aproximado considera en 10s equigos un

condensador t o t a l , que d i f i e r e en e l m4todo aproximado que usa

un condensador parc i a 1 . Un pardmetro que tambign se t i ene que

tomar en es te ca' lculo es :"La re lac io 'n de Reflujo". en e l me'to+)

do aproximado es de 3.38 y en e l m6todo r iguroso es de 3, luego

l a cant idad del l r q u i d o requer ido para mantener l a temperatura

d e l product0 de tope de 1 a t o r r e es mayor, en e l mEtodo ap rox i - mado que en e l mEtodo r iguroso. . La comparacio'n de 10s r e s u l t a - dos de recobro antes i nd i cados son netamente re fe renc ia les , en

v i s t a de que l a s te'cnicas de ca'l*culo por 10s dos mEtodos no son

igua les y no se puede l o g r a r una comparaci6n de l a s dos s o l u c i o -

nes . . El m6todo r i guroso resuelve 1 os balances de ma t e r i a y de

e n t a l p i a simultsnearnente, e l metodo aproximado no inc luye e l ba - lance de energia, s61o consigue un acercamiento, usando e l ba-

lance de mater ia .

E l me'todo aproximado de KUFEM es un ca' lculo ra'pido y senci 1 1 o - .

que s i r v e para e fec tua r una est imaci6n de par5metros de d isef io.

Este me'todo se desar ro l l a s e g k e l diagrama de cS lcu lo 4.3.1 .I, de

donde se deduce que una c o r r e l a c i d n requ iere va r iab les calculadas

en l a s cor re lac iones an te r io res , por l o expuesto, e l me'todo de KU-

FEM s i r v e exclusivamente para hacer una est imaci6n i n i c i a l , ya que

es d i f r c i l que se l o g r e l l e g a r a1 comportamiento previamente asumi -

do ( v o l a t i l i d a d e s y p e r f i l e s de f l u j o constantes a l o l a r g o de l a

co l umna) .

E l me'todo r i g u r o s o emplea un modelo matema'tico que permi te s imular

operaciones de columnas, proporciona una so luc i6n es tab le y rspi 'da,

siendo e l me'todo ma's exacto.

La so luc i6n por e l me'todo r i gu roso t i e n e mayor v a l i d e z y t i e n e a p l i - cac i6n inmediata en disei io; a d i f e r e n c i a del me'todo de KUFEM donde

l a so luc i6n obtenida t i e n e una a p l i c a c i 6 n como re fe renc ia , para corn - paraciones y es tud ios de est imacibn.

E l gas n a t u r a l debe someterse a 10s t ra tamientos y procesamientos - prev ios que hagan mBs e f i c i e n t e su u t i l i z a c i 6 n en 10s proyectos des -

c r i t o s en e l presente t raba jo .

A j

APl

B j.

C j

COMP . I

D j

F D j

H F j

HL j

H V j

i

i NPUT

j

KD , j

NOMENCLATURA METODO RIGUROSO

: Diagonal m5s ba ja de l a rnatr iz t r i d i a g o n a l

: Gravedad e s p e c i f i c a de l cornponente i

l a rnatr iz t r i d i a g o n a l

i agona 1

componente i

: Diagonal p r i n c i p a l de

: Diagonal rn5s a l t a de

: V a r i a b l e que alrnacena

l a rnatr iz t r i d

e l nornbre del

: Vector que alrnacena l a c o l urnna de 10s tgrminos i n d e

pend ien tes de l a rna t r jz t r i d iagona l .

: Cor r i en te de a1 i r n e n t a c i h del p l a t o j , rnoles/Hr

: E n t a l p i a de l a c o r r i e n t e de a l i m e n t a c i h del p l a t o j,

BTU/rnol .

: E n t a l p i a de l a c o r r i e n t e lTquida LD BTU/rnol. j '

: E n t a l p i a de l a c o r r i e n t e gaseosa V D BTU/rnol. j '

: NGmero del componente

I : Etapa de entrada de l a ~ l i r n e n t a c i 6 n

: NGmero del p l a t o

: Constante de e q u i l i b r . i o del cornponente i en e l p l a t o j.

LD j

M

NIT

NPD

P

PCONV

PMOL

PC. I

'j

R j

REH

REFLU

: F l u j o de l i q u i d o del p l a t o j , moles/hr

: Ntmero de componentes

: NGmero de i t e r a c iones

: NGmero de p l a t o s

: Pres ih, p s i g (LPCM)

: Pres i6n de convergencia, ps ig . (LPCM)

: Peso molecular del cornponente i

: Presi6n c r i t i c a d e l componente i, p s i g (LPCM)

: Calor rernovido del p l a t o j, BTU/hr.

: Cor r ien te l a t e r a l l i q u i d a del p l a t o j, moles/hr.

: Var iab le 16gica. S i REH = TRUE e x i s t e reherv idor .

S i REH = FALSE no e x i s t e reherv idor .

: R e l a c i h de r e f

: Temperatura del

l u j o

p l a t o j, OF

: Temperatura de l a a1 i m e n t a c i h , O F

: Temperatura c r i t i c a del componente i, O R

VD : Flujo de vapor en j

W : Corriente lateral j

el plato j , moles/hr.

gaseosa del plato j, moles/hr.

: FracciGn molar del componente i , en la corriente LD j

: Fracci6n molar del componente i en la corriente VD j '

'i ,j : Fracci6n molar del componente i en la a1 imentacih

entrando a1 plato j.

NOMENCLATURA METODO APROX lMADO

: Factor de Ef icacia

: Corriente de residuo o corriente de liquid0 saturado

de1 calderin en Moles/Hr.

: Reflujo de fondo

: Corriente de Destilado en Moles/Hr.

: Eficacia de 10s Palto

: Corriente de Alimentaci6n en Moles/Hr.

: Entalpia de vapor saturado a la salida del calderin

en BTU/lb - mol.

: ~ntal~ia de l?quido saturado a la salida del calderin

en BTU/lb - mol.

D : Entalpia de lTquido saturado en la corriente de desti -

lado en BTU/ lb- mol

H~~ : Ental~la en dos fases de la corriente de alimentaci6n

a la salida de1 precalentador en BTU/lb - mol

F : Entalpia de liquid0 saturado de la corriente de alimen -

taci6n en BTU/lb-mol.

H~~ : Entalpia de vapor saturado del tope de la torre en

BTU/lb-mol. '

H~~ : Entalpia de vapor saturado de la corriente de alimen-

taci6n en BTU/lb-mol.

1 : Entalpia de llquido saturado en la corriente de reflu - jo, en BTU/lb-mol.

K i : Coeficiente de Equilibrio del componente(i)

- L : Corriente de liquid0 interno en la secci6n Agotamien -

to en Moles/Hr.

L : Corriente de liquid0 interno en la secci6n Rectifi-

caci6n en Moles/Hr.

n : Nzmero de componen tes

: ~ r e s i 6 n ' d e l i q u i d o saturado a l a s a l i d a del Ca lder in

en lpca.

: Pres i6n de l i q u i d 0 saturado a l a s a l i d a del condensa -

dor en lpca.

: Pres idn de f l u i d o en dos fases de l a c o r r i e n t e de - a l imentac i6n en lpca.

: Presidn de l i q u i d o Saturado de l a c o r r i e n t e de a l i -

mentaci6n en lpca.

: Pres idn Media de l a t o r r e en lpca.

: Pres i6n de vapor saturado de l tope de l a t o r r e en

1 pca .

: Pres i6n de vapor saturado a l a sa l ida del c a l d e r i n

en 1 pca.

: Pres i6n de vapor saturado de l a c o r r i e n t e de a l i -

mentacidn en lpca.

I : Fracc idn de l i q u i d o en l a Al imentaci6n

: Carga c a l 6 r i c a ex t ra ida por e l condensador en

BTU/Hr.

REFLU

: Carga c a l d r i c a agregado por e l precalentador en

BTU/Hr .

: Carga c a l d r i c a agregada por e l c a l d e r i n en

BTU/Hr.

: Relacidn de R e f l u j o

: Temperatura de l i q u i d o saturado a l a s a l i d a de l

c a l d e r i n en O F .

: Temperatura de l i q u i d o saturado a l a s a l ida de l

condensador en O F

: Temperatura de l ? f l u j o en dos fases en l a c o r r i e n - t e de a l imentac i6n en O F .

: Ternperatura de l i q u i d o saturado de l a c o r r i e n t e

de a1 imentaci6n en O F .

: Temperatura Media de l a t o r r e en O F

: Temperatura de vapor saturado de l tope de l a to -

r r e en O F .

: Temperatura de vapor saturado a l a sa l idad el calde-

t i n en O F . -

: Temperatura de vapor saturado de l a c o r r i e n t e de A l i -

nentac i6n en O F .

: Viscosidad de vapor de l a A l i m e n t a c i b en C P S

: Viscosidad de l i q u i d o de l a a l imentac i6n en C P S

: Viscosidad de l a mezcla de l a a l imentac i6n en C P S

: Cor r ien te de vapor i n t e r n o en l a secci6n Agotamien-

t o en Moles/Hr.

: Cor r ien te de aapor i n t e r n o en l a secci6n r e c t i f i c a -

c i 6 n en Moles/Hr.

: Fracci6n Molar de l i q u i d o .del cornponente i

: Fracci6n Molar de vapor de l componente i

: Fraccidn Molar de l componente i

: Fracci6n Molar de l componente i en l a a l imenta-

c i6n .

1. AMUNDSON, N.R. and PONTINEN, A. J. "Mu1 t icomponent D i s t i l l a t i on

C a l c u l a t i o n s on a Large D i g i t a l Computer" Ind. Eng. Chem. Vol

507 1958, p. 730.

2 . CANFIELD FRANK B. "Est imate K. Values wi,th t h e Computer" H id ro -

carbon Process ing, Vol. 50, N2 4, A p r i l 1971 p. 137.

3. CAMPBELL, J.M. "Gas Cond i t ion ing and Processing" Norman Okla-

homa 1970.

4. CARNAHAN BR I CE, LUTHER H .A. , W l LKES JUNES A.ItAppl ied Numer i ca 1

Methods". John W i l ey , New York, 1970.

5. ERBAR J.H. and MADDOX R.N. "La Test score: Re f lux vs Trays",

Petro leum Ref iner Mayo 1971.

6. EVANS F.L. "Equipment design handbook f o r r e f i n e r i e s and che-

m ica l p l a n t s " Gul f Publ i s h i n g Company, Houston 1971.

7. FALLON J.F. and WATSON K.M. "NATL. Petroleum News Tech" Sec-

t i o n , Jun io 7, 1944.

8. GAS PROCESSORS SUPPLl ERS ASSOC lATl ON "Engineering Data Book" 19a.

Ed ic i i jn , ~ u ' l s a , Oklahoma, 1972.

9. GREENSTADT J. BARD Y. and MORSE B. "Multicomponent D i s t i l l a t i o n

C a l c u l a t i o n on t h e I B M 704". IND. ENG. Chem. Vol. 50, N z 11,

Nov. 58.

10. HOLLAND C.D. "Multicomponent D i s t i l l a t i o n ' ' P ren t i ce Hal 1 , En - glewood C l i f f s , N.J. 1952.

11. KATZ D.V. "Handbook o f n a t u r a l Gas Engineering", McGraw H i l l .

12. MARCANO A. "Curso de Dest i 1 ac i6n Mu1 t icomponentes", ~ ~ o s t o / 1 9 8 3 .

13. MARINOS-KOURIS D.S. "A shor t -cu t method f o r multicomponent - I I

d i s t i l l a t i o n chemical engineer ing.

14. MAXWELL J .B; "Data Book on Hydrocarbons" Van Nostrand Company.

Inc. New York, 1950.

15. NAPHTALI L.M. and SANDHELM D.P. "Multicomponent.Separation Cal-

cul a t ions by L i n e a r i z a t i o n " Al CHE Journal , January, 1971.

16. RE1 D R. E. and SHERWOOD T. K. "The p r o p e r t i e s o f gases and 1 i - qu ids" Mc Graw H i 1 1 Book Co. , New York, 1966.

17. TECHNICAL DATA BOOK - Petroleum Re f in ing American Petroleum

I n s t i t u t e . New York, 1966.

18. TOMICH J.F. "A New S imu la t i on Method f o r Equ i l i b r i um Stage

P r o c e ~ s e s ~ ~ AlCHE Journa l , Vol. 16. N" 2, March 1970.

19. TREYBAL R.E. "Operaciones con t r a n s f e r e n c i a de masa" Ed i to -

r i a l Hispano Americana, Argent ina, 1973.

20. TUDARES R. y PlOTROWSKl R. "Simulaci6n en For t ran I V del

Sistema de f raccionamiento de l a p l a n t a de Olef inas". Cabi-

nas , Septiembre, 1977-

21. WANG J.C. and HENKE G.E. "Tr id iagonal . M a t r i x f o r D i s t i l l a t i o n "

Hydrocarbon Processing. August, 1966. Vol. 45, N= 8.

22. wu I TH'IER P I ERRE "Petri31 eo Ref ino y Tratarniento- Quimico",

CEPSA, 1971.

23. YEN PING SHIH, TSE - CHUAN CHOU and C H I N - TECH CHEN. "Best

d i s t i l l a t i o n feed po in ts i1 Hydrocarbon Processing,July, 1971.

4.3.1 CZlculo p o r e l M6todo Aproximado de KUFEM

E l C.5lculo de l a columna despropanizadora por e l mS-

t o d o a p r o x i m d o d e KUFEM ( ~ i a ~ r a r n a 4.3.1.1), se - i n i c i a a p a r t i r de l a in formaci6n de l a s s igu ientes-

v a r i a b l e s de d i sei5o:

- Composicidn de l a Al imentaci6n

- Caudal de l a carga de a l imentac i6n

- T ipo de condensador

- Temperatura de l a a1 imentacidn o f r acc i6n de vapor

en l a a1 imentacidn.

- Presi6n de l a a l imen tac idn o etapa de entrada de l a

a1 imentaci6n en l a colurnna ( v a r i a b l e que se f i j a ) .

Espec i f i cac iones para 10s productos de tope y fondo

La composic6n, e l caudal , l a temperatura y l o c a l i z a - c i 6 n de l a a1 imentaci6n se presentan en e l Cuadro

4.3.1.1. E l condensador emplea agua como medio de en -

f r i a m i e n t o , y l a s espec i f i cac iones son 10s correspon-

I d ien tes a1 propano cornercial , es d e c i r , un contenido-

rnsx im de 2,5% en volumen de ISO-BUTANO en e l dest i l a -

do y 1% de PROPANO en e l residuo.

Dis t r i b 'uc i6n de 10s demSs componentes -Balance de Ma-

sa.

Se r e a l i z a l a d i s t r i b u c i 6 n de 10s componentes en l a s

secciones de l a t o r r e despropanizadora, respetando - l a s espec i f i cac iones en 10s componentes c laves, en - 10s Cuadros 4.3.1.2 y 4.3.1.3 se toma en conside - r a c i 6 n 10s f l u j o s molares de d i s t r i b u c i 6 n p o r compo - nente, e l balance de rnasa se resuelve con l a s s i g u i e n - t e s ecuac iones :

E l Cuadro 4.3.1.4 r e c o p i l a l o s d a t o s d e f r a c c i o n e s

molares, y f l u j o s molares del d e s t i lado, a1 imentaci6n

y res iduo.

Deterrninaci6n de l a s condiciones 6ptirnas de operaci6n 1

En e l d isef i se emplea un condensador t o t a l de agua , 0 se escog i 6 1 2 4 " ~ como tempera t u r a del condensador,

ahora b ien , l a temperatura de burbujeo del d e s t i l a d o ,

es l a temperatura de l condensad,or, 10s cS lcu los se - m u e s t r a n e n e l Cuadro 4.3.1.5.

Las condic iones de l tope de l a t o r r e se determinan,

tomando en cuenta l a s pgrdidas de p res i6n en e l con - densador, cabe i n d i c a r que l a presi6n d x i m a de l a

t o r r e se encontrara' en e l caVderin. La pres i6n de l

tope de l a t o r r e se c a l c u l a sumdndole a l a pres i6n-

del condensador dos coma c inco (2,5) lpca: 1 a tempe - r a t u r a de ' l a cabeza de l a t o r r e es l a temperatura - de r o c i o de l d e s t i l a d o , estos cd lcu los se muestran-

e n e l Cuadro 4.3.1.6.

La pres i dn de l c a l d e r i n se determina tomando en - cuenta l a ca ida de p res idn en l a columna, encontra-

da l a pres idn, l a temperatura del c a l d e r i n ser5 l a -

temperatura de burbu jeo de l resjduo, 10s cd l cu los - se muestran en e l Cuadro . 4.3.1.7.

La p res i6n y l a temperatura de l a a1 imentaci6n se - determinan es tab lec iendo l a fase de l a Corr iente de

l a a1 imentacil in, en e l presente t raba jo l a a1 imenta - c i 6 n estS un 82,64% vaporizado. La presi6n se c a l -

c u l a a p a r t i r de l a espec i f i cac i6n de que l a a l imen - t a c i 6 n ingrese en e l p l a t o ncmero 6.

Conocidos estos dos datos es pos i b l e encont r a r 1 a - temperatura, 10s c5 lcu los se muestran en e l Cuadro -

C5lculo de l a Compos i c i6n de 10s Productos en e l Tope

y Fondo usando l a Ecuaci6n de Henstebeck-Geddes.

Para c a l c u l a r l a s composiciones de 10s productos de - tope y fondo, apl icamos 1 a ecuac i6n de HENSTEBECK-OED , . - DES.

El c5 l cu lo requiere como datos re ferenc ia les l as cons - tantes de equ i l i b r i o y v o l a t i l idad r e l a t i v a de 10s - componentes de l a s co r r ien tes de tope, a l imentaci6n y

fondo; donde se inc luye l as v o l a t i l idades r e l a t i v a s - prpmed ios.

E l paso s igu iente es determinar 10s parsmetros A y B

que se resuelven como sigue:

A = l o g 24 1,5583 1 / 264,39757

I - 241,55831 / 264,39757 1

E l v a l o r de B se podrz cornprobar que concuerda con e l - niirnero de p l a t o s minirnos.

De es ta manera ap l icando l a ecuaic6n 4.3.1.3 se encon -

t r 6 1 as moles de cada cornpbnente en e l dest i 1 ado y en - e l reslduo. Se observa que 10s componentes c laves cum-

p l e n con l a s espec i f i cac iones de porcenta je de recupera - c i6n , 10s c5 l cu los estSn indicados en 10s Cuadros -

.1.9 y 4.3.1.10.

learns l a ecuaci6n de Fenske para deterrninar e l nGme - r o de p l a t o s min imos:

[( 0,94505 ) ( 0,18781 )] - l o g N - 0,02500 0,Ol

min

A cont i nuac i6n ca

mo, con 1 as ecuac

culamos l a r e l a c i 6 n del r e f l u j o rn in i -

ones de Underwood.

Ex is ten dos ecuac ones que se resbelven:

E l va lo r de 9 se obt iene por ensayoy e r ro r , va - r i a entre:

1 < 8 <1 ,788

Se encont r 6 que = 1,36349

Aplicando l a segunda ecuaci6n de Underwood:

di l Z i / ~

i - s = Rrnin + 1

Se obtuvo Rmin = 2,81684

E l nGmero de p la tos te6r icos se ca lcu la empleando

e l monograms de G i l l i l a n d y con un va lor escogido

de r e f l u j o 6pt irno. Para determinar l a re lac i6n - de r e f l u j o Spt imo se construye l a g r5 f ica de nfme - ro de p la tos te6r icos versus re lac i6n de r e f l u j o .

( ~ i g . 4.3.1 y Cuadro 4.3.1.11).

Las relaciones de r e f l u j o se l as f luc tdan de 2.89 a

20 con estos valores real izamos l a l ec tu ra en e l mono - grarna de G i l l i l and y como e l nGrnero de p la tos miriilmos

es conocido se puede c a l c u l a r e l nGrnero de p l a t o s t e 6 - r i c o s .

La re1 ac i 6n de r e f 1 u j o que se escog i 6 es de 2.38 y que

corresponde a un nGrnero t o t a l de p l a t o s t e 6 r icos de - ve i n t i cuat r o

Empleando e l monograrna de Erbar - Maddox y una r e l a - c i 6 n de r e f l u j o de t r e s coma t r e i n t a y ocho (3,38), ob - tenemos un nGrnero t o t a l de p l a t o s t e 6 r i c o s de v e i n t i - t r g s .

Conocido e l nun-iero t o t a l de p l a t o s t e 6 r i c o s y l a e f i c a - c i a g loba l de l a t o r r e , empleando p l a t o s per forados - que es de un sesenta y c inco por c i e n t o (65%) tenemos:

N N - - t e 6 r i c o s ac tua l es

E f i c i e n c i a

SegGn Erbar - Maddox: I

N a c t u a l es = 35

~egGn G i l l i land:

La ubicaci6n del p l a to

rnos ernpleando l a ecuac

de l a a.l:irnentaci6n

i6n de K i rkbr ide :

a obtene -

log tm / p)= 0.206 log [( 1278,21023) 921,45258 (0,12019 0,39828- )

La ecuacidn que da l a sumatoria del nkmero de p l a - tos en l a secci6n de r e c t i f i c a c i d n y agotamiento es:

de donde encontramos que l a alirnentaci6n entra a1 p la - t o doce (12) , segGn 10s datos cal culados por Erbar-

Maddox I y en e l t rece (1 3) , ca l culados segGn l a cor re-

. I l ac idn de G i l l i land.

4.3.2 CZlculo de l as carqas tgrmicas del condensador, pre-

calentador y calderrn.

En esta secci6n se l l e v a a e fec to e l c6 lcu lo de las

cargas tgrmicas del sistema columna, condensador, pre - calentador y ca1 der in (rehervidor) . Se apl ica e l - p r i n c i p i o de conservaci6n de l a energia para h a l l a r - l a carga tgrmica del calder?npor medio del balance - global de energia, ( ~ i g . 4.3.2), obs6rvese que se con - sidera l a columna adiabSt ica, hecho que se puede t o - mar coma c ie r t o , ya que en l a p r sc t i ca las p6rdidas - ca l6 r i cas nunca superan a1 1% del ca lo r t ransfer ido ;

en e l diagrama 4.3.2.1 de f l u j o de las operaciones ,

d e t a l l a l a secuencia de c5lculos.

En primer lugar, para r e a l i z a r cualquier c6 lcu lo de - Balance Global de energia, es necesario efectuar e l - Balance Total de Materia (masa) , que en e l ejemplo de

diseiio pot e l &todo aproximado se l a hizo a1 resol - ver l a ecuaci6n de Geddes-Hengstebeck.

CSlculo de equ i l i b r i o

Para ca lcu la r las entalpias de

nocer las condiciones de equi l

l a columna se

i b r i o del Dest

deben co - i lado, va -

pores de cabeza, entrada de l a a l imentaci6n y e l r e -

siduo. En e l c d l c u l o del e j e r c i c i o propuesto, aplai-

cando e l MEtodo de KUFEM, se encontraron l a s condi - c iones de e q u i l i b r i o de: d e s t i l a d o , tope de l a t o - r r e , a1 imentaci6n b i f d s i c a y e l residuo.

Se completa e l c ~ l c u l o de e q u i l i b r i o , determinando - l a temperatura de rocio,y de burbujeo de l a a1 imenta-

c i 6 n y l a temperatura de r o c i o del residuo.

Los Cuadros 4.3.2.1; 4.3.2.2, 4.3.2.3 recogen 10s

cdJculos de e q u i l i b r i o antes mencionados.

C5 lcu lo de l a s En ta lp ias de 10s Hidrocarburos l i v i a -

nos.

E l procedimiento de c S l c u l o de l a s entalp-;as de 10s - cornponentes del gas n a t u r a l , se l o ha hecho tomando - como r e f e r e n c i a l a s g r z f i c a s de e n t a l p i a - temperatu-

ra de J.B. Maxwell, donde se asume que l a s e n t a l p l a s

de 10s componentes i n d i v i d u a l e s de l a mezcla p o l icom-

ponente son a d i t i v a s en l a fase l i q u i d a y gaseosa.

La secuencia de 10s cd l cu los de en ta lp ias , se i n i c i a

en e l condensador, p l a t o #1, s igue en forrna descen .-

dente hasta e l c a l d e r i n , d e l ' p l a t o #23. Los r e s u l t a - dos d.e l a s operaciones d e l c 5 l c u l o de l a s entalpTas-

e s t S n e n 1osCuadros 4.3.2.4,4.3.2.5,4.3.2.6 ,

4.3.2.7, 4.3.2.8 y 4.3.2.9.

En e l es tud io se considera que l a a1 irnentaci6n e n t r a

co rn ITqu ido saturado (P = 288,s lpca, T = 180" F) ,

pasa por un precalentador e ingresa a l a t o r r e en - dos fases (P = 288,5 lpca, T = 226°F).

La ~ n t a l p i a de l a A1 imentacidn b i f d s i c a se c a l c u l a - .por medio de 1 a Ecuaci6n:

Donde :

q = 0,1736 (fracci6n de liquido en la a1 imentaci6n)

H~~ = 19.527,446 BTU/LB MOL (ental pya del vapor satu -

rado d e 1 a a1 imentaci6n).

F = 11.969,603 BTU/LB MOL (ental pya de 1 iqu ido sa-

turado d e la alimentaci6n).

la rnezcla se encuentra a

'FF = 288,5 lpca

TFF = 220°F

reemplazando 10s datos se ob t iene:

H~~ = 19.527,446 - 0,1736 (19.527,446 - 11.969,603)

FF = 18.215, 40446 BTU/Lb MOL

Seanexa e l Cuadro 4.3.2.10, q u e c o n t i e n e a l con - jun to de propiedades claculadas de las p r i nc i pa les -

co r r i en tes de l a colurnna des'propanizadora.

Determinaci6n del ca lo r r e t i rado por e l condensador

Da tos : 2

HTT = l3.679,07 BTU/LB MOL

hl = 8.256,26 BTU/LB MOL

REFLU = 3,38033 i

D = 921,45258 rnol/hr.

donde :

~e te rm inac i6n del ca l o r agregado por e l Precal enta-

dor de l a A1 imentaci6n.

Se hace un balance a1 rededor del Precalentador

Datos: F F -

F = 2.199,66..281 Moles/Hr hF HFF

F = 11.969,603 BTU/LB MOL

FF = 18.215,40.446 BTU/LB MOL

donde : -. . 4- Qpc

Determinaci6n del ca l o r Aqregado por e l Calderin

Se plantea e l Balance de Energia t o t a l

QREH = D hD + B hB + Q, - F hF - Qpc I

Da tos :

F = 2.199,66281 MOL/Hr

Qc = 21i887.905,69 BTU/Hr

QPc = 13'738.657,19 BTUIHr

D = 8.256,26 BTU/LB MOL

B = 16.177,03192 BTU/LB MOL

h F = 11.969, 60.344 BTU/LB MOL

donde:

QREH = (921,45.258 x 8.256,26) + (1.278,21.023 x

Determinaci6n de 10s f l u j o s de Vapor y' L iqu ido I n t e r -

nos de l a Tor re .

En e l d isei io de 1 a despropan izadora por e l &todo - aproximado de Kufem, se determina e l nGmero de p l a t o s

ac tua les y l a l oca l i zac i6n . del p l a t o de a l imentaci6n.

E l e s t u d i o t6 rmico del s istema columna, condensador ,

preca lentador y ca lde r in , nos da 10s va lo res de l a s - cargas ti3rmicas de 10s equipos de t rans fe renc ia .

Para completar l a s va r iab les 'el diseiio se requ iere - ca l cu la r 10s f l u j o s de vapor y l i q u i d 0 en l as seccio-

nes de Rec t i f i cac i 6n y Agotamiento, 10s ca'lculos se - 10s rea l i za siguiendo e l m6todo de Mc Cabe-Thiele.

~e te rm inac i6n de ]as co r r ien tes de l iqu ido y vapor en

VTT = L 1 + D

1 REFLU = -

D

L, = D x REFLU

V y i Dx REFLU + D

C5lculo del f l u j o de vapor interno, secci6n r e c t i f i -

cac i6n.

Datos:

D = 921 , 45 258 moles hora

REFLU = 3,38033

VTT = 921,45258 (3,38033 + 1)

CSlculo de l a c o r r i e n t e de l i q u i d o del condensador

L1 = D x REFLU

CSlculo de l a s c o r r i e n t e s de L iqu ido y Vapor en l a

Secci6n Agotamiento.

E l c ~ l c u l o se r e a l i z a con c i e r t a aproximaci6n con l a

Ecuac i6n

Donde : I b B

- V = f l u j o de vapor de l c a l d e r i n

HB = E n t a l p i a de l vapor saturado del res iduo en

BTU/LB MOL

hB = E n t a l p i a d e l l i q u i d o s a t u r a d o d e l r e s i d u o en

BTU/LB MOL

Datos:

hB = 16.177,03.192 BTU/LB MOL

B = 23.436, 58357 BTU/LB MOL

C S l c u l o d e l f l u j o d e l i q u i d o i n t e r n o e n l a c o l u m n a

s e c c i 6 n A g o t a m i e n t o . -- - L = V + B

CZlcu l 'o d e l R e f l u j o d e Fondo

h = 1,08905

\

Relaci6n de Re f l u j o

Por l a p r sc t i ca l a r e l ac i 6n de r e f l u j o que rnss se - u t il iza en unidades de sepa rac ih , es e l r e f l u j o ex - terno, que se r e f i e r e a1 product0 del tope. E l ob-

j e t ivo de l a r e l ac i 6n de r e f l u j o es rnantener l a tern - peratura del tope de l a t o r re .

REFLU = Ll/D = 3 ,38 ( ~ e f l u j o ~ x t e r n o )

como re ferenc ia se dan a cont inuac i6n o t ras r e l a c i o - nes de r e f l u j o que se emplean en colurnnas y se dan

a s i rnismo 10s va lores calculados con 10s datos dete - nidos por e l rnEtodo Aproximado.

Relaciones de. Re f lu jo :

a) De cabeza o Alirnentaci6n

b) De seccidn in te rna de Rec t i f i cac i6n

c ) D e s e c c i 6 n i n t e r n a d e Agotamiento

4.3.3 Resul tados obten idos por e l Mgtodo Riguroso '

E l proceso de d isei io cornprende una s e r i e de pruebas

po r e l Cornputador I B M 4341 para obtener respuestas-

que se aproxirnen a 10s r e q u i s i t o s de recobro de p r o -

pano, l i m i t a c i o n e s de equipos intercarnbiadores de - c a l o r , etc.

Para e l disef io de l a co l umna despropan izadora se es -

c o g i 6 un esquerna correspondiente a v a r i a b l e s de d i -

sefio para l a evaluaci6n de colurnnas ex i s ten tes . Las

v a r i a b l e s de disei io para e l caso de columnas e x i s - t e n t e s son:

Var iab les F i j a s :

Cantidad de cada cornponente en l a al i rnentaciSn, tern -

pera tu ra de l a a1 irnentaci6t-1, p res i6n de l a colurnna.

Var iab les Independ ien tes :

Re lac i6n de r e f l u j o , nGmero de p l a t o s de l a t o r r e ,

f l u j o de vapor, ternperatura de 10s p l a t o s de l a t o -

r re .

Este esquerna de evaluaciSn de una,colurnna e x i s t e n t e

se condic ion6 a1 esquema de d isei io de una nueva co-

lumna, con l a s s i g u i e n t e s modi f icaciones; nfmero de

p l a t o s que es una v a r i a b l e independiente, se l a cam -

b i a a v a r i a b l e f i j a y l a temperatura de l a al imenta - c i 6 n se cambia de v a r i a b l e f i j a a v a r i a b l e indepen-

d iente.

De 10s par imet ros independientes, se escogieron dos:

L a r e l a c i 6 n de r e f l u j o y l a temperatura de l a a1 imen - t a c i 6 n con 6s tas se r e e l i zaron f l u c t u a c i o n e s de sen-

s i b i 1 idad para obtener l a respuesta que nos permi ta-

cump l i r con l a s condic iones impuestas de d ise i io . ,

siempre y cuando Estas se encuentren dent ro de 10s - lTmi tes pe rm is ib les po r l a tgcn ica .

Los ensayos que se e fec tuaron son 10s s igu ien tes :

VARIABLE INDE- PENDIENTE.

Ubicaci6n de l Etapa 3a - se is ( 6 )

mentac i6n.

Relaci6n de r e - f l u j o .

L l M l T E S DE VA- R I A C I O N .

NUMERO DE PRUEBAS

2,4 - 3 , 4 s e i s (6)

En el cuadro se incluy6 una nueva variable indepen - diente que es la ubicaci6n del plato de alimentacicjn,

gste parsmetro nos permitirg tener mayor conocimien-

to sobre el disefio.

Las curvas de soluciones obtenidas en el computador

se clasificaron como sigue:

1. Referidas a la temperatura de a1 imentaci6n (cuadro

y Figura 4.3.3.1).

Las curvas de recobro de propano en el destilado y

en el resTduo se interceptan a una temperatura de-

alimentaci6n de 226°F y un flujo de propano de 438

mo 1 es/hr .

Las curvas de recobro de propano varian en el des-

tilado ent're 330-465 moles/HR y en el residuo de - 550-410 moles/HR. Los rangos de temperatura son - 205-270°F, se ha escogido la temperatura de a1 irnen - tacidn en 240"~ en raz6n de que despuss de la in -

I. tercepclon de las curvas, el recobro de propano - t iende a estabil izarse.

2. Refer idas a l a r e l a c i 6 n de r e f l u j o (cuadro y F i -

gura 4.3.3.2).

Las curvas de recobro de propano en e l d e s t i l a d o

y en e l res iduo se i n te rcep tan a un r e f l u j o de - 3,45 y un f l u j o de propano de 438,04 moles/Hr.

Las rec tas de recobro de propano v a r i a n ent r e - 480-438 moles/HR en e l d e s t i l a d o y en e l res iduo

de 395-438 moles/HR. Los rangos de v a r i a c i 6 n de

l a r e l a c i 6 n de r e f l u j o son 2,4-3,65, l a r e l a c i 6 n

de r e f l u j o de 3,6 se l a obtuvo mediante i n te rpo -

1 aci6n. Se ha escogido a t r e s (3) corno re1 ac i6n

de r e f l u j o de disei io en raz6n de que da n i v e l e s -

medios de recobro de propano en e l d e s t i l a d o .

3. Refer idas a l a ub icac i6n del p l a t o de al i rnenta - c i 6 n ( c u a d r o y Figura. 4.3.3.3).

Las curvas de recobro de propano en e l d e s t i l a d o

y en e l res iduo se i n te rcep tan en e l punto 4.7 y I

un f l u j o de propano de 438 moles/HR. I

Las curvas de recobro de propano v a r i a n en e l - dest i l a d o e n t r e 390-477 moles/Hr y en e l res iduo

de 485-398 moles/HR, Los rangos de ubicaci6n del

pla to d e l a a1 irnentaci6n son del t r e s ( 3 ) a1 ocho

(8). Se ha escogido el sexto corn ub icac i6n del-

pla to de a1 imentac i6n en raz6n de que el punto se

encuentra despugs de la intercepci6n d e l a s cur - vas, donde e l recobro se rnantiene c rec ien te .

Del examen de l a s variaciones de sensibi l idad se es-

coge la sol uci6n:

- Recobro de propano con respecto a l a alimentaci6n

= 460,86 rnoles/HR.

- Relaci6n de r e f lu jo = 3

. - Ternperatura de l a a

- Ubicaci6n del pla to

Variables Fi jas de l a colurnna son:

- Flujo de a1 irnentaci6n = 2.199,46 m o l e s / ~ r .

i

- P r e s i h d e la alirnentaci6n= 279,7 lpca

~ ..

- NGrnero de platos te6r icos = 12

- NGmero de p l a t o s ac tua les = 30

- E f i c i e n c i a g loba l = 40% (asurnida)

Otras c a r a c t e r i s t icas:

- Calor r e t i r a d o por e l condensador = 11 ,8 m i l l o - nes BTU . -

H R

- Calor agregado por e l c a l d e r i n = 3 , 3 3 m i l l o n e s

BTU - HR '

- Producto de fondo ( res iduo) = 1.650 mol es/HR

Este programa simulado se r e s o l v i 6 en 1 1 i t e r a c i o n e s

y tom6 20,25 segundos de tiempo de procesamiento en -

e l cornputador. Como informaci6n complementaria se - anexa e l l i stado de l a c o r r i d a que resue lve e l d i seiio

de l a columna despropanizadora.

r r w r 4 0 w P O O O C b 8 b b 0 0 0 0 C S O O C c o o c C O d C 0 0 0 0

c x x=

co bJC OV, b on 0s cz GX C 4

b

1P m o +I( ba ze C ZC,

m r ~ Zl 4% rrc

V1 C

n C

n Z

0 m

r b

b r

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omn b CZ cr.4 Ccb O M CZ- 0 r t

rnzz +o o r Ob

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ooooa b b b b b

r O C r b &OOCh, OOOLnO 00000 OOOCO mmmmm + + + + + OOOOD LJOO*P

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QOOOO b b b b * P-GorVI WOOOLn OOOVIO 0 0 6 C 3 0 OC300C mmmmm + + + + + OOdOO CUOO~CI,

0 0 C O O b b b b b eocrh) 60Cehr omcsulo 00000 OOCCG rrmmmw + + + + + OOCOO boo&*

G 1 X 7 1 W O I z C C m r r r r r mmmm

CnCnmV, -n\\\\ szzx X Z X W

I In I t m

o ~ o o o o o o o a ~ ~ r I r r 6 r r r r r 1 0 4 l c r w U - a O c c l 0 m 1 b S c c k r ~ O l Q \ u V I ~ ~ ~ U ~ O \ ~ ~ i e a m u c ~ s o l a & i 4 0 4 r b ~ 0 & 6 1 r blmmmmmmmmt W l l l l l l + f + l < ~ I C 0 0 0 0 0 0 0 1 B u ~ l u f u b r r o r o l a

O O O Q O b b b b b r O C r h , vrocmh, OCOLnO , C3006C OOCOG rrmmmrn + * + + + 0 0 C 0 0 W O C + &

GCOOO * * e b b rCxCbh, CoCOOlU OCO&O OOCVlO ClOOLCO mmmmm + + + + + 00000 Loo**

0 3 3 X I XJCCCO o r r r r l mmmm

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oaooooonlb b b b b b b . b b 1 0 r m c - r r c r . + O l C I b 9 b O O W W O 1 W~n~d@~.(solP @ U C U b e r L n O I O m+&P.b)uccrOit mmmmmmmm I

1 1 l + + + 1 + 1 < O O G O O O O O l ~ fu lUr000rO 1 D

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4nnnn m r r r r SCCCC TCLLC rncnco A bf-COO r b g m r n c+r x r e bt0-b

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TY* 0 C B 4 n

In l iE,

nntnnmno~bm m m m o r o r m I C ? r &u~rUe&rO l O b 4 6 G l U 6 & ~ 0 l 4 wdcaauaolzn ~ P u r b f f i w m a l o 4Ob6kdOOiP2 rr.mmmmmmrnl r I I + + + + I + I ~ OOCJGGOCO l k r r . r c c o c W o l o o

I I n I I 3 3

r l 0 0 0 0 6 0 G 0 1 b r l r ~ o r r r r r In r u l 4 b L l ~ c 4 = 4 0 1 ~

C C ~ C I U Q ~ O ~ Y O ~ Q b l ~ & . n c m o o ~ o l r r mmmmmmmml * l l l l + + + l + l < L n l 0 0 0 0 0 0 0 0 1 b O ~ f U ~ C O O G ~ 0 1 0

qnhnn m r r r r XCCCC

I l r f I *;

c l c o o o o o o o i ~ r I e r & r r r r r I n r l @ b ~ W r u ~ O l n a I Q atnhocoo I O l r u r U 9 W 9 0 1 3 4 i ~ 6 ~ C r J w c b o l o u ~ l ~ u 2 r o m c r o l r r~ mmmmmmmml 61 1 1 1 + + + 1 + 1 < e l o o o o o c o o l ~ o l f u r r 0 0 0 k O i U

9nnn-n m r r r r X C C t C QCtLC m c c o o

P L A T G he L CCINPUNENTE FRACL NOL LLU - - F R A C C MOL-VAP ---------- ------------- ------------

FLUJO DE VAPCH 0.55GOOE+03 /MOLES/HR FLUJO DE LlC!lJIDO C o 16500E+04 dMOLES/HR FLUJU LAT OE V A P , OoOOOOOE+OO NOLES/HR FLLJJU L A T DE L l C o OoOOOOOE+OO MOLES/HR TEMPERATURA DEL PLAIG Oo1574SE+O3 GHOo F

P L A T O No 2 CONPONEhTE FRACL MOL L I P FRACC MUL VAP ----ewe-

METANU ETANU PROPANlj A-BUTANO. N-tlbTAI\10 I -PENTAN N-PENTAN HEXANC

FLUJU OE VAPQR 0~22000E+04 'NOLES/HR FLUJO DE LiCUADO C,24906E+O4'MULES/HH FLUJG L A 7 UE V A P - 0 ~ 0 0 0 0 0 E + 0 0 MOLES/HR FLUJO LAT Uf L I C - O100000E+O0 MOLES/HH TEMPERATURA U E L P L A T G 0 ,16547€+03 GRD. F

P L A T C ho 3 FWACL MOL Lid F R A C C MOL V A P

M E T A E I A N PROP I-flu N-BU 1-PE N-PE H E X A

F L U J U OE V A P O R FLUJG DE L l Q U l O O FLUJO L A t OE VAP- FLUJO L A 1 OE LAC- TEMPERATUHA DEL P L A T 0

HE'CANO ETANCi PROPANO I -BUTAN N-BUlAN I -PENTA N-PENIA HEAANU

F L U J O OE VAPOR 0-27253E +04 MQLES/HR FLUJO D E L I U l J I D U O o 1 9 0 4 6 E + 0 4 MOLES/HR FLUJO LAT DE V A P o C o O O O C O E + 0 0 MULES/HR F L U J U L A T OE L I U o 0~00GOQE+00 MOL€S/HA TEMPERATUNA D E L PLATU Oo19CS3E+03 GHD- F

METANE; E T A N G PHOPANL 1-BUT AN N-BUTANU I -PENTAN &-PENTAN

- HEXANO

FLUJU UE V A P C R 0 0 2 4 5 4 6 ~ + 0 4 M O L E S / H H FLUJG O E L l Q U l O O O o 1 6 8 0 9 E t 0 4 HOLES/HH FLUJO L A 1 UE VAPo O o 0 0 0 0 0 E + O U MOLES/HH FLUJO L A T LIE L I 4 o 0 0 0 0 0 0 0 E + 0 0 MOLES/HR TEMPERATbHA DEL P L A T G 0 * 2 1 1 5 6 E + 0 3 GKD. F

P L A T G No 6 FHACC MOL L1Q FRACC MOC V A P

HETANU ETANCI PHUPANQ I-0U JAhG N-t3UTANL; I - Y ENTAN

. I\i-PENTAN HEXANU

FLUJO OE VAPOR 0 o 4 1 2 9 8 E + 0 3 NOLES/HR F L u J O DE L l C U I D O 0 0 Z G 4 7 5 E + 0 1 #OLES/HH F L U J O LAT DE VAPo 0 . 0 0 0 0 0 E + 0 0 MOLES/HK F L U J O LAT UE L l U o OoOOOOOE+OO MOLES/HR TEMPERATUHA DEL P L A T 0 0 - L 1 7 5 0 E t 0 3 GRO- F

I

I

4'

,

I

I

I (i

1.' ,

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1 H

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FLAT0 ho I CCIMPUNENTE f R A C L MUL LJU - FHACC MOL VAP - ---------- I---------- ------------- METANG O1OOCOOE+OO OoOOOOOE+OO E T A N b Co25514E-02 OoL1431E-01 PRUPANti 0-30491E+QO 0-52484E+00 --

I-t3UTANCI C o 13592€+00 0o15509€+00 N-BUTANO Oo31547€+00 O-L3349€+00 I-Y EN TAN C. S 9 162E-01 0-37877E-01 N-PENTAN 0-95624E-OL 0-30949E-01 HEXANO C-47G83E-01 --- --------- 0-72581E-02 -------------

1.000758170 l o 0 0 0 9 2 4 1 1 0

FLUJO DE VAPOR 013976YE+03 MOLES/UH FLUJU DE LlQbIUO Om20479E+04 NOLES/HH FLUJU LAJ CE V A P o OeOGOGOE+CO MOLES/Hk FLUJO LAJ Of LICm Oo00000€+00 & U L E S / H H T E M Y E R A I U R A DEL P C A l a . 0.21759€+03 GXDm F

FLUJO DE VAPOR 0e39809E+03 NOLES/HR -

FLUJO D E LIOLIOO 0.2C485E+04 HOLESIHR FCUJC LAT D E YAP- 0 * 0 0 0 0 0 E + 0 0 NOLES/HR FLUJO LAT DE LLCm OeOCOCOE+OO MCJLESIHR T E M P E R A J U R A DEL PLAJO 0o217&9€+03 GRDo F

CUHPONElvTE ---------- M E T A N O E T A R U PHUYANO 1 - B U T A P I U N-t;\U I AN0 I-PENTAh &-PEN J A N HEXANG

r LU I w I - o

F R A C G MUL L1U ------------- OwOOGGGE+OO Ge20312 f -02 Ce30466€+00 C * 1 3 6 2 2 € + 0 0 C e 3 1 5 Y j E + 0 0 C-9919 7E-01 C e F 5 6 4 3 t - U I C-47C74E-01 ------------ i e 0 0 0 7 4 9 5 9 0

FRACC MOL V A P - -----I------

0 * 0 0 0 0 0 E + 0 0 0089726E-02 0 - 5 2 5 4 0 E + 0 0 0 a 1 5 5 7 5 E + 0 0 0 .23437€+00 0-37992E-01 0 - 3 1 0 4 1 E - 0 1 0a72798E-02 ------------- l a 0 0 0 8 0 2 9 9 0

FLUJO OE VAPGR 0 0 3 9 8 6 4 E t 0 3 MOLES/HH FLUJU DE L l O U I U U Oo20490E+04 HOLES/tiH FLUJO L A 1 Dt VAPa Oo00000€+00 MdLES/HR FLUJU LAT O E L I C o OoOOOOOE+00 H O L E S / H K TEMPEAATURA OEL PLAIO O-L1785E+03 GHD* F

P L A T C ' h e 10 FHACC HOL L I U FRACC MOL V A P

METANU E J A N O PRUPANU I-BUTANLj N-UUTANO I-PENTAh IY-PENTAN HEXANG

FLUJQ UE V A P O R 0o39513E+03 NULES/HR FLUJO OE LlCLlDO C o 2 C 4 Y 1E+O4 MOLES/HR FLUJO LAT UE VAPo 0 o 0 0 0 0 0 ~ + 0 0 NOLES/HR FLUJO LAT Ok LICw Oe000COE+00 MULES/HR TEMPERATUWA DEL PLATO O a 2 1 8 2 7 € + 0 3 GRDo F

d-nnnn m r r r r 3CCCC QCCLC m o o c c

00000 6 b b . O (U*OOb )uo'OOlO SJv ldCVr 4 6 m 0 6 tu0009 mmmmm + + + + * 00000 Cu+OOW

03rx3: XCC:OC? o r r r r r mmmm

C L N V E R G E N C I A ALCANLADA A LAS CALbR C E O l O U PUH EL CCNDENSADGR C A L L A A G R t G A O O AL H E h E H V I D O H

m QHCOUCTU C t FONUO

F A N O E T H A t I A J U

* r ++ U i ~ r ~ G b b C b r

V C - C > C F L x z r + r r ~ c C ; - i I r-ckc- ; ~ c ~ C . C . ~ = C C . c ~ ; r ~ . ~ ~ t C z C C ; 3 rC-TTt -r r-rtcn=f % - 7 l d D h B G ~ 7 Z s s ~ * p ~ - ~ , h . >ct;h>- > C I > - r r - t r r r r r C r T , r ' . '

% h L Z Y b > C Ct'r J- --r fL.'1&-• - - r - & d o ' L C Z c 7 X ZC33PTTh >* >I- Dt- ~ + r > ~ > : 03- ~ . P \ . > ~ > c ~ - ~ ~ : ~ - z < ~ c Z I ~ ~ * C D L ~ C r r r C-LC7 C C ZI C C.1 v C h r h - P- 2 C L - C C CC'? T ' c rf 7- ZZL-TC>, > e r r . C c s t r G;; P\.L.td;-4XC-Cr.. t T - t 27- > Z r C b U T 3 II li \f\\-t 7 C. < L < C < - - Z r , 5. t o t- C - > C \ \ T \ \ C T C r Z 3

r t C c S C - C t - L \ e \ U C\- \ke\f C L \ P \ r \ C 23Tr CC%-C- P L L Z b *- Z.-r;Z-.7P\.C_-Z <& h ~ l l C . C I b P c - r\ C r \- r- L C C.L C - - 2 7 2'-r T L C r - - C ; 3 2 T t b L - t CAI- O u C ' C Z ~ L J . C . C . r - z C Ln\? Ad-. C*-- r \ - -ho Cc' - - r 2, <air

- i , - - - , 5 - U . 4. r ;I.<* CV--.+- k c - L - - -w;c--TcZZ =*C- t L bC-f ;h-X ' Vi7 > -T*-- - r r - r d - L C - L F L U C 2 CirC* C ' h u C , k o C21vlr- f * - r r T T o \- r r r r t T- r i,yr U % h ~ r C b - - \ L * L o 6 I\-# - - r - r 1 T\<- ?r 4, . -CT\ \DI- 2 c c c ~ c r ~ ~ ~ c t - a p l - - F ~ ~ - t.cF1 r - c ~ ~ \ z \ \ A- c F - - C;r 0 C C - L r o C r $ +TLC"+.- V-• C W X Y A - : ? > C c t -

Z X T-LC- r - L F ~ LC I u- L C - LC 2.0 r.u~- G L ~ C &L t<- i C r L c C SF%-( I- C % A ' h --;' C \ - C r - F r 4b.- 2 i- C C' C -i f --LC I.' C

L- r c r - t c - c - & C . - ' A ' L ~ * F-r r . h + - \ \ r AL-• C , U * P Z F r : c r - - - - r r 7 - z - & - F L 7 - - . ;\i\,r ;- C.;-L 0 b e - , ,,-,- - . - C

~r < - 0 T,- r - i b c \; I $c.- L cb.. - - -<-- - x - C C ,:. C - r C C/ 7 < c-- 2 -i- L r. r * P. C , C C L C - -.

C

HZ h- 27 - C \ C C-+ h L Q w - a- i- i- C-C-^ ; - h-.t C T V c \ T - L - C-? C -

L 4 -c- F - YC

- * I - * L > I oL;-C,,- CC. L a L u Z C -1 -- 2 2 - 0 z r t . f r C c - C,4C- C C L c C * C . r - Z r L S h L C ,

n G r -'-- - G i C - 0 - C C C - . 0 \ S C C r .L - t T - <-- + ; C - - * L *. - r L r- I - - ; - * t - ~ - -. L c > hp P- - > " - r ' C C L C b u . L C + L - r + - - * i P - 2 -5 t LC--* %- L- i s . C C r - 8 L-,. c ~i C - \- - r C C C r r C* s.c- i- ." I- U C 4 r C C . J - W r \; O r J - - ;--- - L C r - -- - L C P . r r Ui h V - L - -" - 1

- - - r- F i. X ~ h - h r t ' % ; U i r . F ? - -r.r e t - * C C L C & hr-%* C, a h L 2 tL CC-- C m e w - - - 0 - - C I C C . o - - t- X h +.; r - I -L I V K L C - c u a c - i. 2 C,r t h 1 4 . r -C 0 c h r Zfi r C - - 3 i -h- \ ~ n * u CC.- 2 b. I- r L h C C C 2-h- > * 0 C7. r- - - P C L O C O - I\ h b- b C L -- C 7 C F Tc-% C 0 2 . - A C o - 2 . S h 4 < 0 ' ' T - 1 2 ; c- t 4 c , h b P-;LL~-CL - .. - - - r ~ - c i y t

u ~ ' 7 C 4 4 C l + b C r * + 0 L L 2 - - <-<I- - t 4 C - ?' . & I * L C ~ L C - - c rb 2- . x t- - -LC c 7 T-r C * E L - I - r O h C I- r w J I *--F c

* h P r - b LC C C \ c \. . ,. r C a-h_: t ZL- \ 2 L - C e - C L c- k 0 -- v w c -7-c- - r C T;-- L - u C l r - C - - - - L- r t- s b o Cc. - c 4 - \t G a Z Z - - L r r-i! t 4?- C. LL r- G c z r i f ; C C c p -.r C- U C - h 2- h Ifr C n - '2 - h- O L * LS- .F o rk r c . . - - - s \ * 7 7 r , ~ ->.I f -c J - r P, 3 4 - - 2~ P C I, + - C 2 L C h L L ,* 0 t - - --; c -- - - r U h C C C c a Z2 - - L c- w - - .a- - o r I C - b- - \ * - 1 = 7 ; % - P - b - b 5 - L C L e G C P. h O 15 r - CrY

c b LV- 0-• 2 .f-• C . + & r~ 1 3 A - C.L-6- c l - - - . 0 L c-- z c C - - \+ CC 4% 4 - r - c - C Z - - + a C. 4 . - . I - . L r r -

C G \nC -, 2 r r r L ' Z L h - r- f - t C- , - -

C +-I-- - C r r - . r . - - c - LL 4 - C * C - -

CCCCLCCO GGCOGCOC vL".~-b-u>4'G-C

Z X 3 Z T f : f ; f - x C C C C C CCCC C C . C t t C C C C OC*C40C CCOG L L L C . L C - L L L

X - 1 7 3 X C CCCC C C O C C CCGc;'C h P - h h k

3 3.7 C cc CGC C C. C c. C c

'2 '73 C C C

. C C C C C C C S C

FI;. IlI.1.3.-- Nr ; ;; .. i .', '03 c;-tikl*r:.1 ' 5 eq. . l ' iSri~ <, 10s hidroczrburni (:c.iaibel )r Icnny).

FIG. 2.2.2.1.1.

N o m o ~ r ~ p h f ~ r ?qutlitrlum raporlzation rat ios (De Prirster (91 1 - . - __ _ _ _ _ . . __-- -____ - -

FrG. 2.2.2.12-

nol;r.+ph fcr equilibrium w~porizarion ratio, K (Haddzn-Grayron [7] ) . - . . . . . _ _ _ ___- - ----- . -

FfG. 2.2.2.1.3.

F16.2.3. ESOL)cYA DE UN DESPROPANIZADOR SlrlULADO

f l ~ . P.5 SSCCIONES Df UNA C O L U H N A DE VARIAS ETAPAS

FIG .' N' 3.1

CAUDALE S I N T E R N O S TOTAL E S ' EN LA TORRE [ M E T 0 0 0 APROXIMADO ]

LlOUlDO SECCION DE AGOTA MIEN 10

VAPOR Y C C D N RECllFlCACION

VAPOR SECCION A GOrAMlhN rO

, LlOUlDO SECCION REC rlFlCA CION

IENTRADA DEL ALIMENT0

I I

CURVAS D E CCMPOSICION DEL LIQUID0 OBTENIDAS POR EL METODO RIGbi7050

H r x ~ n o

----- . , . \ ?+ ,* . -- 9 7 6 5 4 3 12 1 1 10 a I

SlTUACION ENTRE ETAPA 5

FFG. 3.6

162 CURVAS DE COMPOSlClON DEL VAPOR OBTENIDAS POR EL METODO RG'u?i"'C

SITUACION ENTRE ETAPAS

FIG. 3.5.

PRECALENT.

Qpc 6 1 3 , 7 3 8 ~ 1 0

BTU/H 9

L22 '23 =

REHERV l DOR

P23=290 ,25 1 pca T23= 247°F

B=1286,18451 MOL/H >

RESULTADOS POR EL METODO APROXIMADO

FIG. N 2 3.8

6 -1I,O8xIO BTU/HR

CONDENSADOR m 3

V2=2200 M/HR

A

V2=2200 M/HR ~ ~ 4 6 5 2 < R1=O

2

l' 2490.6 M/HR T2 = 165,47'F

3

4 v 3

3040.6 M/HR

L 3 T = 176,24"F

2175.3 M/HR 3

4 -

1904,6 M/HR T4 = 190.93OF

1680.9 M/HR T = 211 ,56O~ 5

I ~4 4 2725.3 M/HR

SECCION RECTlFlCAClON

A

4

F 5 2199.83 M/HR

FRACC . VAPOR =0,8264 ?

FRACC. L I Q . =0,1734

v v5 2454,6 M/HR

L5

v

FIG. N' 3 . 9

REHERVIDOR

SECC l ON AGOTAM l ENTO

RESULTADOS D E L PROGRAMA D E L COMPUTADOR

RESULTADO DE ANALI s IS FOR 40s MET0005 DE CALCULO

TRADA Y SALIDA. - - - . - . - - ,, # - -

RESULTADOS DE CALCULO DE D l S E N O POR EL METODO APROXIMADO (KUFEM)

FLUJO DE ALIMENTA I D EsPRosAN 1 z i iDoR / c l o N TEMPERATUR~ T FLUJO DE DESTILADO - TEMPERATURA

FLUJO DE RESIDUO TEMPERATURA

VARl AC ION DEST./ALI.

Moles/HR _A1 imenta. I m - % Dest i. Moles/HR I % Res i d Mol es/HR

1. COMPONENTES Met ano 0,OO 0,0000 E tan0 ..- 27,35489 0,012435

Propano

But ano N Butano

Pentano N Pentano Hexano

T O T A L 1

' i 2 199,662@0 ,999924 ! I

PEKFIL DE TMPEIUTOIU: I

REQUERIUIEKTCj DE CALOR Y OTROB:

1 .Calor Rtra ido por Coodeorador: . 2.Calor Agrerrdo por Rehemidor:

3.Calor Agrqado por Precalentador: 4 .Al iwntacion: 5.Producto de Tope: 6.Producto dc Fondo: 7 .Ref lu jo Liquido: 8.Ref lujo Vapor: 9.Reuiduo:

10.nemtilado:

CUADRO ~ " 4 . 3 . 1 . 1

' ANAL I s I S . DE UNA UNI DAD DEPRO~ANI ZADORA

COMPONENTE FRACCION MOLAR

a. A1 imentac i6n (F) = 2199,662 moles/hora

b. Temperatura de l a A1 imentaci6n = 220°F

c. Fracci6n de Vapor en l a A1 imentaci6n = 0,8264

d. Fracci6n de L iqu ido en l a Al i rnentaci6n =0,1736

e. Presi6n de l a Al imentaci6n = 288,s lpca

CUADRO N"4.3 .1 .2

ESPEC I F I CAC IION DE LOS COMPONENTES CLAVES

El destilado tiene 2 , 5 % en volumen de lsobutano

El Residuo t iene 1 % en volumen de Propano

D l S ~ R I BUC l ON DE LOS DEMAS COMPONENTES (BALANCE DE MASA)

A L I MENTA- C ION.

- --

DEST l LAD0 IES I DUO

CUADRO ~ '4 .3 .1 .3

DISTRIBUCION DE LOS COMPONENTES A REFLUJO TOTAL

Moles

1,2435

39,828

12,019

25,756

8,5507

8,3435

4,2517

99,9924

% molar -.--

0,012435 .

0,39828

0*,120ig

0,25756

0,085507

0,083435

0,0425 17

0,999924

- - -

- DEST l LAD0

Mol es --

1,2435

39,24332

1,03813

% molar

0,02995

0,94505 .

0,02500

1,000

Moles -

0,oo

0,58468

1 0,98087

25,756

8,5507

8,3435

4,251 7

58,46745

W P

v, W I- Z LLI - lY CL 0 U

O l o - - - 0 0

n

Ln L n b m m a 0 m - 4- N C L n m a - Ln N 09 0 h ~ n r n ~ .- cn N I n C O C O a - 0 m .- N O 0 0

CUADRO N" -3 .1 .5

CALCULO DE LA TEMPERATURA DE BURBUJA DEL DEST ILADO

T=12b°F

i = X.K.

I I

CUADRO N"4.3.1 - 6

CALCULO DE L A TEMPERATURA DE ROCIO DEL D E S T l L A D O

i COMPONENTE

-

COMPONENTE

i

CUADRO N". 3.1.7

CALCULO DE L A TEMPERATURA DE FOND0 DE L A TORRE

COMPONENTE

CUADRO N24 .3 .1 .8

CALCULO DE L A TEMPERATURA DE L A ALIMENTACION

COMPONENTE

CUADRO N V . 3 . 1 . 9

CONSTANTES DE E Q U l L l B R l O Y V O L A T l L l D A D R E L A T I V A

CORRIENTE DE TOPE

CORRIENTE DE A L I - MENTAC l ON

CORRl ENTE DE FOND0 V O L A T l L l D A D

i

PROMED I 0

i

.- l a m a

h h 0 m -

CUADRO N24. 3 .1 .1 1

VALORES PARA OBTENER EL NUMERO DE PLATOS TEORICOS EN FUNCION DE LA RELACION DE REFLUJO

REFLU = -

Rrnin

1,025 R m i n

1,065 R m i n

1,419 R min

1,774 Rmin

3,549 R m i n

7,099 R m i n

REFLU

CUADRO N". 3 . 2 . 1

CALCULO DE L A TEMPERATURA DE ROClO DE LA ALlMENTAClON

COMPONENTE

- -

ETANO

PROPANO

I - BUTANO

N-BUTANO

I -P ENTAN

N- PENTAN

HEX AN0

-

P = 2 8 8 , s l p c a T = 2 3 1 ° F

CUADRO ~ ' 4 . 3 . 2 . 2

CALCULO DE LA TEMPERATURA DE BURBUJEO DE LA ALIMENTACION

1 ETANO I 1 0,012435 I I

I

N-BUTANO 0,25756 ! I

I -PENTAN

N-PENTAN

H EXANO i 0,042517

P = 288,5 lpca T= 180°F -.

i X . K .

I I

CUADRO ~ " 4 . 3 . 2 . 3

CXLCULO DE L A TEMPERATURA DE ROC10 DEL RESIDUO

COMPONENTE

PROPANO

I - BUTAN 0

N-BUTANO

N-PENTAN

HEXANO

P = 2 9 0 , 2 5 l p c a T= 2 7 3 ° F

CUADRO N q . 3 . 2 . 4

CALCULO DE L A ENTALPIA DE L I Q U I D 0 SATURADO A LA SALIDAD DEL CONDENSADOR

ETAN 0

PROPANO

FRACC. MOLAR

z.= X . I I

PESO HOLE CULAR.

CUADRO N'4. 3 . 2 . 5

CALCULO DE L A ENTALPIA DEL VAPOR SATURADO EN E L TOPE DE L A TORRE

I COMPONENTE

ETANO

PROPANO

FRACC. MOLAR PESO MOLE - CULAR.

CUADRO ~ " . 3 . 2 ; 6

CALCULO D E L A E N T A L P I A DE L I Q U I D 0 SATURADO DE L A CORRIENTE DE

COMPON ENTE

ETANO

PROPANO

I -BUTAN0

N-BUTANO

I -PENTAN

N-PENTAN

HEXANO

FRACC. MOLAR I PESO MOLE- CULAR.

CUADRO NZ>.3.2.7

CALCULO DE L A ENTALPIA DEL VAPOR SATURADO DE LA CORRIENTE DE

COMPONENTE

ETANO

PROPANO

I - BUTANO

N- BUTANO

I -PENTAN

N-PENTAN

HEXANO

FRACC. MOLAR

z . =. Y I i

PESO MOLE- CULAR.

H~ F T = 2 3 l OF (BTU/LB)

CUADRO N%-3.2.8

CALCULO D E LA ENTALP l A DEL L l QU l DO SATURADO A LA SAL I D A DEL #

CALDER l N

COMPONENTE

PROPANO

I -BUTAN0

N-BUTANO

I -PENTAN

N-PENTAN

HEXANO

FRACC. MOLAR

z i = X . I

0,0100

0,18781

0,44052

0,14625

0,14270

0,07272

1 ,00000

P E S O MOLE - CULAR.

CUADRO N " 4 . 3 . 2 . 9

CALCULO DE L A E N T A L P I A D E L VAPOR SATURADO A L A S A L I D A DEL CALDER 1 N

PROPANO

I -BUTAN0

N-BUTANO

I -P ENTAN

N-PENTAN

HEXANO

FRACC. MOLAR

z. = Y . I I

PESO MOLE- CULAR.

- 44, l

5 8 , l

5 8 , 1

7 2 , 1

72,1

86,2

rEMPE - RATURA

( O F )

1 2 4

128

ESTA DO

SALIDA DEL CONDEN SADOR

LlQUl DO SATURADO

DESTILADO 921,452 M O L I H .

VAPOR SAT URADO

[OPE DE LA TORRE '

TOPE 4036,266 MOL 1 H

A LIM EN TACION ANTES DEL PRE CALENTADOR ZlJ9,662 MOL(Y -. - -

ALIMENTACION A LA SALIDA DEL PRECALEN.

2 1 ~ ~ ~ 6 6 2 MOLI,

LIQUID0 SATURADO

-

ANTES DEL PRECALEN TA-

DOR

SALIDA DEL PRECALEN -

TADOR

VAPOR SAT URADO

LIQUID0 SATURADO

SALIDA DEL CALDERIN

---

VAPOR SATUPADO

REFLUJO DEL CAL OE Rl N 3392.!06 M O I ( H

- ---

GIFASICA DE. ALIMENTACION

2199. b6Z MOL(H I

SALIDA DEL CALDF.RIN

- _ . ._ . __.....-

ENTCILDA DE- LP. COLUMNA

CUADRO N%-3 .3 .1

CUADRO COMPARATIVO DE RECOBRO DE PROPANO REFERIDO A LA TEMPERATURA

TEMPERATURA DE ALIMENTA - ClON O F

RECOBRO DE PROPANO DES - T l LAD0 MO - LES/Hr'.

RECOBRO DE PROPANO-RES 1 DUO M O L E S / H ~

PORC ENTAJ E DE PROPANO DEST I LADO.

PORCENTAJE DE PROPANO RESI DUO.

33,089

30,493

29,642

28,551

25,847

25,169

24,961

24,902

CUADRO N" 4 . 3 . 3 . 2

CUADRO COMPARATIVO DE RECOBRO DE PROPANO REFERIDO A L A RELACION DE REFLUJO

- -

RECOBRO DE PROPANO EN E L D E S T l L A - DO.

RECOBRO DE PROPANO EN E L RESIDUO.

PORCENTAJE DE PROPANO E N E L D E S T I L A D O . D / A

PORCENTAJE t PROPANO EN I RESIDUO. B / i

CUADRO N' 4.3.3.3

CUADRO COMPARATIVO DE RECOBRO DE PROPANO REFERIDO A LA LOCALIZACION DEL PLATO DE ALIMENTACION

LOCALIZACION DEL PLATO DE ALIMENTAC l ON

RECOBRO DE PROPANO - DEST ILADO MOLES/Hr.

391 ,51

423,55

445,43

460,86

469,94

477,04

RECOBRO DE PROPANO RE SlDUO. MO= LES/Hr.

484,59

452,55

430,67

415,25

406,17

399,06

- - -

PORCENTAJE DE PROPANO EN EL )EST I LADO.

44,69

48,35

50,84

52,60

53,64

54,45

-- -

PORCENTAJE DE PROPANO EN EL RES I DUO.

- - -- . -- ~. - - - -- - - - - --- -- OlAGRAMA DE CALCUCO DE LAS CARGAS TERMICAS DE

LOS EQUIPOS DE TRANSFERENCIA

I CALCULO DE EOUlLlBRlO DE : LA TEMPERATURA DE ROC10 [alirnentacidn] L4 TEMPERATURA DE ~ u ~ a u ~ ~ [ d r i n e n t a c i d n ] LA TEMPERATURA DE ROCIO [ rcslduo ]

b

CALCU LOS' DE LAS ENTALPIAS DE LOS HIOROCARBUROS Ll VIA NOS SEGUN LAS TABLAS DE J. 8.- MAX W E L L

q= f raccion l i q u i d a de la rnezc la

I &

CALCULO DE: L A ENTALPIA DE LA ALl MENTACION BIFASICA [ Wrr ]

i

CALCULO DE L'AS CARGAS TERMIZAS DEL

1.- CONDENSADOR [Qc] 2' PRECALENTADOR [ O p c l 1- CALDEQIN [OREHI I

O I A G R A M A N' 4.3 2 1,