Capitulo6b

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CAPITULO VI

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6.5. Equipos de Destilacin

Fig. 6.30. Fraccionador para la separacin de Etileno y Etano

En la figura 6.30. se puede apreciar una columna de destilacin para la separacin deetileno y etano. La utilizacin de diferentes esquemas de control, permiten alcanzar elobjetivo deseado: un controlador FC en la alimentacin, en el reflujo y en el suministro devapor, un controlador LC en el producto de fondo de la torre y el flujo de refrigerante, uncontrolador PC en el producto de tope en fase vapor. Tambin se puede apreciar la

utilizacin de un rehervidor tipo termosifn.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.31. Torre fraccionadora de petrleo al vaco

En la figura 6.31. se puede apreciar una columna de destilacin para el fraccionamientode petrleo que opera al vaco. La utilizacin de reflujos intermedios a tres diferentesniveles, as como tambin en el tope, permiten la optimizacin del dimetro de la torre en sudiseo original. El enfriamiento de las corrientes laterales es parte del sistema de

recuperacin de calor de la planta de destilacin de petrleo. El agua de enfriamiento, elsuministro de vapor y la operacin de los eyectores para producir el vaco, son operados enforma manual.


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CAPITULO VI

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El Fondo de una Torre Fraccionadora

Fig. 6.32. Rehervidor tipo Kettle

La figura 6.32 muestra el control de la temperatura de los vapores producidos en unrehervidor tipo Kettle y que retornan a la torre de destilacin. Un rehervidor tipo Kettle tomatodo el lquido del fondo de la torre y lo calienta, parte del lquido es vaporizado y retornado ala torre como vapor, la otra parte no vaporizada rebalsa por un deflector lateral y es sacadode la unidad como producto de fondo. Si el controlador de temperatura (TC) detecta unatemperatura mayor que el set-point (SP), entonces ordenar cerrar un poco la vlvula decontrol reduciendo el flujo de vapor (STM), logrando con ello una menor evaporacin dellquido y por lo tanto una disminucin de la temperatura del vapor.

Fig. 6.33. Rehervidor tipo Termosifn


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CAPITULO VI

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La figura 6.33 muestra un rehervidor tipo Termosifn, el cual toma todo el lquido delltimo plato de la torre y lo calienta producindose una circulacin natural (ver explicacinfigura 6.16), una mezcla lquido-vapor es retornada a la torre donde el vapor asciende haciala parte superior de la torre y el lquido cae al fondo y sale como producto. Si se desea una

mayor vaporizacin en el rehervidor, se aumenta el SP del controlador de flujo (FC)aumentndose el flujo de vapor (STM) al rehervidor, con ello se producir una mayorcantidad de vapor que ascender por la torre, quedando una menor cantidad de lquido. Elcontrolador de nivel (LC) detectar entonces una disminucin del nivel por lo que ordenarcerrar un poco la vlvula de control reduciendo el flujo de producto de fondo de la torre.

Fig. 6.34. Rehervidor por circulacin forzada

La figura 6.34 muestra un rehervidor por circulacin forzada, el cual toma parte del lquidoque es bombeado del fondo de la torre y lo calienta, una mezcla lquido-vapor es retornada ala torre donde el vapor asciende hacia la parte superior de la torre y el lquido cae al fondo yvuelve a ser tomado por la bomba. Si se desea una mayor vaporizacin en el rehervidor, seaumenta el SP del controlador de temperatura (TC) con lo que ste aumenta el flujo delfluido trmico (HTM) al rehervidor, con ello se producir una mayor cantidad de vapor queascender por la torre, quedando una menor cantidad de lquido hacia el fondo. Elcontrolador de nivel (LC) detectar entonces una disminucin del nivel por lo que ordenar

cerrar un poco la vlvula de control reduciendo as el flujo de producto de fondo de la torre.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.35. Control por diferencial de presin en la torre

La figura 6.35 muestra otro esquema para regular el flujo de vapor en la torre, en estecaso un controlador de diferencial de presin (DPC) controla el flujo del fluido calefactor(HTM). El controlador DPC mide la diferencia de presin que se produce al ascender elvapor por la columna y a travs de los platos de destilacin. Si el controlador DPC detectaun diferencial de presin mayor que el set-point (SP), entonces ordenar cerrar un poco lavlvula del fluido HTM para disminuir la cantidad de vapor producido. Como se produce unamenor cantidad de vapor, hay una mayor cantidad de lquido que va al fondo de la torre, eneste caso el controlador de nivel (LC) detectar un nivel mayor que su SP por lo que abrirun poco la vlvula de control para aumentar el flujo de producto de fondo.

Fig. 6.36. Control de temperatura por inundacin de los tubos en el rehervidor


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La figura 6.36 muestra el control de la temperatura del fondo de la torre mediante lainundacin de los tubos del rehervidor (ver figura xxx para una explicacin ms detallada delfuncionamiento de este rehervidor). Si el controlador de temperatura (TC) detecta unamayor temperatura que el set-point (SP), entonces ordenar cerrar un poco la vlvula decontrol lo que provocar una mayor inundacin de los tubos del rehervidor, esta mayor

inundacin dejar menos tubos expuestos para la transferencia de calor, por lo que segenerar una menor cantidad de vapor que ascender por la torre, reduciendo latemperatura. Como se produce una menor cantidad de vapor, hay una mayor cantidad delquido que va al fondo de la torre, en este caso el controlador de nivel (LC) detectar unnivel mayor que su SP por lo que abrir un poco la vlvula de control para aumentar el flujode producto de fondo.

Fig. 6.37. Control de la correcta temperatura de ebullicin

La figura 6.37 muestra el control de la correcta temperatura de ebullicin medida en elfondo de la torre o en algn plato intermedio, mediante el control indirecto de la extraccinde producto de fondo. Si el controlador de temperatura (TC) detecta una temperatura mayorque el set-point (SP), entonces ordenar abrir un poco la vlvula de control aumentado elflujo de producto de fondo. Al aumentar el flujo de producto de fondo, el nivel del fondo de latorre disminuye, lo que es detectado por el controlador de nivel (LC) que ordena cerrar unpoco la vlvula de control de flujo de vapor (STM) disminuyendo la vaporizacin yaumentando la cantidad de lquido hacia el fondo de la torre. La menor vaporizacindisminuye la cantidad de vapor que asciende por la torre, lo que disminuye la temperatura.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.38. Control de temperatura en cascada con el flujo calefactor

La figura 6.38 muestra el control de la temperatura del fondo de la torre en cascada conel flujo calefactor que pasa a travs de un rehervidor. Si el controlador de temperatura (TC)detecta una mayor temperatura que el set-point (SP), enviar una seal al controlador deflujo (FC) disminuyendo su SP, en ese momento el controlador FC detecta que el flujo esmayor que su nuevo SP por lo que ordenar cerrar un poco la vlvula de control, reduciendoas el flujo calefactor hacia el rehervidor. Como disminuy el flujo calefactor se produce unamenor vaporizacin, lo que disminuir el flujo de vapor que asciende por la torredisminuyendo con ello la temperatura. Como se produce una menor cantidad de vapor, hayuna mayor cantidad de lquido que va al fondo de la torre, en este caso el controlador de

nivel (LC) detectar un nivel mayor que su SP por lo que abrir un poco la vlvula de controlpara aumentar el flujo de producto de fondo.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.39. Control de la composicin del producto de fondo

La figura 6.39 muestra el control de la composicin del producto de fondo mediante elflujo calefactor (STM) que pasa a travs del rehervidor. Si el controlador de composicin(AC) detecta que la concentracin del producto de fondo es mayor que el set-point (SP),entonces ordenar cerrar un poco la vlvula de control del flujo calefactor de manera que seproduzca una menor vaporizacin y por lo tanto un menor fraccionamiento. Como seproduce una menor cantidad de vapor, hay una mayor cantidad de lquido que va al fondo dela torre, en este caso el controlador de nivel (LC) detectar un nivel mayor que su SP por loque abrir un poco la vlvula de control para aumentar el flujo de producto de fondo.

Fig. 6.40. Control de temperatura mediante vlvula de tres vas


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CAPITULO VI

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La figura 6.40 muestra un rehervidor que utiliza como medio calefactor un aceite caliente(Hot Oil) cuyo control se realiza mediante una vlvula de tres vas. Si el controlador detemperatura (TC) detecta una temperatura mayor que el set-point (SP), entonces le indicara la vlvula que cierre un poco el flujo de aceite caliente hacia el rehervidor y aumente el

flujo del mismo por el by-pass. Esta accin har que se produzca una menor evaporacindel producto de fondo de la torre, logrando con ello una disminucin del flujo de vapor y unamenor temperatura. Como se produce una menor cantidad de vapor, hay una mayorcantidad de lquido que va al fondo de la torre, en este caso el controlador de nivel (LC)detectar un nivel mayor que su SP por lo que abrir un poco la vlvula de control paraaumentar el flujo de producto de fondo.

Fig. 6.41. Control de temperatura mediante by-pass

La figura 6.41 muestra un rehervidor que utiliza como medio calefactor un aceite caliente(Hot Oil) cuyo control se realiza mediante un controlador de diferencial de presin (DPC). ElHot Oil normalmente es una corriente que proviene de otro proceso de la misma planta, porlo que su flujo no se puede controlar para fines de este equipo, lo que obliga mantener unsistema que mantenga que permita variar el flujo de aceite que ingresa al rehervidor,independiente del flujo de aceite externo. Si el controlador de temperatura (TC) detecta unatemperatura mayor que el set-point (SP), entonces ordenar cerrar un poco la vlvula decontrol disminuyendo el flujo de Hot Oil hacia el rehervidor, logrando con ello unadisminucin de la evaporacin del producto de fondo y por lo tanto un disminucin de la

temperatura. Al cerrarse la vlvula de control del TC, se produce un aumento de la presinen la lnea aguas arriba de la vlvula, el controlador DPC detecta un diferencial de presinmayor que su SP por lo que ordena abrir un poco la vlvula de control para que aumente elflujo de Hot Oil a travs del by-pass.


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CAPITULO VI

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El Tope de una Torre Fraccionadora

Fig. 6.42. Control de presin en el flujo de vapor de tope

La figura 6.42 muestra el sistema de condensacin de una torre de destilacin en el cualse utiliza un condensador total de los gases de tope. Un condensador total se utiliza cuandoel producto de tope se desea obtener en forma lquida. Si el controlador de presin (PC)detecta una presin mayor que el set-point (SP), entonces ordenar abrir un poco la vlvulade control aumentando el flujo vapor hacia el condensador, esto provocar un aumento de lacondensacin aliviando la presin. Como se produjo un aumento en la condensacin ms

lquido llega al recipiente acumulador por lo que el controlador de nivel (LC) detectar unnivel mayor que su SP, ordenando abrir un poco la vlvula de control para regular el nivel,logrando con ello aumento del flujo de producto de tope. El controlador de flujo (FC) semantendr invariable.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.43. Control de presin en el flujo de vapor producto

La figura 6.43 muestra el sistema de condensacin de una torre de destilacin en el cualse utiliza un condensador parcial de los gases de tope. En este caso la utilizacin de uncondensador parcial es debido a que el producto de tope se desea obtener en formagaseosa, y solo se requiere condensar aquella parte que se retornar a la torre como reflujo.Si el controlador de presin (PC) detecta una presin mayor que el set-point (SP), entoncesordenar abrir un poco la vlvula de control aumentando el flujo vapor producto, estoprovocar una disminucin de la presin en el recipiente acumulador lo que disminuir lacondensacin de vapor. Como se produjo una disminucin de la condensacin, menoslquido llega al recipiente acumulador por lo que el controlador de nivel (LC) detectar unnivel menor que su SP, ordenando a la vlvula de tres vas aumentar el flujo hacia elcondensador y disminuir el flujo de vapor hacia fuera, contribuyendo a la disminucin depresin requerida. El controlador de flujo (FC) se mantendr invariable.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.44. Control de presin sobre el flujo de refrigerante

La figura 6.44 muestra el control de la presin del vapor de tope de una torre dedestilacin mediante el flujo de refrigerante al condensador. En los dos casos anteriores, elflujo de refrigerante era controlado manualmente. Si el controlador de presin (PC) detectauna mayor presin que el set-point (SP), entonces ordenar abrir un poco la vlvula decontrol aumentando el flujo de refrigerante hacia el condensador, logrando con ello unaumento de la condensacin de los vapores y por lo tanto una disminucin de la presin.Como se produjo un aumento de la condensacin, ms lquido llega al recipiente acumuladorpor lo que el controlador de nivel (LC) detectar un nivel mayor que su SP, ordenando abrirla vlvula de control y aumentar el flujo de producto de tope. El controlador de flujo (FC) se

mantendr invariable.

Fig. 6.45. Control de presin sobre los no-condensables


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CAPITULO VI

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La figura 6.45 muestra, a diferencia de lo mostrado anteriormente (ver figura 6.42), elcontrol de la presin del tope de la torre de destilacin mediante el flujo de los no-condensables. En este caso, existen en el proceso una cantidad de compuestos que a lapresin de operacin de la torre y la temperatura del refrigerante no son condensables, por

lo tanto se acumulan como gases en el recipiente acumulador que deben ser retirados paramantener la presin del sistema. Si el controlador de presin (PC) detecta una presinmayor que el set-point (SP), entonces ordenar abrir un poco la vlvula de controlaumentando el flujo de los no-condensables, esto provocar una disminucin de la presindel acumulador y por lo tanto un disminucin de la presin aguas arriba del condensador.Una disminucin de la presin en el condensador provocar una disminucin de lacondensacin, y menos lquido llegar al recipiente acumulador por lo que el controlador denivel (LC) detectar un nivel menor que su SP, ordenando cerrar un poco la vlvula decontrol para regular el nivel, provocando con ello una disminucin del flujo de producto detope. El controlador de flujo (FC) se mantendr invariable.

Fig. 6.46. Control de presin por by-pass de vapores al acumulador (1)

La figura 6.46 muestra el control de presin del tope de una torre de destilacin medianteel by-pass de vapores calientes directamente al acumulador. Si el controlador de presin(PC) detecta una presin mayor que el set-point (SP), entonces ordenar cerrar un poco lavlvula de control disminuyendo el flujo de vapores calientes hacia el acumulador, estoprovocar una disminucin de la temperatura del acumulador y un aumento de la

condensacin en el condensador, lo que disminuir finalmente la presin. Un aumento de lacondensacin, provocar que ms lquido llegue al recipiente acumulador por lo que elcontrolador de nivel (LC) detectar un nivel mayor que su SP, ordenando abrir un poco lavlvula de control para regular el nivel, provocando con ello una disminucin del flujo deproducto de tope. El controlador de flujo (FC) se mantendr invariable.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.47. Control de presin por by-pass de vapores al acumulador (2)

El control de la figura 6.47 fue explicado anteriormente (ver figura 6.14). En este caso, sedebe identificar adems la accin de los dems controladores.

Fig. 6.48. Control en cascada sobre el reflujo a la torre

La figura 6.48 muestra el control de la temperatura de tope en cascada con el reflujo de latorre. Si el controlador de temperatura TC detecta una temperatura mayor que el set-point(SP), entonces enviar una seal al controlador de flujo (FC) aumentando su SP. Cuando elcontrolador FC detecte que su flujo es menor al nuevo SP, ordenar abrir un poco la vlvula


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CAPITULO VI

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de control aumentando el reflujo fro hacia la torre, logrando con ello una disminucin de latemperatura. Esta menor temperatura provocar una disminucin del flujo de vapores quehaciende por la torre, disminuyendo la presin de tope, efecto que ser detectado por elcontrolador de presin (PC). La accin de este controlador fue discutida anteriormente (verfigura 6.42).

Fig. 6.49. Control de diferencial de temperatura

La figura 6.49 muestra el control del diferencial de temperatura entre la temperatura detope y el reflujo. El objetivo principal para instalar un control como este es asegurar un

reflujo de lquido interno en la torre constante. La accin de este controlador producto de unaumento de la temperatura T1 es similar al discutido anteriormente (ver figura 6.48). Si latemperatura T2 aumenta, el controlador de diferencial de temperatura (DTC) detectar unvalor menor a su set point (SP), cerrando un poco la vlvula de control para que menosreflujo ingrese a la torre aumentando el flujo de vapor de tope, con ello se produce unaumento de la temperatura T1 que aumenta el diferencial de temperatura al valor requerido.Un aumento en el flujo de vapor de tope provoca un aumento en la presin, que escontrarrestada por el controlador PC el que abre un poco la vlvula de control,producindose un aumento de producto condensado. Una mayor cantidad de condensadoproducto de la accin del controlador PC, junto con un menor reflujo producto de la accindel controlador FC, generan un aumento en el nivel de lquido en el acumulador que esdetectado por el controlador LC que abre un poco la vlvula de control para aumentar la

produccin de producto de tope, restableciendo con ello el nivel al valor deseado.


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CAPITULO VI

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Fig. 6.50. Control de temperatura sobre un pre-condensador

La figura 6.50 muestra el sistema de condensacin de una torre de destilacin en el cualse utiliza un pre-condensador de los gases de tope. El pre-condensador condensa lacantidad de gases suficientes para producir el reflujo requerido que retorna a la torre, elresto de los gases que no condensan son condensados en un condensador posterior queutiliza un refrigerante a menor temperatura que el pre-condensador. Si el controlador detemperatura (TC) detecta una temperatura mayor que el set-point (SP), entonces ordenarabrir un poco la vlvula de control del fluido HTM para aumentar la condensacin de los

gases, provocando un aumento del reflujo que disminuir la temperatura de tope. Unaumento de la condensacin dejar menos gases que pasan a travs del segundocondensador, por lo que el controlador de nivel (LC) al detectar un menor nivel que su SPcerrar un poco la vlvula de control disminuyendo el flujo de producto de tope. La accindel controlador de presin (PC) fue discutida anteriormente (ver figura 6.45).


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CAPITULO VI

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6.6. Equipos de Extraccin Lquido-Lquido

Fig. 6.51. Operacin con solvente pesado como fase continua


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CAPITULO VI

6-34

Fig. 6.52. Control del flujo de solvente en relacin con la alimentacin

Fig. 6.53. Control en cascada de la temperatura del solvente


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CAPITULO VI

6-35

Fig. 6.54. Control de un Mezclador - Decantador

6.7. Reactores Qumicos

Fig. 6.55. Control de temperatura mediante reflujo externo


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CAPITULO VI

6-36

Fig. 6.56. Control en cascada de la temperatura

Fig. 6.57. Control de temperatura mediante la presin de ebullicin


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CAPITULO VI

6-37

Fig. 6.58. Control de temperatura por composicin del producto

Fig. 6.59. Control de un horno de proceso como reactor tubular


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CAPITULO VI

6-38

Fig. 6.60. Control de reactores en serie

Fig. 6.61. Control principal de un Reactor Regenerador de un lecho fluidizado

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