COLUMNAS DE DESTILACION SIMPLESSECUENCIAS

1 A/BC B/C2 AB/C A/B

TRES COMPONENTES

Secuencias Columna 1 Columna 2

SEPARACION MULTICOMPONENTESECUENCIAS DE COLUMNAS SIMPLES

ABC

A/BC

AB/C

B/C

A/B

Secuencia Directa

Secuencia Indirecta

SEPARACION MULTICOMPONENTESECUENCIAS DIRECTA E INDIRECTA

Secuencia Directa Secuencia Indirecta

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

1 A/BCD B/CD C/D

2 A/BCD BC/D B/C

CUATRO COMPONENTES

3 AB/CD A/B C/D4 ABC/D A/BC B/C

5 ABC/D AB/C A/B

Secuencias Columna 1 Columna 2 Columna 3

SEPARACION MULTICOMPONENTESECUENCIAS DE COLUMNAS SIMPLES

BC/D B/C

AB/C A/B

ABCD

A/BCD

ABC/D

B/CD

A/BC

C/D

B/C

AB/CD A/B C/D

1 A/BCDE B/CDE C/DE D/E

CINCO COMPONENTESSecuencias Columna 1 Columna 2 Columna 3 Columna 4

SEPARACION MULTICOMPONENTESECUENCIAS DE COLUMNAS SIMPLES

2 A/BCDE B/CDE CD/E C/D3 A/BCDE BC/DE B/C D/E4 A/BCDE BCD/E B/CD C/D5 A/BCDE BCD/E BC/D B/C6 AB/CDE A/B C/DE D/E

7 AB/CDE A/B CD/E C/D8 ABC/DE A/BC D/E B/C9 ABC/DE AB/C D/E A/B10 ABCD/E A/BCD B/CD C/D11 ABCD/E A/BCD BC/D B/C12 ABCD/E AB/CD A/B C/D13 ABCD/E ABC/D A/BC B/C

14 ABC/DE ABC/D AB/C A/B

SECUENCIAS DE SEPARADORESFORMULA DE THOMPSON Y KING (1972)COMPONENTES (n) - METODOS DE SEPARACION (S)

( )( )( )

1

! 1! ! 12 . −

−−

= nSnnnSecuenciasdeNo

2 1 2 33 2 8 184 5 40 1355 14 224 11346 42 1344 102067 132 8448 96228

10 4862 2.489.344 95.698.746

n/S 1 2 3

SECUENCIAS DE COLUMNASHEURISTICAS GENERALES

Remueva los componentes reactivos o corrosivos tan pronto comosea posible

Remueva productos finales como destilados o como corrientes devapor producidos en rehervidores totales

Prefiera la secuencia directa

Prefiera la reducción del número de columnas en un lazo derecirculación

Globalice pares de componentes con volatilidades relativas menores1.1 y remuevalos como un solo producto que se separe empleandootra tecnología

SECUENCIAS DE COLUMNAS SIMPLESHEURISTICAS

Remueva primero el componente mas abundante

Remueva primero el componente mas liviano

Realice de último las separaciones con las mas altas recuperaciones

Realice de último las separaciones más difíciles

Favorezca las separaciones que produzcan flujos molares dados dedestilado y de fondo con la diferencia mas pequeña

Realice la próxima separación mas económica al seleccionar unasecuencia de columnas

segpiepiemolM

vmGG

/,)/(

5.15.13ρρ

==

)3600)(5.1(88.0/

)3600(88.0)/(

88.0)/( 3

mG

m

MFvhmolF

vsegpieQA

ρρ

===

4/12/12/1

0164.088.044

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

m

GT

MFv

QADρππ

VELOCIDAD DEL VAPOR (Douglas, 1988)

AREA Y DIAMETRO DE UNA COLUMNA

FLUJO DE VAPOR - COSTOS DE COLUMNA

Fqfii ik

ik )1( −=−∑ φα

α

DRVdii ik

ik )1( minmin +==−∑ φα

α

BRVbii ik

ikmin

__

min

__==

−∑ φαα

ikα Volatilidad relativa de i con respecto a k φ Variable a determinar

iii bdf ,, Flujos molares de componentes BDF ,, Flujos molares totales

q Fracción del alimento que se une a la corriente líquida en el plato de alimentación

min

__

min , RR Relaciones de reflujo mínimas

min

__

min,VV Flujos mínimos de vapor

FLUJO MINIMO DE VAPORECUACION DE UNDERWOOD

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES MEZCLA TERNARIA

ALIMENTO: COMPOSICION: 20% n-C5; 30% n-C6; 50% n-C7 FLUJO: 10 mol/s CONDICION: Punto de burbuja OBJETIVO: Obtener por destilación tres productos en sus puntos de burbuja con composiciones del 99% n-C5, 99% n-C6 y 99% n-C7, respectivamente ASIGNACION: Determinar la secuencia, directa o indirecta, de dos columnas de destilación simple con las que se consiga el objetivo propuesto con un menor costo total.

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES MEZCLA TERNARIA – PROPIEDADES

Propiedad n-Pentano n-Hexano n-Heptano

Peso mol 72.151 86.176 100.205

T. de ebullición, K 309.187 341.887 371.6

T. Crítica, K 469.8 507.9 540.2

P. Crítica, bar 33.3 29.3 27.0

DE ST IL ACIO N DE SIST E M A S IDE A L E S M E ZCL A TE R NA R IA – C AL C UL O S FL A SH

H Y SY S (U NIQ U A C – Idea l)

n-C5 n-C6 n-C7

1,424 0,687 4,72 2,07Rocío 1,0 357,4 3,242

1,238 0,597 4,65 2,07L-V 0,5 351,3 2,779

0,948 0,445 5,54 2,13Burbuja 0 341,6 2,466

Volatilidad Relativa

n-C5 / n-C7

Volatilidad Relativa

n-C6 / n-C7

Constantes de EquilibrioCondición Fracción

de vaporTemperatura K

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES MEZCLA TERNARIA

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

(a) (b)

Figura 1. Secuencia (a) directa y (b) indirecta

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

BALANCES DE MATERIA Balances de componentes

smolCnfCnf III / 2)5()5( =−+− smolCnfCnfCnf IIIIII / 3)6()6()6( =−+−+−

smolCnfCnf IIIII / 5)7()7( =−+−

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

RELACIONES INICALES Especificaciones iniciales de productos Producto I: )6(99)5( CnfCnf II −=−

Producto II: )6(990

5)5( CnfCnf IIII −=−

)6(990

5)7( CnfCnf IIII −=− Producto III: )6(99)7( CnfCnf IIIIII −=−

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS Y COMPOSICIONES DE PRODUCTOS

Componentes Producto I

mol/sProducto I

% molProducto II

mol/sProducto II %

molProducto III

mol/sProducto III %

mol

0,005 4,985 0,990

Total 2,005 1,000 2,960 1,000 5,035 1,000

n-C7 0,000 0,000 0,015

2,9300,0100,020n-C6

0,005 0,000 0,000

0,0100,0500,990

n-C5 1,985 0,990 0,015

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna I: Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

)/ 10)(11()/ 5(1

1)/ 3(13.2

13.2)/ 2(54.5

54.5 smolsmolsmolsmol −=−

+−

+− φφφ

Resolviendo: [ ]43.1 ,68.3=φ Columna I: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolV / 02.4)/ 02.0(68.313.2

13.2)/ 985.1(68.354.5

54.5min =

−+

−=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna II:Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

0)/ 5(1

1)/ 98.2(13.2

13.2)/ 015.0(54.5

54.5 =−

+−

+−

smolsmolsmolφφφ

Resolviendo para los componentes claves: [ ]50.1=φ Columna II: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolsmolV / 9.950.11

)/ 015.0(150.113.2

)/ 93.2(13.250.154.5

)/ 015.0(54.5min =

−+

−+

−=

Flujo mínimo total de vapor = 4.02 + 9.9 = 13.92 mol/s (S.D)

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA INDIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna I: Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

)/ 10)(11()/ 5(1

1)/ 3(13.2

13.2)/ 2(54.5

54.5 smolsmolsmolsmol −=−

+−

+− φφφ

Resolviendo: [ ]43.1 ,68.3=φ Columna I: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolsmolV / 64.111.43-1

)/ 015.0(143.113.2

)/ 95.2(13.243.154.5

)/ 2(54.5min =+

−+

−=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA INDIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna II:Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

0)/ 015.0(1

1)/ 95.2(13.2

13.2)/ 2(54.5

54.5=

−+

−+

−smolsmolsmol

φφφ Resolviendo para los componentes claves: [ ]36.3=φ Columna II: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolV / 0.535.313.2

)/ 02.0(13.236.354.5

)/ 985.1(54.5min =

−+

−=

Flujo mínimo total de vapor = 11.64 + 5.0 = 16.64 mol/s (S.I)

SECUENCIA DIRECTACOMPONENTES CLAVES Y NO CLAVES

DCBAClaves

i fffff +++=∑ )(2

DC

ClavesNoi fff 2

+=∑

B---CD

A---BCD

A

D

ABCD

C--D

B

C

SECUENCIA INDIRECTACOMPONENTES CLAVES Y NO CLAVES

DCBAClaves

i fffff +++=∑ )(2

ABClavesNo

i fff 2

+=∑ ABCD

AB

----C

ABC---D

A

D

A----B

B

C

COMPONENTES CLAVES Y NO CLAVESEFECTOS EN LA COLUMNA

X

XXX X X

X

Claves

No Claves

fi

Soluciones

Claves

Grandes Flujosde

No Claves

T

Q

Pequeños Flujosde

No Claves

Rehervidores

Condensadores

Fqbdf ii ik

iki

i ik

iki

i ik

ik )1( −=−

+−

=− ∑∑∑ φα

αφα

αφα

α

ii ik

iki

i ik

ik bFqdV ∑∑ −−−=

−=

φαα

φαα )1(min

FLUJO DE VAPOR MARGINALFLUJO VAPOR DE COMPONENTE NO CLAVE

Para los componentes, i, no claves

ihklk

ik

ik ficomponentedelinadomvapordemínimoFlujo

2

arg αα

α

α+

−=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES FLUJO MINIMO DE VAPOR MARGINADO

Secuencia directa:

smoldeinadomvapordemínimoFlujo / 76.1)5(

213.254.51

1C7-n arg =+−

=

Secuencia indirecta:

smoldeinadomvapordemínimoFlujo / 79.2)2(

2113.2

54.5

54.5C5-n arg =+

−=

Menor flujo mínimo de vapor marginado: S.D

Alcohol Flujo Volatilidad relativa Mol/s A 1 4.3 B 0.5 4.0 C 1 3 D 7 2 E 10 1

MEZCLA DE CINCO ALCOHOLESSECUENCIAS DE COLUMNAS PARA SEPARACION

C. Claves A B C D E A/B - - 2.6 6.5 3.2 B/C 5.3 - - 9.3 4.0 C/D 2.4 1.3 - - 6.7

D/E 1.5 0.8 2.0 - -

MEZCLA DE CINCO ALCOHOLESFLUJOS DE VAPOR MARGINALES

1 3 ,3 6 ,7B /C D E C /D E

1 2 ,3 8 ,0 2 ,0A /B C D E B C /D E C D /E

1 8 ,6 2 ,8 9 ,3A B /C D E B C D /E B /C D

1 0 ,4 9 ,1 1 ,3A B C /D E A /B C D B C / D

4 ,3 1 4 ,6 2 ,6A B C D /E A B /C D A /B C

3 ,7 5 ,4A B C / D A B /C

MEZCLA DE CINCO ALCOHOLESFLUJOS DE VAPOR MARGINALES

MEZCLA DE CINCO ALCOHOLESFLUJOS DE VAPOR MARGINALES

Secuencia No. Separaciones Flujo marginado Posición

1 A/BCDE, B/CDE, C/DE, D/E 32,3 142 A/BCDE, B/CDE, CD/E, C/D 27,6 133 A/BCDE, BC/DE, B/C, D/E 20,3 84 A/BCDE, BCD/E, B/CD, C/D 24,4 115 A/BCDE, BCD/E, BC/D, B/C 16,4 66 AB/CDE, A/B, C/DE, D/E 25,3 127 AB/CDE, A/B, CD/E, C/D 20,6 98 ABC/DE, A/BC, B/C, D/E 13,0 29 ABC/DE, AB/C, A/B, D/E 15,8 5

10 ABCD/E, A/BCD, B/CD, C/D 22,7 1011 ABCD/E, A/BCD, BC/D, B/C 14,7 412 ABCD/E, AB/CD, A/B, C/D 18,9 713 ABCD/E, ABC/D, A/BC, B/C 10,6 114 ABCD/E, ABC/D, AB/C, A/B 13,4 3