UNIVERSIDAD POLITECNICA DE TLAXCALA

INGENIERIA QUIMICA

DESTILACIÓN- ABSORCIÓN

I.Q. EMMANUEL TOLAMATL LÓPEZ

CASO DE ESTUDIO DISEÑO DE TRENES

OMAR MORALES PLUMA

TEPEYANCO TLAX; A 22 DE ABRIL DEL 2016.

OBJETIVO. Separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas

volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. Simular la separación de una mezcla multicomponentes con el simulador

Aspen Plus ®

INTRODUCCIÓN.

DESTILACIÓN:

Separación de los componentes de una mezcla debido a la diferencia de volatilidad entre las sustancias que la forman una columna de destilación está formada habitualmente por una carcasa cilíndrica, un condensador y un hervidor.

En el interior de la carcasa se suele disponer un relleno o una serie de platos para que la separación se lleve a cabo de la mejor manera posible y de esta manera se aumenta la eficacia.

El hervidor proporciona la energía necesaria para llevar a cabo la separación

El condensador enfría el vapor para condensarlo y mejorar la eficacia de la destilación, mientras que el acumulador de reflujo almacena el vapor condensado para introducir una parte de este de nuevo a la columna como reflujo.

La alimentación de suele introducir en una de las etapas intermedias y a partir de ahí se divide la columna en una sección de rectificación o enriquecimiento y en una sección de agotamiento o empobrecimiento

Normalmente es necesario realizar más de una etapa de destilación para alcanzar la pureza requerida en los componentes destilados.

INTRODUCCIÓN A ASPEN PLUS ®

Aspen es un simulador estacionario, orientado a la industria de proceso: química y petroquímica

Modela y simula cualquier tipo de proceso para el cual hay un flujo continuo de materiales y energía de una unidad de proceso a otra.

La simulación con Aspen Plus permite predecir el comportamiento de un proceso a través del uso de relaciones básicas de ingeniería, como balances de materia y energía, equilibrios químicos y de fase y cinéticas de reacción.

Aspen ofrece distintos modelos de columnas de destilación la columna DSTWU y la columna Rad-Frac, de los cuales vamos a utilizar la columna DSTWU.

ELECCIÓN DEL MODELO TERMODINÁMICO

Las propiedades mas empleadas son: coeficientes de actividad, de fugacidad, entalpias, densidades, entropías y energías libres

Se selecciona directamente el método que se quiere emplear, los mas usuales son: NRTL, Wilson, Redlich-Kwong, UNIFAC, UNIQUAC.

Se deben seleccionar según el tipo de componentes y condiciones de trabajo: Mezclas ideales, hidrocarburos y gases de hidrocarburos, mezclas no polares, mezclas altamente no ideales, mezclas polares, petróleo, etc.

En el caso de nuestra mezcla, se ha elegido el modelo termodinámico de WILSON. Este método se basa en los coeficientes de actividad y cambios de entalpias; además de que se adapta perfectamente a los hidrocarburos.

CASO DE ESTUDIO.

DESARROLLO DE LA SIMULACIÓN

Entre los modelos de columnas de destilación que ofrece Aspen Plus, vamos a estudiar dos modelos: DSTWU y Rad-Frac

DSTWU

Esta diseñado para tener una corriente de alimentación y dos corrientes de salida.

Realiza los cálculos utilizando los métodos Fenske, Gilliland’s y Underwood’s (FUG) para determinar el numero de etapas y la relación de reflujo

Se debe especificar la recuperación de los claves ligero y pesado

La columna DSTWU calcula el numero de etapas mínimas y la relación de reflujo mínima de la recuperación especificada.

Primero se construye una columna de destilación DSTWU

Se parte de la mezcla de ABC, en la cual se separa AB de C, enviando el producto C a los fondos y AB al destilado

Se pide especificar:

El numero de etapas teóricas o la relación de reflujo = 1.1

Presión en la torre y en el condensador: se fijan en 300 psia

Recuperación de componente clave: cantidad de componente en el destilado dividido por la cantidad de este en la alimentación.

Clave ligero Clave pesado

Especificación del condensador: Total

Se obtienen los siguientes resultados:

En la tabla se presentan los flujos molares (Kmol/h)de la columna DSTWU.

reflujo minimo 1.99037619reflujo actual 2.17840381numero de platos teoricos 16.9188749numero de platos reales 26.6097717plato de alimentacion 13.9730984calor requerido para el rehervidor 2111511.54 Btu/hr

enfriamiento requerido del condensador 4354502.56 Btu/hrtemperatura del destilado 110.1313506Ctemperatura de los fondos 155.9668089C

Balance de materia

Alimentación Destilado Fondos

A 100 99 1 Recuperación del

99%B 150 1.5 148.5

C 1500.0001602

67 149.9998D 0 0 0fluj_molar Kmol/hr 400 100.5002 299.4998 kg/hr 25353.39 5841.413 19511.98flujo total Kmol/hr

319.4302186

�̇�

Posteriormente se repite el proceso para la razón de reflujo de 1.2

reflujo minimo 1.99036617reflujo actual 2.38845134numero de platos teóricos 19.8289751numero de platos reales 36.1970556plato de alimentacion 18.9028504calor requerido para el rehervidor 2394606.5Btu/hrenfriamiento requerido del condensador 4637597.52Btu/hrtemperatura del destilado 110.1313506Ctemperatura de los fondos 155.9668089C

Balance de materia Alimentación Destilado FondosA 100 99 1B 150 1.5 148.5C 150 0.000160267 149.9998D 0 0 0flujo molar Kmol/hr 400 100.5002 299.4998 kg/hr 25353.39 5841.413 19511.98

flujo total domo Kmol/hr 340.5400374Dc 32.80729883in

Relación de costos para ambos reflujoscosto x plato $1200

$de la columna 7663.61425$/año

CONDENSADORDT= 140.2364311 

U 100Btu/h*ft^2*°F

Q 4354502.56Btu/hÁrea 310.5115073ft^2Costo 9000 Costo del condensador 2160$/año

HERVIDORQb= 2111511.54Btu/hr

U 80Btu/h*ft^2*°F

DT= 118.740256°FÁrea 222.2826119ft^2Costo $ 16000 Costo del hervidor 3840$/año

Agua de enfriamientoCosto anual total 3997.43335$/año

VAPOR DE CALENTAMIENTOCosto Anual 14703.31629$/año

COSTO TOTAL ANUAL 32364.36389$/año

costo x plato $1200

$de la columna10424.7520

1$/año

CONDENSADOR

DT=140.236431

1 

U 100Btu/h*ft^2*°F

Q 4637597.52Btu/h

Área330.698484

3ft^2Costo 9000 Costo del condensador 2160$/año

HERVIDORQb= 2394606.5Btu/hr

U 80Btu/h*ft^2*°F

DT= 118.740256°F

Área252.084526

8ft^2Costo $ 17000 Costo del hervidor 4080$/año

Agua de enfriamiento

Costo anual total4257.31452

3$/año

VAPOR DE CALENTAMIENTOCosto Anual 16674.622$/año

COSTO TOTAL ANUAL

37596.68853$/año

R=1.1 R=1.2

Análisis de comparación

Análisis de comparaciónR 1.1 1.2  n 26.6097717 36.1970556  Dc 32.05300723 32.8072988 in

$de la columna 7663.61425 10424.752$/año

$del condensador 2160 2210$/año

Costo del hervidor 3840 4080$/año

Agua de enfriamiento 3997.43335 4257.31452$/añoVAPOR DE CALENTAMIENTO 14703.31629 16674.622$/año

COSTO TOTAL ANUAL 32364.36389 37596.6885$/año

CONCLUSIÓN La mezcla objeto de separación es una mezcla complicada, ya que sus

componentes tienen puntos de ebullición muy aproximados, esto hace que se complique de cierta manera la separación.

En la columna DSTWU, se ha hecho una prueba preliminar para hacerse una idea de los parámetros de operación aproximados que hay que emplear.

La columna de destilación para un reflujo de 1.1 se obtuvieron 26 platos y para el reflujo de 1.2 se obtuvieron 36 platos; ante estos datos y los costos lo mas conveniente es optar por la columna de 26 platos ya que es mas económica.

BIBLIOGRAFIAS.

COULSON, J.M. y J.F. RICHARDSON. “Ingeniería Química. Tomo II. Operaciones básicas”. Editorial Reverte, Barcelona, 1988.

TREYBAL, R. “Operaciones de Transferencia de Masa”. Editorial Mc GRAW-HILL. 3a edición. México, 1998.

Arturo Jiménez Gutiérrez. “Diseño de procesos en Ingeniería Química”. Celaya, Guanajuato. México.

“Manual del Ingeniero Químico” ñ R. H. Perry, editor.