sistema de separacion

DISEÑO DBASICO DE PROCESOS

DISEÑO BÁSICO DE PROCESOSDISEÑO BÁSICO DE PROCESOS

2


SISTEMA DE SEPARACIONSISTEMA DE SEPARACION

2

Actualmente la Organización de las Naciones Unidas Para el Desarrollo Integral (ONUDI) apoya un enfoque integral denominado Producción Más Limpia (P+L), a fin de desarrollar Procesos de Producción que no afecten, o muy poco, el medio ambiente desde el inicio, para no tener que tratar los efluente residuales.

Videos:

El margen competitivo (Auditoria de desechos sólidos (17 min) T-22

Dinero tirado al drenaje (reducción de desechos) (17 min u-5 min 20 seg)

T-23


2


2EVAPORADOR


2

EVAPORADOR


2

DESTILADOR


2

EXTRACTOR


2

CRISTALIZADOR

I.P.N. ESIQIE Consultor. Jorge S. Morán Guzmán

EQUIPO DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN CENTRIFUGACIÓN

Centrífuga con canastilla perforada

5


EQUIPO DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN CENTRIFUGACIÓN

Centrífuga con gusano rotatorio

5


EQUIPO DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN

DEVOLATILIZADOR DE TAMBOR

5



FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO

5



AGOTADOR

Y

CONCENTRADOR

5

TECNOLOGIA DE LOS POLIMEROS ITECNOLOGIA DE LOS POLIMEROS I



AGOTADOR

VERTICAL

5

EQUIPO DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN SECADOR ROTATORIO

5


SECADOR POR ASPERSIÓN

5

6I.P.N. ESIQIE Consultor. Jorge S. Morán Guzmán

POLIMERIZACIÓN POR SOLUCIÓN CON RECUPERACIÓN POR CENTRIFUGACIÓN, SECADO ROTATORIO, COLECTOR DE POLVO Y ALMACENAJE NEUMÁTICO


2

SÍNTESIS DEL SISTEMA DE SEPARACIÓN

OBJETIVOSEPARAR LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA Y PROPONER LAS MEJORES SECUENCIAS DE SEPARACIÓN

SECUENCIAS DE SEPARACIÓN

SON UNIDADES DE SEPARACIÓN CONECTADAS

ENTRE SÍ.

CADA UNIDAD DE SEPARACIÓN TENDRÁ UNA

ENTRADA Y DOS SALIDAS

NO HAY RECIRCULACIONES, ES DECIR, EL

SISTEMA ES ACÍCLICO

PARA SINTETIZAR EL SISTEMA DE SEPARACIÓN, SE ESTABLECE PRIMERO EL DIAGRAMA DE PROCE-SAMIENTO Y DE AHÍ PROVIENEN LAS MEZCLAS A SEPARAR (EFLUENTE DE LOS REACTORES).

SE REQUIERE SABER LAS SIGUIENTES PROPIEDADES:

DENSIDADES

TEMPERATURAS DE EBULLICIÓN

SOLUBILIDADES EN DIFERENTES SOLVENTES

TEMPERATURAS DE FUSIÓN

TAMAÑO DE PARTÍCULAS

PERMEABILIDADES

FACTORES A CONSIDERAR PARA LA ELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA

PROPIEDAD A EXPLOTAR

CANTIDADES O FLUJOS DE LAS ESPECIES

EFECTO QUE PUDIERA TENER LA OPERACIÓN SOBRE LAS ESPECIES

QUÍMICAS

PUREZA QUE SE REQUIERE DEL PRODUCTO

COSTO DE LA OPERACIÓN

MADUREZ DE LA TECNOLOGÍA (COMPROBADA)

UNA DE LAS COMUNES, SOBRE TODO EN LOS PROCESOS

PETROQUÍMICOS Y DE REFINACIÓN ES LA DESTILACIÓN

SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA

PROPIEDAD A EXPLOTAR TECNOLOGÌA

TEMPERATURA DE EBULLICIÒN EVAPORACIÓN, DESTILACIÓN

TAMAÑO DE PARTÍCULA FILTRACIÓN

SOLUBILIDADABSORCIÓN, CRISTALIZACIÓN, EXTRACCIÓN LÍQUIDO - LÍQUIDO

TEMPERATURA DE FUSIÓN CRISTALIZACIÓN

DENSIDAD CENTRIFUGACIÓN

CONSIDEREMOS QUE LA PROPIEDAD A EXPLOTAR ES LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN O BIEN LA DIFERENCIA DE LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

COMPUESTO T EB.

ºK

METANO A 111.657

ETANO B 184.616

PROPANO C 225.7

MEZCLA A

SEPARAR

GRADO DE FACILIDAD DE SEPARACIÓN

VOLATILIDAD RELATIVA

ÍNDICE DE LA SEPARABILIDAD RELATIVA DE DOS ESPECIES QUÍMICAS i y j Y SE DEFINE COMO :

ij = Ki / Kj

DONDE K ES LA RELACIÓN DE EQUILIBRIO VAPOR-LÍQUIDO

Ki = yi / xi

y = FRACCIÓN MOL EN LA FASE VAPOR

x = FRACCIÓN MOL EN LA FASE LÍQUIDA

SI ij = i / j 1.1 DESTILACIÓN SIMPLE.

SI ES MENOR, SE UTILIZA DESTILACIÓN EXTRACTIVA

CONSIDERANDO SELECCIONADA LA TECNOLOGÍA, EL PROBLEMA DE SÍNTESIS SE CONVIERTE EN DEFINIR LA SECUENCIA DE SEPARACIÓN.

REGLAS HEURÍSTICAS

SEPARAR PRIMERO LAS ESPECIES PELIGROSAS O

CORROSIVAS

UTILIZAR LA SECUENCIA DE SEPARACIÓN MÁS

ECONÓMICA.

PROCURAR SEPARAR EN PARTES IGUALES

DEJAR AL FINAL LAS SEPARACIONES DIFÍCILES

PROCEDIMIENTO DE SOLUCIÓN

FACTOR DE FACILIDAD DE SEPARACIÓNCOEFICIENTE DE FACILIDAD DE SEPARACIÓN

(NADGIR Y LIU)

COSTO RELATIVO DE SEPARACIÓN

FLUJO HACIA EL DOMO DE LA COLUMNA

A) MEZCLA DE DOS COMPUESTOS

B) MEZCLA DE TRES COMPUESTOS

1

2

1

2

S1

1

2

3 2

3

1 2

3

S1 S21

2

3

1

21

23

S1 S2

ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2

C) MEZCLA DE CUATRO COMPUESTOS

1

2

3

42

3

4

1 3

3

44

S1 S2 S3

1

2

3

4

S1

2 1 2

2

3

4

4 3

S2 S3

1

2

3

4 3

4

1

2

3

1

21

2

3

4

1

2

3

4

S1 S2 S3

42

3

1 2

3

S1 S2 S3

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

1

2

S1 S2 S3

ALTERNATIVA 1 2

3

ALTERNATIVA 2


ALTERNATIVA 5

NO. DE COMPO-NENTES

NO. DE EQUIPOS DE SEPARACIÓN

NO. DE SECUEN-CIAS POSIBLES

2 1 1

3 2 2

4 3 5

5 4 14

6 5 42

7 6 132

8 7 429

9 8 1430

10 9 4862

NO. EQUIPO = NO. COMPONENTE - 1

NO. SEC =[2 (NO. COMP – 1)] !

NO. COMP ! (NO. COMP –1)!

NÚMERO DE SECUENCIAS POSIBLES

COSTO RELATIVO DE SEPARACIÓN, CRS

CRS = CARGA Ó FLUJO QUE ENTRA AL SEPARADOR GRADO DE FACILIDAD DE SEPARACIÓN

PARA UNA SECUENCIA COMPLETA

CRS =Di ij

SEPARADOR

K=1

Di ij

CRS =

FACILIDAD DE SEPARACIÓN ENTRE LOS COMPUESTOS CLAVE

REGLAS HEURÍSTICAS

1- ELIMINAR PRIMERO LAS ESPECIES CORROSIVAS Y PELIGROSAS

2- SELECCIONAR LA ALTERNATIVA MÁS ECONÓMICA

3

4

1

2

3

42

3

4

1

3

4

2

S1 S2 S3

D3 + D4

CRS = D1 + D2 + D3 + D4

D2 + D3 + D4

+ + = 18 D /

GENERACIÓN DE REGLAS HEURÍSTICAS

CASO A

D1 + D2 + D3 = D D4 = 4D

ALTERNATIVA 1

1

2

3

4

S1

1 2

2

3

4

4 3

S2 S3

CRS = D1 + D2 + D3 + D4

D2 + D3 + D4

+ + D2 + D3

2

3

ALTERNATIVA 2

= 15 D /

CASO A

D1 + D2 + D3 = D D4 = 4D

CRS = D1 + D2 + D3 + D4

D2 + D3 + D4

+ + D2 + D3

1

2

3

4

3

4

1

2

1

2

3

4

S1 S2 S3

= 14 D /

ALTERNATIVA 3

CASO A

D1 + D2 + D3 = D D4 = 4D

1

2

31

2

3

4

42

3

1 2

3

S1 S2 S3

CRS = D1 + D2 + D3 + D4

D1 + D2 + D3

+ + D2 + D3

ALTERNATIVA 4

= 12 D /

CASO A

D1 + D2 + D3 = D D4 = 4D

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

1

2

S1 S2 S3

CRS = D1 + D2 + D3 + D4

D1 + D2 + D3

+ + D1 + D2

ALTERNATIVA 5

= 12 D /

CASO A

D1 + D2 + D3 = D D4 = 4D

1

2

3

42

3

4

1 3

3

44

S1 S2 S3

1

2

3

4

S1

2 1 2

2

3

4

4 3

S2 S3

1

2

3

4 3

4

1

2

3

1

21

2

3

4

1

2

3

4

S1 S2 S3

42

3

1 2

3

S1 S2 S3

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

1

2

S1 S2 S3

ALTERNATIVA 1

2

3

ALTERNATIVA 2


ALTERNATIVA 5

CRS = 18 D / CRS = 15 D /

CRS = 14 D / CRS = 12 D /

CRS = 12 D /

CASO A

D1 = D2 = D3 =D D4 = 4D

SEPARE PRIMERO LOS COMPUESTOS QUE ESTÉN EN MAYOR PROPORCIÓN

1

2

3

42

3

4

1 3

3

44

S1 S2 S3

1

2

3

4

S1

2 1 2

2

3

4

4 3

S2 S3

1

2

3

4 3

4

1

2

3

1

21

2

3

4

1

2

3

4

S1 S2 S3

42

3

1 2

3

S1 S2 S3

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

1

2

S1 S2 S3

ALTERNATIVA 1

2

3

ALTERNATIVA 2


ALTERNATIVA 5

CRS = 9 D / CRS = 9 D /

CRS = 8 D / CRS = 9 D /

CRS = 9 D /

CASO B

D1 = D2 = D3 =D4

PROCURE SEPARAR EN PARTES IGUALES

1

2

3

42

3

4

1 3

3

44

S1 S2 S3

1

2

3

4

S1

2 1 2

2

3

4

4 3

S2 S3

1

2

3

4 3

4

1

2

3

1

21

2

3

4

1

2

3

4

S1 S2 S3

42

3

1 2

3

S1 S2 S3

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

1

2

S1 S2 S3

ALTERNATIVA 1

2

3

ALTERNATIVA 2


ALTERNATIVA 5

CRS = 15 D / CRS = 13 D /

CRS = 16 D / CRS = 13 D /

CRS = 15 D /

CASO C D1 = D2 = D3 =D4

LAS SEPARACIONES DIFÍCILES ES MEJOR DEJARLAS AL FINAL

EJEMPLOS DE DETERMINACIÓN

DE SECUENCIAS DE SEPARACIÓN CON

DESTILACIÓN SIMPLE UTILIZANDO EL

METODO DE NADGIR-LIU

EJEMPLO: SÍNTESIS DE UNA SECUENCIA DE SEPARACIÓN PARA LA MEZCLA CUYAS PROPIEDADES SE MUESTRAN. SE SUPONE SEPARACIÓN CON EFICIENCIA DEL 100 %. SE UTILIZAN TEMPE-RATURAS DE EBULLICIÓN

COMPUESTO FLUJO

mol / h

T EB.

ºC

H2 A 18 -253

CH4 B 5 -161

ETILENO C 24 -104

ETANO D 15 -88

PROPILENO E 14 -48

PROPANO F 6 -42

PESADOS G 8 -1

NO SE REQUIRE SEPARA EL H2 DEL CH4

LOS COMUESTOS DEBEN ESTAR ORDENADOS DEL MÁS LIGERO AL MÁS PESADO

COMPUESTO FLUJO

mol / h

T EB.

ºC

=

T ij

Di=D/F

Di=F/D

CFS =

Di

H2 A 18 -253

CH4 B 5 -16157 0.34 19.38

ETILENO C 24 -10416 0.91 14.56

ETANO D 15 -8840 0.45 18.0

PROPILENO E 14 -486 0.18 1.1

PROPANO F 6 -4241 0.09 3.69

PESADOS G 8 -1

1

5

4

3

2

S1 S2

S3 S4 S5

HCDEFG

H2 METANO

HC

H

C

EFG

DEFG

D

EF

G F

E

H

SECUENCIA DE SEPARACIÓN

COMPUESTO FLUJO

mol / h

T EB.

ºCCFS

H2 A 18 -253

CH4 B 5 -161 19.38

ETILENO C 24 -104 14.56

ETANO D 15 -88 18.0

PROPILENO E 14 -48 1.1

PROPANO F 6 -42 3.69

PESADOS G 8 -1

ESTIMACIÓN DE FLUJO DE VAPOR QUE SE DIRIGE AL DOMO DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN

FV = (FA + FB + .... + FCL) + (FA + FB + .... + FCL + .... + FCP) RF

VR -1

FV = FLUJO DE VAPOR EN EL DOMO DE LA COLUMNA

FCL = FLUJO COMPONENTE CLAVE LIGERO

FCP = FLUJO COMPONENTE MÁS PESADO

RF = RELACIÓN DE REFLUJO (1.1)

VR = VOLATILIDAD RELATIVA DE LOS COMPONENTES ADYACENTES

FA, FB SON LOS COMPONENTES PRESENTES EN LA COLUMNA DE DESTILACIÓN

COMPUESTO FRACCIÓN

MOL ij =

(ij – 1) X 100

Di=D/F

Di=F/D

CFS =

Di

N PROPANO A .052 100 .05263 5.263

I - BUTANO B .151.33 33 .25 8.25

N BUTANO C .252.4 140 .8188 114.63

I - PENTANO D .201.25 25 .5384 13.46

N - PENTANO E .35

EJEMPLO: SÍNTESIS DE UNA SECUENCIA DE SEPARACIÓN PARA LA MEZCLA CUYAS PROPIEDADES SE MUESTRAN. SE SUPONE SEPARACIÓN CON EFICIENCIA DEL 100 %. SE UTILIZAN VOLATILIDADES RELATIVAS

S1 S3

S2

S4

ABCDE

ABC

A

C

AB

DE

D

E

B

SECUENCIA DE

SEPARACIÓN

COMPUESTO FRACCIÓN

MOLi

jCFS

N PROPANO A .05 2 5.263

I - BUTANO B .15 1.33 8.25

N BUTANO C .25 2.4 114.63

I - PENTANO D .20

1.25 13.46

N - PENTANO E .35

B

AB

1ª ALTERNTIVA

FV = 5.8257

S1 S3

S2

S4

ABCDE

ABC

C

A AB

DE

D

E

SECUENCIA DE

SEPARACIÓN

COMPUESTO FRACCIÓN

MOLi

jCFS

N PROPANO A .05 2 5.263

I - BUTANO B .15 1.33 8.25

N BUTANO C .25 2.4 114.63

I - PENTANO D .20

1.25 13.46

N - PENTANO E .35

BBC

2ª ALTERNATIVA

FV = 5.8840

sistema de separacion

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