TEMA IV
Destilación Multicomponentes
OPERACIONES UNITARIAS II
CONTENIDO GENERAL
1. INTRODUCCIÓN A LA DESTILACIÓN
MULTICOMPONENTES
2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
3. METODOS APROXIMADOS EN LA DESTILACIÓN
MULTICOMPONENTES
Destilación multicomponentes
1. INTRODUCCIÓN
En la industria muchos de los procesos de
destilación incluyen la separación de más dos
componentes. Los principios generales del diseño de
las torres de destilación de multicomponentes son
iguales en muchos aspectos a los que se conocen
para los sistemas binarios:
Destilación multicomponentes
Balance de masa y energía globales y para cada
componente de la mezcla
Datos de equilibrios empleados en el cálculo de
temperatura de ebullición de la mezcla
Conceptos de reflujo mínimo y total como casos
limitantes
1. INTRODUCCIÓNDestilación multicomponentes
NUMERO DE TORRES DE DESTILACIÓN
NECESARIAS:
En general para la separación de compuestos
relativamente puros de una mezcla de n componentes,
serán necesarios n-1 fraccionadores
DESTILACIÓN DE MEZCLAS COMPLEJAS:
Destilación de mezclas de hidrocarburos (petróleo crudo o
cortes)
Destilación azeotrópica y extractiva
CondensadorRefrigerante
Columna
acuosa
Columna
orgánica
Alimentación
Agua
Solvente
Decantador
Vapor
Condensado
Vapor
Condensado
Proceso de destilación azeotrópica
Alimentación
binaria
(azeotrópica)
DATOS DE EQUILIBRIO EN DESTILACIÓN
MULTICOMPONENTE
Destilación multicomponentes1. INTRODUCCIÓN
i
ii
x
yK
Coeficiente de distribución entre fases del
componente i
j
iij
K
K Volatilidad relativa; índice de indica la
facilidad o dificultad de separación de los
componentes i y j por medio de la destilación
Destilación multicomponentesINTRODUCCIÓN
CORRELACIONES GRÁFICAS DEL VALOR DE K:
Gráficos de DePriester (cubren 12 hidrocarburos)
Gráficos de Kellogg
Gráficos de Edmister y Ruby
CORRELACIONES ANALITICAS DEL VALOR DE K:
iV
iL
iK
: Coeficiente de fugacidad de la mezcla
determinada a través de ecuaciones de estado
Valores de K en
sistemas de
hidrocarburos
ligeros (DePriester,
1953)
Destilación multicomponentes1. INTRODUCCIÓN
Destilación multicomponentes
1. INTRODUCCIÓN
Determinación de la temperatura de ebullición
(punto de burbuja)
A una presión específica, el punto de ebullición de una mezcla
de multicomponentes dada debe satisfacer la relación:
1.1
n
ii
n
i
i xKy
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
GRADOS DE LIBERTAD Y VARIABLES DE DISEÑO
En el diseño de procesos para la separación física, la
primera etapa consiste generalmente en la especificación
de las condiciones del proceso o variables
independientes.
Mooson Kwauk, 1956
EVD NNN
ND: Grados de libertad
NV: Número de variables de diseño
independientes
NE: Número de relaciones o ecuaciones
independientes
El número de variables independientes que se deben
especificar en un sistema de fraccionamiento con
propósito de diseño es:
NV = n + 6 ( n: número de componentes)
Usualmente las variables especificadas conveniente o
necesariamente en mezclas de n componentes son las
siguientes:
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Variables Mezcla
ternaria
Mezcla 8
componentes
Flujo alimentación 1 1
Composición alimentación 2 7
Entalpía de la alimentación 1 1
Temperatura del reflujo 1 1
Presión de la columna 1 1
Composición de destilado y/o
residuo
2 2
TOTAL 9 14
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
ESPECIFICACION DE LA COMPOSICION DE
DESTILADO Y/O RESIDUO:
Selección de los componentes claves:
Clave ligero: Componente más volátil de los que salen
tanto en tope como en fondo (L)
Clave pesado: Componente más pesado de los que salen
tanto en tope como en fondo (H)
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
QR
QC
nC2
nC3
nC4
nC5
nC6
Alimentación
DestiladoReflujo
Fondo
Claves
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
nC2
nC3
nC4
nC5
nC6
nC7
nC8
nC4
nC5
nC6
nC7
nC8
ESPECIFICACION DE LA ALIMENTACION:
Generalmente la alimentación se especifica en flujo, temperatura,
presión y composición
(Aún cuando sea crudo de petróleo)
PRESION DE OPERACIÓN DE LA COLUMNA Y TIPO
DE CONDENSADOR:
Con frecuencia la determina la temperatura del líquido refrigerante
disponible para la condensación
(REVISAR ALGORITMO DE CALCULO MOSTRADO EN EL
LIBRO Ernest J. Henley J. D. Seader - Operaciones de
Separación por Etapas de Equilibrio en Ingeniería)
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
RELACION DE REFLUJO:
REFLUJO TOTAL (Ecuación de FENSKE)
REFLUJO MINIMO (Ecuación de UNDERWOOD)
Destilación multicomponentes2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Destilación multicomponentes3. METODOS APROXIMADOS
Localización del plato de alimentación:
Método de Brown y Martin (Frenske)
Método empírico Kirkbride
Cálculos de números de etapas:
Método de grupo de Smith-Brinkley (SB)
Método Fenske –Underwood- Gilliland (FUG)
PROXIMA CLASE ENSAYO
GRUPAL PARA LA APLICACIÓN
DE ESTOS METODOS
GRACIAS POR SU ATENCION