Destilacion Multicomponente

1.4 DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS MULTICOMPONENTES

Métodos aproximados para el diseño de columnas de destilación multicomponente

1. Método de grupo de Smith - Brinkley (SB)

2. Método de Fenske - Underwood - Gilliland (FUG)

3. Método de grupo de Kremser

1. Método de grupo de Smith - Brinkley (SB)

Características

• Útil para evaluar el comportamiento de columnas ya existentes

• Funciona bien cuando se tiene un rehervidor parcial o hay una entrada de calor por el fondo

• Se debe conocer el número de platos totales

• Sirve para encontrar el plato óptimo de alimentación cuando se especifican los requerimientos de recuperación

• Sirve para calcular las composiciones de los productos cuando se han especificado el plato de alimentación y el flujo de los productos

• El empleo de valores de k eficaces es muy útil cuando los coeficientes de distribución varían mucho a lo largo de la columna

Algoritmo para el caso en que se conoce el plato de alimentación y se requieren las composiciones de los productos

Datos del problema

1. Número de platos totales de la columna, N (si el condensador es parcial se le suma 1)

2. Número total de platos de la zona de despojamiento (incluyendo el rehervidor parcial), M

3. Relación de reflujo, R

4. Relación de reflujo interna para la zona de enriquecimiento, L / V *

5. Flujo del destilado, D

6. Especificación total del alimento (Pf, Tf, zf, F)

* L y V son valores eficaces que se van a considerar constantes, al igual que L’ y V’ para la zona de despojamiento

Procedimiento

1. Con R y L / V se calculan L y V

2. Con L y V se calculan L’ y V’ (cómo?)

3. Se supone una composición para D y W y se calculan TD y TW (TD es la temperatura de rocío del destilado, y TW es la temperatura de burbuja de los fondos)

4. Se calculan las temperaturas eficaces, Tn y Tm, para las zonas de enriquecimiento y despojamiento, respectivamente:

(Tpf: Temp. Alimento)

5. Se hallan

6. Se calculan los factores de separación, Sni y Smi, para las zonas de enriquecimiento y despojamiento, respectivamente:

7. Si la alimentación es básicamente líquido:

Si la alimentación es básicamente vapor:

8. Se determina la fracción del componente i que sale por los fondos:

9. Se compara el valor de fi calculado en (8) con:

Si los dos valores no son iguales se regresa al paso 3 y se repite el procedimiento hasta que los valores se han iguales en la cuarta cifra decimal.

Conceptos importantes usados por los métodos de cálculo de columnas de destilación multicomponente

Clave pesado (hk)

Es el componente de menor volatilidad relativa entre los compuestos que salen por el destilado y que se halla en una cantidad considerable (mayor al 2%)

Clave ligero (lk)

Es el componente de mayor volatilidad relativa entre los compuestos que salen por el fondo y que se encuentra en una cantidad considerable (mayor al 2%)

Componente de referencia

El componente clave pesado es el componente de referencia

Cómo es la volatilidad relativa de los componentes más pesados que el clave pesado?, y la de los componentes más ligeros que el clave ligero?

Verificación de la elección de los componentes clave

A partir del hecho de que se requiere un número infinito de etapas para excluir totalmente del destilado los componentes más pesados que el clave pesado, y así mismo, de los fondos los más ligeros que el clave ligero, Shiras et al (Ind. Eng. Chem., 42, 871 (1950)) mostró que para una relación de reflujo mínima Rm se debe cumplir:

- Si Ai < -0.01 o Ai > 1.01 probablemente el componente i no se distribuirá

- Si 0.01 < Ai < 0.99 seguramente el componente i se distribuirá

Los componentes clave se distribuyen entre el destilado y los fondos. Qué sucede con los demás componentes?

2. Método de Fenske - Underwood - Gilliland (FUG)

Características

• Útil fundamentalmente para el diseño de columnas, aunque también sirve para evaluar el comportamiento de columnas ya existentes

• Parte del conocimiento de la localización óptima del plato de alimentación

• Supone flujos molares constantes (el Rm calculado es mucho menor que el Rm real)

• Sirve para calcular los flujos y las composiciones de los productos cuando se han especificado los requerimientos de recuperación de uno o máximo dos componentes

• Se pueden determinar las temperaturas del tope y del fondo de la columna

Ecuación de Fenske

Determina el valor de Nm (a reflujo total). Nm incluye el rehervidor parcial, si la columna tiene un condensador parcial se le suma

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