Simulación de una torre de destilación en HYSYS

SIMULACIÓN DE UNA TORRE DE DESTILACIÓN, MEDIANTE EL SOFTWARE HYSYS, PARA DETERMINAR EL NÚMERO DE ETAPAS ÓPTIMAS PARA OBTENER LA PUREZA DESEADA EN CADA COMPUESTO

RESUMEN.

El presente informe muestra la simulación mediante un software de un proceso de destilación para determinar el número de etapas óptimas, la posición del flujo de entrada y la energía necesaria en el condensador y calderín para obtener un 99% de pureza de cada compuesto. El sistema a tratar es una mezcla líquida de Benceno-Tolueno en condiciones normales de presión y temperatura. Para la simulación el software utilizado fue HYSYS, este programa contiene tablas de equilibrio para una variedad de sistemas.

ABSTRACT

This report shows the simulation software through a distillation process to determine the optimum number of steps, the position of the input stream and the energy required in the condenser and boiler to achieve a 99% purity of each compound. The system to be treated is a liquid mixture of benzene-toluene at normal temperature and pressure conditions. For simulation software used was HYSYS, this program contains balance boards for a variety of systems.

1. INTRODUCCIÓN.

La destilación consiste en separar dos o más componentes de una mezcla líquida, mediante la diferencia de volatilidades que poseen sus componentes. Esto es posible modificando la temperatura de la mezcla para crear dos fases, vapor y líquido, con diferente composición.

Existen dos métodos de destilación. El primer método, la destilación simple,  consiste en la producción de un vapor por medio de la ebullición de la mezcla, este vapor es posteriormente condensado. El segundo método utiliza el mismo principio, pero consta de más de una etapa, es decir, parte del condensado retorna al destilador lo que permite un mayor contacto entre ambas fases, y por ende una mayor recuperación de los componentes. Este segundo método recibe el nombre de destilación fraccionada.

La simulación es la imitación de un sistema mediante su representación matemática o su modelo físico. A partir de modelos generados mediante la programación matemática se puede experimentar con diversos escenarios, asignando valores a las variables de entrada y registrando las variables de salida

1. OBJETIVO.

Determinar el número de etapas, la posición del flujo de entrada y los flujos de energía   que debe tener una torre de destilación para separar un flujo de 254.8 [lbmol/hr] de una mezcla de Tolueno-Benceno a en condiciones normales de presión y temperatura, para obtener un 99% de pureza en sus productos.

Analizar el diseño de la torre, en lo que concierne al número de platos mínimo y de operación, variando la relación de reflujo externa.

1. CONFIGURACIÓN DE HYSYS.

Entre los parámetros más importantes que deben fijarse al momento de realizar una simulación de un proceso en HYSYS es el modelo termodinámico que representa el proceso. En este caso se ha elegido el modelo de Antoine, ya que representa con fidelidad modelos donde se trabaja a bajas presiones y con comportamiento ideal.

1. SITUACIÓN FÍSICA

En este estudio se utilizó un flujo de alimentación de 254,8 [lbmol/hr] compuesto por 60% de Tolueno y un 40% de Benceno, ambos porcentajes molar. La temperatura de dicho flujo es de 77 °F (25ºC) y la presión de 14,7 psia.

 El equipo utilizado es una torre de destilación fraccionada isobárica, es decir, en la que no existe variación de presión a lo largo de toda la torre. Además es adiabática, ya que no se consideran pérdidas de calor.

[pic 1]

Figura 1: Esquema del proceso de destilación.

1. PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS.

Para realizar un análisis más completo se varió la relación de reflujo externa, la cual se define como sigue:

[pic 2]

Donde:

: Reflujo.[pic 3]

: Flujo de destilado.[pic 4]

Como consecuencia cambió el número de etapas de la torre y  el plato del flujo de entrada. Por otro parte, la energía necesaria por la caldera y el condensador también sufrieron consecuencias.

Cabe destacar que los resultados expuestos a continuación contemplan el número de etapas sin considerar el calderín, además los platos son contados de la base hacia arriba.

1. RESULTADOS.

[pic 5]

Figura 2: N° de platos de operación en función de la razón de reflujo externa.

[pic 6]

Figura 3: Plato de ingreso de la alimentación en función de la razón de reflujo externa.

[pic 7]

Figura 4: Energía necesaria en el condensador, en color rojo, y en el calderín, en azul. Ambas en función de la razón de reflujo externa.

1. DISCUCIONES.

En la figura 2 se aprecia una clara disminución de número de etapas a medida que aumenta la razón de reflujo externa. Esto concuerda con la teoría que dice que si esta razón es mínima el número de etapas es infinito, por el contrario, para una razón de reflujo infinita, es decir, sin extraer destilado, el número de etapas es mínimo.

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