PONTIFICIA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO F A C U L T A D D E I N G E N I E R Í A

ESCUELA DE INGENIERIA QUÍMICA

TORRE DE DESTILACIÓN DE 24 PLATOS:

“ANÁLISIS, CONFECCIÓN DE MANUAL Y PUESTA EN MARCHA”

AVANCE.

EIQ 655-01: Laboratorio de Operaciones Unitarias

Integrantes:

Fernanda Aranda de la F.

Valentina Concha R.

Karen Neira del B.

Profesor:

Jaime Fernández C.

Fecha de entrega:

29 de septiembre de 2015.

Introducción

En el presente trabajo se realizará un análisis y determinación de funcionamiento

de la torre de destilación de 24 platos que se encuentra en el laboratorio de

operaciones unitarias de la escuela de ingeniería química de la Pontifica

Universidad Católica de Valparaíso, así como también se presentarán las falencias

que la reconstrucción de está puede tener.

El trabajo en terreno consistió en el análisis por piso de la torre en estudio, donde

se nos dio explicación sobre el funcionamiento de esta torre, se identificaron las

líneas de esta, los equipos asociados que presenta y la utilidad de cada uno de ellos

con la torre en cuestión.

Resumen técnico

La torre de destilación se visitó dos veces para la elaboración de este informe. La

primera fue para reconocer su configuración en general y obtener información sobre

el principio de funcionamiento y análisis de una torre de destilación teórico, para

posteriormente dirigirnos una segunda vez para determinar de forma detallada su

funcionamiento.

Las observaciones importantes que se destacan de este trabajo son la explicación

del funcionamiento de esta torre de destilación, la cual consta de 24 platos campana

con un vertedero por plato, donde el contacto entre fases es directo. Los equipos de

transferencia de calor asociados a esta son un equipo de transferencia de calor que

tiene la función de precalentar una corriente de entrada y condensar el destilado, y

por otro lado el rehervidor que tiene como función rehervir los fondos para generar

una nueva destilación si la primera no fue fructífera.

Cabe destacar que es informe que se presenta es un análisis previo donde se

determina la torre por completo, para realizar un manual de funcionamiento de esta

torre de contacto directo.

Marco teórico

La destilación es un método de separación de contacto directo que tiene su base en

la diferencia de puntos de ebullición de dos o más compuestos. Para esto se genera

un medio de contacto denominado plato, donde la fase vapor sube por agujeros que

se presentan en forma de agujero simple, válvula y campana, siendo el objetivo de

los dos últimos el aumento del tiempo de contacto entre fases.

Figura 1: Platos y vertederos interiores de torre de destilación

El sector del plato por donde desciende el líquido con los componentes más

pesados se denomina vertedero y tiene la forma como lo muestra la fig. 1.

El principio de funcionamiento de las torres de destilación es la transferencia de

masa que existe entre el compuesto más volátil y menos volátil de la operación, la

alta temperatura es proporcionada por el rehervidor que se encuentra aledaño a la

torre de destilación y el líquido es alimentado directamente desde algún plato

superior.

El rehervidor cumple la función de entregar al interior de la torre de destilación parte

de los fondos (líquidos) vaporizados para que estos se eleven por los platos y

lleguen al tope arrastrando el compuesto más volátil del líquido alimentado. [1]

En el tope de la torre de destilación se encuentra un equipo de intercambio de calor

el cual tiene como función principal condensar el producto de la destilación para

entregarlo a estanques contenedores como producto final.

Figura 2: Configuración torre de destilación simple.

Tipos de torres de destilación

Las torres se clasifican de distintas formas, ya que las variaciones en su

configuración pueden ser diversas.

Clasificación por equipos de intercambio de calor

Rehervidor total y parcial

Condensador total y parcial

Clasificación por tipo de platos y por cantidad de platos, así como también

clasificación por cantidad de platos.

A pesar de lo mencionado, uno de los puntos más importantes de la clasificación de

las torres de separación y las que finalmente definen la complejidad de su diseño

es la cantidad de compuestos a separar, ya que de ser necesaria la separación de

más de 2 compuestos (livianos y pesados), también se requiere mayor cantidad de

torres y/o mayor cantidad de salida de una torre en particular. [2]

Figura 3: Rectificador lateral y agotador lateral (otras configuraciones).

Análisis de un proceso de destilación binario

Para la comprensión de la elección de distintas características del resultado del

proceso y para determinar la alimentación, se utilizan distintos métodos de análisis,

siendo uno de estos y el más utilizado el método de McCabe-Thiele para sistemas

binarios.

Consideraciones del método:

Los calores molares de vaporización de los componentes de la alimentación son

iguales.

Así para cada mol de líquido vaporizado se condensa un mol de vapor.

Los efectos del calor, tales como calores de disolución y la transferencia de calor

hacia y desde la columna de destilación se consideran despreciables.

Este método gráfico de análisis de destilación binaria, se realiza en base a una

grafica que consiste en las fracciones molares de 0 hasta 1 del compuesto más

volatil en cada fase presente en el sistema. Posterior a la realización del gráfico se

traza una lineal recta a 45° del eje x, y luego se realiza la curva de equilibrio para el

compuesto más volatil. Las lineas rojas dibujadas en el gráfico representan la

composición de alimentación, de entrada y salida del compuesto más volatil en fase

líquida igualado a la fase vapor.

Finalmente se dibujan la linea de enriquecimiento, agotamiento y q para determinar

número de platos y alimentación de la torre. [3]

Figura 4: gráfico de método de McCabe-Thiele.

Dibuja en Autocad: Torre de destilación de 24 platos.

Funcionamiento

Esta torre de destilación presenta 24 platos, éstos son de 5 campanas tipo serrucho

con un vertedero. La estructura consta de 3 niveles, los que serán descritos a

continuación.

En el nivel superior se encuentran los primero platos de la torre, en el primer plato,

que es donde se encuentran los compuestos volátiles, se conecta a un

intercambiador de calor de dos etapas utilizado para condensar los vapores de

destilación, presente en la imagen 1, en la primera entran los vapores volátiles cuya

temperatura es aprovechada para precalentar mezclas que se deseen alimentar a

la torre a un plato de mayor temperatura, el pre-calentador está conectado a través

de un tubo a la segunda etapa, en la cual se encuentra un intercambiador de calor

horizontal de tubos y carcasa con un paso, donde el agua de enfriamiento va por

tubo y el vapor por carcasa. Para el caso del agua de enfriamiento, existen puntos

en los cuales se puede poner un termómetro o una termocupla tanto a la entrada

(temperatura 1) como en la salida (temperatura 2), donde lógicamente la

temperatura de salida será mayor que la de entrada. El agua de enfriamiento

proviene de la planta de enfriamiento disponible en la parte trasera del galpón,

mientras que el agua ya utilizada en el intercambiador es devuelta a la planta, de

aquí que se pueden observar dos líneas importantes color azul, una para abastecer

de agua a los equipos y otra de retorno para tratar el agua ya utilizada. El vapor que

condensa desciende por la línea de color gris por la parte inferior izquierda del

intercambiador.

Los vapores precalentados en la primera etapa del

intercambiador provenientes de tanques de

almacenamiento son alimentados a la torre a través de las

válvulas de alimentación en cada uno de los platos, a través

de las líneas de distribución grises que se pueden observar

a ambos lados de la torre.

En algunos platos se presentan mirillas, presentadas en la

imagen 2, que permiten observar si se está llevando a cabo

la separación líquido vapor y de qué forma lo está

haciendo.

Cada plato tiene una válvula toma muestra, otra válvula

unida a la línea que distribuye el vapor precalentado en el

condensador para ser alimentada al plato necesario y un pozo en el cual se puede

instalar un termómetro o termocupla.

Imagen 2. Mirilla

En el segundo nivel de la torre se encuentra un tanque de almacenamiento, como

se observa en la imagen 3, que sirve para tomar muestras

del destilado, para esto luego de salir del condensador el

destilado sigue un camino dispuesto por válvulas manuales

que lo dirigen al tanque de toma de muestras, éste tiene 3

posibles entradas de flujo, la utilización de estas dependerá

de la disposición de las válvulas previas al estanque, es

necesario que se encuentre a presión atmosférica para

evitar accidentes, es por esto que posee una válvula

conectada al ambiente que se debe abrir antes de

comenzar a usar el equipo, funciona como válvula de alivio.

Se presenta antes del estanque un sistema de válvulas by-

pass utilizada para estudios. Es en este tanque donde se

carece y hace falta un medidor de nivel.

En el primer nivel se encuentran los últimos platos, por

aquí salen los compuestos más pesados de la mezcla. El

flujo de salida del último plato pasa a un re-hervidor de

serpentín que tiene un termómetro incorporado y una capacidad de 500 litros. El

fluido de calentamiento es proporcionado por la caldera a través de las líneas de

color rojo, el cual entra por el serpentín, al salir del serpentín se ingresa a un

intercambiador de calor pequeño de color verde para luego pasar por una trampa

de vapor y posteriormente llegar al punto de toma de muestras del consensado. De

esta forma se puede determinar cuánto condensado se obtiene por elevar la

temperatura. Una vez que hierva la fracción de pesados, los vapores se devuelven

a la parte inferior de la torre a través del tubo de 2 pulgadas de diámetro ubicado en

la parte superior del re-hervidor.

Las muestras de fondo de los pesados se pueden obtener del fondo del re-hervidor,

a través de una válvula la cual también se conecta a un tubo medidor de nivel que

ayuda a determinar el contenido del re-hervidor.

Se presentan 4 estanques de almacenamiento de los cuales solo se utiliza 1, cada

uno tiene una capacidad de 60 litros. Previo a que el destilado se almacene en el

estanque existe un punto de toma de muestra, donde se puede analizar la calidad

del destilado. En caso de que no sea de agrado, es posible almacenarlo en el

estanque y enviarlo a través de una bomba por la línea de reflujo, la cual llevará el

destilado al primer plato de la torre para que pueda pasar nuevamente por el

Imagen 3. Tanque de

almacenamiento

proceso eliminándose así más impurezas, de esta manera se puede conseguir un

destilado de mejor calidad.

Al final de la torre se presenta un by-pass a través del cual

se puede tomar muestra de la fracción pesada obtenida

en la destilación, también es posible ve el nivel de

impurezas que tiene el final de la torre a través de un

medidor de nivel a la misma altura que la toma de muestra.

Este medidor de nivel tampoco se encuentra y es

necesaria su instalación, como se observa en la imagen 4.

Se puede alimentar vapor directamente a la torre, lo que

permite realizar un stripping, a través de la conexión

indicada en la imagen 5.

Imagen 4. Medidor de

nivel faltante

Imagen 5. Entrada de vapor caliente

al fondo de la torre para stripping

Conclusión

Dentro de lo que son las observaciones y mejoras que se les debe realizar al equipo,

no se encuentran errores de mayor impacto al funcionamiento de la torre, sólo existe

la falla mencionada anteriormente con respecto a la energización de la bomba de

reciclo, medidores de nivel que no están disponibles para fondo y para toma de

muestra intermedia, señalización de la alimentación y retiro de agua a la planta de

tratamiento.

Es por esto que se concluye que la torre de destilación de 24 platos del laboratorio

de operaciones unitarias presente fallas menores a causa de la falta de instrumentos

de medición y ciertos desperfectos menores, por lo tanto se puede realizar un

manual de funcionamiento y posterior a la solución de los problemas existentes,

poner en marcha el equipos.

Bibliografía

[1] http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/sanchez_r_me/capitulo4.pdf

[2] http://procesosbio.wikispaces.com/Absorci%C3%B3n

[3] https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_de_McCabe-Thiele