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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
RAFAEL MARA BARALT
CTEDRA: FRACCIONAMIENTO
DOCENTE: ING. YURANI LUGO.
UNIDAD
INTRODUCTORIA
DE FRACCIONAMIENTO
II-2014
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Procesamientos del gas
Se entiende como procesamiento del gas, la obtencin a partir de la mezcla de
hidrocarburos gaseosos producida en un campo, de componentes individuales
como etano, propano y butano. En el procesamiento del gas se obtiene los
siguientes productos:
- Gas Residual o Pobre. Compuesto por metano bsicamente y en algunos
casos cuando no interesa el etano, habr porcentajes apreciables de ste.
- Gases Licuados del Petrleo (LPG). Compuestos por C3 y C4; pueden ser
compuestos de un alto grado de pureza (propano y butano principalmente) o
mezclas de stos. La tabla 26 muestra las caractersticas de algunos
compuestos o mezclas de LPG.
- Lquidos del Gas Natural (NGL). Es la fraccin del gas natural compuesta por
pentanos y componentes ms pesados; conocida tambin como gasolina
natural. El caso ms sencillo de procesamiento del gas natural es removerle a
este sus componentes recuperables en forma de lquidos del gas natural (NGL)
y luego esta mezcla lquida separarla en LPG y NGL. Cuando del proceso se
obtiene con un alto grado de pureza C2, C3 y C4 se conoce como
fraccionamiento.
El procesamiento del gas natural se puede hacer por varias razones:
Se necesitan para carga en la refinera o planta petroqumica materiales como
el etano, propano, butano.
El contenido de componentes intermedios en el gas es apreciable y es ms
econmico removerlos para mejorar la calidad de los lquidos.
El gas debe tener un poder calorfico determinado para garantizar una
combustin eficiente en los gasodomsticos, y con un contenido alto de
hidrocarburos intermedios el poder calorfico del gas puede estar bastante por
encima del lmite exigido.
Sin embargo en muchos casos se habla bsicamente de tres mtodos de
procesamiento del gas natural: Absorcin, Refrigeracin y Criognico. El
primero es el ms antiguo y el menos usado actualmente; consiste en poner en
contacto el gas con un aceite, conocido como aceite pobre, el cual remueve los
componentes desde el C2 en adelante; este aceite luego se separa de tales
componentes. El mtodo de refrigeracin es el ms usado y separa loscomponentes de inters en el gas natural aplicando un enfriamiento moderado;
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es ms eficiente que el mtodo de absorcin para separar del C3 en adelante.
El proceso criognico es el ms eficiente de los tres, realiza un enfriamiento
criognico (a temperaturas muy bajas, menores de -100 F) y se aplica a gases
donde el contenido de intermedios no es muy alto pero requiere un gas residual
que sea bsicamente metano.
1.- Destilacin
La destilacin es la operacin de separar, comnmente mediante calor,
los diferentes componentes lquidos de una mezcla, aprovechando los
diferentes puntos de ebullicin (temperaturas de ebullicin) de cada una de las
sustancias a separar. El punto de ebullicin es la temperatura constante a la
cual un lquido puro hierve, hasta que todo l liquido se ha evaporado. El
proceso consiste en calentar un lquido hasta que sus componentes ms
voltiles pasan a la fase de vapor y, a continuacin, enfriar el vapor para
recuperar dichos componentes en forma lquida por medio de la condensacin.
El objetivo principal de la destilacin es separar una mezcla de varios
componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los
materiales voltiles de los no voltiles. Sin embargo, la finalidad principal de la
destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura.
La destilacin depende de parmetros como: El equilibrio liquido vapor,
temperatura, presin, composicin, energa.
El equilibrio entre el vapor y el lquido de un compuesto est
representado por la relacin de moles de vapor y liquido a una temperatura
determinada, tambin puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones
de vapor.
La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la
cantidad de energa proporcionada al sistema, tambin influye en la
composicin del vapor y el lquido ya que esta depende de las presiones del
vapor.
http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml7/24/2019 Fraccionamiento II- 2014
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La presin tiene directa influencia en los puntos de ebullicin de los
lquidos orgnicos y por tanto en la destilacin.
La composicin es una consecuencia de la variacin de las presiones de
vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
2.- Tipos de Destilacin
2.1.- Destilacin Simple
Se usa para la separacin de lquidos con punto de ebullicin inferiores
a 150 a presin atmosfrica de impurezas no voltiles o de otros lquidos
miscibles que presenten un punto de ebullicin al menos 25 superior al
primero de ellos.
El proceso consiste en que el lquido se destila desde el matraz de
destilacin, ocurriendo primeramente la vaporizacin, establecindose el
equilibrio liquido vapor. Parte del vapor se condensa en las paredes del matraz,
pero la gran parte pasa por la salida lateral condensndose debido a la
circulacin del agua fria por el tubo refrigerante, a este producto se le conoce
como, destilado, y a la porcin que queda en el baln de destilacin el
residuo, se debe mantener el ritmo de destilacin, manteniendo
continuamente una gota de condensado en el bulbo del termmetro. Para evitar
el sobrecalentamiento de los lquidos es necesario introducir en el baln,
ncleos de ebullicin y mantener constante el ritmo de destilacin. La
destilacin simple es aplicable en los sistemas que contengan lquidos
orgnicos de puntos de ebullicin bastante diferenciados, ejemplo: Sistema
butano-etanol, agua-metanol.
http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml7/24/2019 Fraccionamiento II- 2014
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2.2.- Destilacin fraccionada o de Equilibrio
La destilacin fraccionada no es nada ms que una tcnica para realizar
una serie completa de pequeas separaciones (destilacin simple), en una
operacin sencilla y continua. Una columna de destilacin fraccionada
proporciona una gran superficie para el intercambio de calor, en las
condiciones de equilibrio, que se establece entre el vapor que asciende y el
lquido (condensado) que desciende.
Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y
condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de
fraccionamiento. Cuando el condensado en algn punto de la columna toma
calor del vapor, parte se evapora de nuevo y el vapor formando el mas rico en
el componente ms voltil (el de menor ebullicin). Al mismo tiempo, cuando el
vapor cede calor al condensado, parte del mismo se condensa, siendo este
condensado ms rico en el componente menos voltil (el de mayor punto de
ebullicin), bajo este panorama podemos decir que partiendo de la base de la
columna, a medida que aumenta la altura aumenta el enriquecimiento del
componente ms voltil e inversamente con el componente menos voltil.
Tambin se establece a lo largo de la columna un gradiente de
temperaturas que varan desde el punto de ebullicin del componente X hasta
el punto de ebullicin del componente Y. Existe una influencia adicional al
equilibrio termodinmica liquido-vapor, y este es el intercambio de energa
(perdida) que se verifica la columna de fraccionamiento.
2.3.- Destilacin Atmosfrica y al Vaco
El objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por
destilacin, sin afectar la estructura molecular de los componentes.
Unidades de Destilacin Atmosfricas y al Vaco
En las unidades de Topping, el objetivo es obtener combustibles terminados y
cortes de hidrocarburos que sern procesados en otras unidades, para
convertirlos en combustibles ms valiosos.
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En las unidades de Vaco, solo se produce cortes intermedios que son carga de
unidades de conversin, las cuales son transformadas en productos de mayor
valor y de fcil comercializacin.
- Variables del Proceso
Los paramentos termodinmicos que gobiernan la destilacin son la
temperatura y presin del sistema, por tal motivo consideramos como variables
del proceso todas aquellas que puedan afectar el equilibrio entre las fases
vapor-liquido.
- Temperatura de transferencia. Esta es la mxima temperatura a la que se
eleva el crudo para vaporizarlo, el rendimiento en destilados depende de esta
variable.
-Presin de trabajo. Es la presin a la cual se produce la operacin. Si bien
afecta directamente el equilibrio liquido-vapor, generalmente se trabaja a la
menor presin posible, y por ende no se varia frecuentemente.
-Temperatura de cabeza. Es la temperatura en la zona superior de la columna
fraccionadora, se controla con el reflujo de cabeza, este reflujo es la fuente fra
que genera la corriente de lquidos que se contactan con los vapores,
producindose los equilibrios liquido-vapor.
-Temperatura del corte. Es la temperatura a la cual se realiza la extraccin
lateral de un combustible. Esta temperatura es controlada con el reflujo de
cabeza y reflujos circulantes. Estos ltimos tienen un efecto semejante que el
reflujo de cabeza y adems precalientan el crudo, recuperando energa.
-Inyeccin de vapor. El vapor o (incondensables ) en las fraccionadoras
disminuye la presin parcial de los hidrocarburos, estableciendo nuevos
equilibrios vapor-liquidos, favoreciendo la vaporizacin de los componentes
mas voltiles. Esto se aplica en la columna fraccionadora principal como en los
strippers de los cortes laterales.
2.4.- Unidad de Destilacin Atmosfrica o Topping
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El crudo antes de ser fraccionado, debe ser acondicionado y preparado
debidamente para lograr una operacin eficiente. La primer etapa se lleva a
cabo en los tanques de recepcin.
El petrleo desgasificado que se recibe en las Refineras, contiene impurezas
que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas
son :
-Sales, fundamentalmente cloruros de sodio, calcio y magnesio, presente en el
agua de formacin que tiene el crudo, estas sales en las condiciones del
proceso se hidrolizan formando cido clorhdrico, que es altamente corrosivo y
por ende sumamente perjudicial para los equipos.
-Oxidos de hierro, productos de la corrosin de los equipos y medios de
transporte del crudo desde yacimiento, que afectan los coeficientes de
ensuciamiento de equipos, calidades de productos y catalizadores.
- Arcilla, arena, slidos en general, provenientes de la formacin productora y
lodos de perforacin, estos perjudican fundamentalmente los coeficientes de
ensuciamiento de los equipos y afectan la calidad de los productos residuales
por alto contenido de cenizas.
-Compuestos organometalicos, que afectan los catalizadores de unidades de
conversin, desactivndolos
2.5.- Destilacin Atmosfrica del Crudo
La destilacin permite la separacin de los componentes de una mezcla dehidrocarburos, como lo es el petrleo, en funcin de sus temperaturas de
ebullicin, aprovechando las diferencias de volatilidad de los mismos.
La carga parcialmente vaporizada ingresa en la zona flash o zona de carga.
Los hidrocarburos vaporizados ascienden por la columna fraccionadora a
travs de bandejas o platos de fraccionamiento, donde se contacta
ntimamente lquidos y vapores, producindose la transferencia de masa y calor
necesaria para fracconar los diferentes combustibles,
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2.6.- Destilacin a presin atmosfrica
La destilacin a presin atmosfrica es aquella que se realiza a presin
ambiental.
Se utiliza fundamentalmente cuando la temperatura del punto de ebullicin se
encuentra por debajo de la temperatura de descomposicin qumica del
producto.
2.7.- Destilacin simple a presin reducida
La destilacin a presin reducida o al vaco consiste en disminuir la presin en
el montaje de destilacin con la finalidad de provocar una disminucin del punto
de ebullicin del componente que se pretende destilar.
Se utiliza fundamentalmente cuando el punto de ebullicin del compuesto a
destilar es superior a la temperatura de descomposicin qumica del producto.
Para llevar a cabo este tipo de destilacin es necesario un sistema de vaco y
un adap tad or de vaco.
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2.8.- Destilacin en horno de bolas
Consiste en un destilador de vaco sin volmenes muertos que se utiliza para la
separacin entre lquidos o slidos de bajo punto de fusin y sustancias
polimricas o aceites de elevado punto de ebullicin.
En funcin del volumen de las bolas escogidas este sistema nos permite
destilar desde cantidades pequeas de producto (50-100 mg) hasta cantidades
elevadas de hasta 10-15 g.
Horno: es la fuente de calefaccin en la cual se introduce el matraz de
destilacin. Se cierra con un diafragma que permite aislarlo del exterior sin
impedir la rotacin.
Matraz de destilacin: matraz esfrico de boca esmerilada en el cual se
introduce el lquido a destilar. Se une a la primera de las bolas que queda
dentro del horno.
Bolas de destilacin: matraces esfricos con dos bocas esmeriladas opuestas.
Algunas de estas bolas de destilacin quedan dentro del horno y otras quedan
fuera. Los vapores del lquido destilado pasan desde el matraz de destilacin
hasta la siguiente bola y as sucesivamente. El proceso de destilacin finaliza
cuando se produce la condensacin del aceite en las bolas que permanecen
fuera del horno y enfriadas exteriormente.
Varilla: pieza de vidrio que conecta las bolas con el motor que provoca la
rotacin.
Se acoplan las diferentes piezas del montaje de destilacin al matraz que
contiene el lquido a destilar.
Se abre lentamente el grifo (entrada de H2O) conectado al refrigerante de
destilacin.
Se calienta el matraz con la ayuda de una placa calefactora, manteniendo el
aceite a destilar en agitacin constante, hasta alcanzar la temperatura de
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ebullicin del lquido a destilar (o del componente ms voltil si se trata de una
mezcla).
Es necesario mantener la calefaccin hasta que la mayor parte de lquido haya
destilado, sin dejar nunca que se seque totalmente el contenido del matraz.
3.- Vaporizacin
La vaporizacin es el paso de una sustancia de la fase lquida a la fase
de vapor o fase gaseosa. Cuando la vaporizacin se efecta en el aire recibe el
nombre de evaporacin. La evaporacin afecta principalmente a las molculas
de la superficie del lquido.Cada molcula de la superficie est rodeada por un menor nmero de
sus compaeras; ello hace que puedan vencer con ms facilidad las fuerzas
atractivas del resto del lquido e incorporarse al aire como vapor. De ah que
cuanto mayor sea la superficie libre del lquido tanto ms rpida ser su
evaporacin. El aumento de temperatura activa este proceso. Para cada valor
de la presin exterior existe una temperatura para la cual la vaporizacin se
vuelve violenta, afectando a todo el lquido y no slo a su superficie. Esta forma
tumultuosa de vaporizacin se denomina ebullicin. El punto de ebullicin de
un lquido depende de las condiciones de presin exterior, siendo tanto ms
elevado cuanto mayor sea sta. Todo proceso de vaporizacin implica la
absorcin de calor por parte del lquido respecto del entorno.
4.- Condensacin
Es resultado de la reduccin de la temperatura causada por la
eliminacin del calor latente de evaporacin, lo cual reduce el volumen del
vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus molculas y la distancia entre
ellas; decir que es un cambio de fase, a travs del cual el vapor de agua se
convierte en lquido a causa del enfriamiento del aire; Cuando el aire caliente
se refresca, el agua sale del vapor que est en el agua caliente y se condensa
http://www.windows2universe.org/earth/Water/overview.html&lang=sphttp://www.windows2universe.org/earth/Water/overview.html&lang=sp7/24/2019 Fraccionamiento II- 2014
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La operacin se realiza con el reflujo mnimo posible ya que la cantidad
afecta la calidad del producto y la capacidad de la columna, considerando que
una de las funciones del reflujo es la perdida de calor, al incrementar su
cantidad el reboiler (rehervidor) tambin debera incrementarse para mantener
el balance de energa alrededor de la torre lo cual en su defecto, aumentara
costos de calentamiento y enfriamiento. Por otro lado el uso excesivo de reflujo
produce inundacin y por ende mala separacin en los platos. Se recomienda
una razn de reflujo entre 1,25 y 1,5 =15%
7.- Columna de fraccionamiento
Una columna de fraccionamiento, tambin llamada columna de platos o
columna de platillos, es un aparato que permite realizar una destilacin
fraccionada. Una destilacin fraccionada es una tcnica que permite realizaruna serie completa de destilaciones simples en una sola operacin sencilla y
continua. La destilacin fraccionada es una operacin bsica en la industria
qumica y afines, y se utiliza fundamentalmente en la separacin de mezclas de
componentes lquidos.
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Una columna de fraccionamiento, tambin llamada columna de platos o
columna de platillos, es un aparato que permite realizar una destilacin
fraccionada.
La materia prima que obtenemos de los procesos de gas, como la
absorcin o compresin, se separan en varios productos individuales utilizando
un sistema de fraccionamiento.
En un sistema completo de fraccionamiento el primer equipamiento,
denominado desetanizador, retira todo el metano, la mayor parte del etano y
algo de propano de la parte superior de la columna. Durante una operacin
normal, los butanos y los hidrocarburos ms pesados no abandonan la parte
superior de esta columna.
El depropanizador es la prxima columna y aqu el propano lquido es el
producto de cabeza de columna. La condensacin total se logra en el
condensador con el producto lquido que se lleva a almacenamiento y con la
cantidad requerida de reflujo que se est bombeando otra vez hacia la parte
superior de la columna fraccionadora.
La ltima columna, llamada debutanizadora, produce butano como producto de
cabeza de columna con condensado de la presin de vapor deseada como
producto de fondo. La presin de vapor del condensado se puede variar segn
se desee, ajustando la cantidad de butano en el producto de fondo.
Las variaciones de la secuencia de fraccionamiento son comunes, as
como lo son las columnas adicionales para dividir el producto butano en iso-
butano y butano normal o para despentanizar el condensado.
El calor resulta fundamental para la separacin y es agregado al
rehervidor para suministrar los vapores que hacen la remocin. El intercambio
continuo de componentes entre lquido y la fase gaseosa ocurre etapa por
etapa dentro de las columnas. Los componentes livianos se gasifican y se
mueven hacia arriba, mientras que los componentes ms pesados se
http://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3n_fraccionada7/24/2019 Fraccionamiento II- 2014
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condensan y se mueven hacia abajo. La parte gaseosa deja la parte superior
de la columna y se condensa.
El producto de cabeza de columna neto deja el sistema y el reflujo es
bombeado nuevamente hacia la columna para llevar a cabo el contacto de
vapor lquido de contracorriente.
Las variables ms importantes que afectan la terminacin de la
separacin de los componentes son los nmeros de etapas o bandejas y la
cantidad de reflujo devuelto a la columna.
A.-Fundamento terico
El fundamento terico del proceso consiste en el calentamiento de la mezcla,
que da lugar a un vapor ms rico que la mezcla en el componente ms voltil
(destilacin simple). El vapor pasa a la parte superior de la columna donde
condensa. Como la temperatura sigue aumentando, a su vez este condensado
se calienta dando lugar a un vapor an ms rico en el componente ms voltil
(ms ligero, de menor punto de ebullicin), que vuelve a ascender en lacolumna (nueva destilacin simple). De la misma forma el lquido condensado
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de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna, hacindose cada
vez ms rico en el componente menos voltil.
Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y
condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de
fraccionamiento. Estos ciclos de evaporacin-condensacin equivalen a
mltiples destilaciones simples, por lo que la destilacin fraccionada es mucho
ms eficiente que la simple, y permite separar incluso lquidos de puntos de
ebullicin parecidos.
El proceso se repite tantas veces como sea necesario, y a cada uno de estos
pasos se le denomina etapa o plato. Con un nmero de platos suficiente se
obtiene por la parte superior el componente ms voltil de la mezcla y por la
parte inferior el menos voltil.
Cuanto ms arriba estamos en la columna de fraccionamiento, mayores son la
temperatura y la riqueza en el componente ms voltil. Y a la inversa, cuanto
ms abajo estamos en la columna de fraccionamiento, menor es la temperatura
y mayor la riqueza en el componente menos voltil. Es necesario calentar
continuamente para que el proceso contine.
B.-Clases
La columna de fraccionamiento puede ser tanto un aparato de laboratorio como
una instalacin industrial propia de la ingeniera qumica o ingeniera de gas,
pero en ambos casos existe en la parte inferior un aparato que calienta la
mezcla y en la parte superior un condensador.
En el caso de un aparato de laboratorio normalmente la columna es de vidrio y
est rellena de un material que asegure el mximo contacto entre la fase
lquida y la fase de vapor, como bolitas de vidrio, trozos de tubo de vidrio o
similares.
En el caso de una instalacin industrial la columna est formada por una serie
de platos, cada uno de ellos atravesado por un tubo que permite el ascenso del
vapor desde el plato inferior, pero rematado por una cazoleta invertida que
obliga al vapor a borbotear sobre el lquido contenido en el plato. As se
asegura el contacto entre el lquido condensado en el plato y el vapor que ha
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ebullido en el plato inferior. Aqu todos los componentes son habitualmente
metlicos.
C.-Diseo
El nmero de etapas o de platos necesario para una determinada separacin
se puede calcular tericamente, ya que no es ms que la combinacin de una
serie de destilaciones simples. En la prctica el nmero de platos reales
necesarios es siempre superior al de platos tericos calculados.
De la misma manera en funcin del resultado buscado se disean el dimetro
de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc.
La eficiencia de la separacin depende de mltiples factores como la diferencia
de puntos de ebullicin de los componentes de la mezcla, la presin a la que se
trabaje y otros parmetros fisicoqumicos de los componentes.
D.- Aplicacin
La principal aplicacin en el laboratorio es la separacin de sustancias de
puntos de ebullicin prximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor
importancia que cualquier otro, es la destilacin fraccionada del petrleo o del
gas natural. En el caso de este ltimo, se utiliza para separar o fraccionar
componentes propios de dicho gas como el metano, etano, butano, entre otros,
con la finalidad de obtener dicho componente libre de otros con los que
normalmente viene acompaado.
E.- Parmetros fundamentales de diseo:
Al seleccionar los equipos, el tipo de torre y dems decisiones
inherentes a la operacin de la planta, la eleccin de los parmetros de diseo,
las partes interiores de los equipos, la razn liquido/gas, el dimetro y la altura
de la columna tienen efectos importantes desde el punto de vista econmico.
En este caso nombraremos algunas ventajas importantes para la escogencias
de torres empacadas o de platos;
8.- Etapa de contacto: El Plato
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El plato se refiere a las divisiones internas de una torre donde se
produce el contacto entre los fluidos y la transferencia de materiales hasta
lograr el equilibrio liquido-vapor. Las columnas de fraccionamiento estn
provistas de un nmero determinado de platos. A lo largo de la columna hay un
gradiente de temperatura, estando ms fra la parte superior que la inferior, por
lo que parte del vapor que entra en el primer plato se condensa y el vapor que
escapa al segundo plato es ms rico en el componente ms voltil. En cada
uno de los platos va ocurriendo un enriquecimiento parecido, de tal manera que
despus de cierto tiempo el componente ms voltil se habr desplazado a la
parte superior de la columna y por la parte inferior el menos voltil. Este
parmetro permite medir la eficiencia de una columna de fraccionamiento o
cromatografa.
9.- Consideraciones de Diseos en Procesos de fraccionamiento
a) Conocimiento de la cantidad y composicin de la corriente de
alimentacin, la temperatura y presin.
b) Hacer que el producto se divida en la torre, basndose en la corriente de
alimentacin y las necesidades del producto deseado.
c) Establecer una temperatura de condensacin razonables para la
corriente principal
d) Para un producto liquido destilado, calcula el punto de ebullicin a la
presin del paso 3. Si el producto principal es un vapor calcula el punto
de roco. Despus de calcular la presin, se ajusta a las condiciones de
operacin. Por ejemplo: si una presin de 12bars fue calculada,
probablemente luego se ajustar a 13 o 14 bars como una presin de
operacin para la columna.
e) Asumir que la presin es constante a lo largo de la columna y calcular la
temperatura de ebullicin del fondo.
Nota: en este punto, revisar las suposiciones del paso 2 y los resultados del
paso 3,4 y 5, los cuales dependen de el para ver si las vlvulas soncompatibles con el resto de la instalacin. Frecuentemente los pasos 2-5
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tendrn que ser repetidos para un balance apropiado entre el frio y calor de la
planta.
f) Calcula el nmero mnimo de platos y el nivel mnimo de reflujo
necesario para producir el producto deseado.
g) Calcula la combinacin del reflujo actual y el nmero terico de platos
necesarios.
h) Hacer un balance de calor alrededor del condensador para determinar
el trabajo del condensador, y alrededor de la torre para determinar el
trabajo del reboiler.
i) Medir la columna.
10.-Fraccionamiento:
Ciencia que se encarga de la separacin de los hidrocarburos de dos o
ms compuestos en virtud de las diferentes volatilidades o punto de burbujeo
de cada uno de los componentes. Las corrientes de productos ms comunes
son el C3 (propano), C4 (butano) y C5+ (pentano y otros compuestos mspesados). Por lo general en la etapa de produccin, el C3 y el C4 se
encuentran combinados y se los llama Gases licuados de petrleo (GLP). La
separacin de estas corrientes de productos se denomina fraccionamiento y se
lleva a cabo por medio de la utilizacin de torres de fraccionamiento.
11.-Torre de Fraccionamiento:
Es un cilindro hueco en el cual se coloca un relleno o plato de burbujeo
para separar los hidrocarburos aprovechando sus propiedades. La presin es
ms o menos constante, pero la temperatura aumenta del tope al fondo. Los
vapores del fondo van subiendo hasta el tope a medida que se van purificando
hasta lograr la separacin deseada. El diseador escoge la forma de hacer la
separacin y, en consecuencia, aparecen el dimetro, la altura, las condiciones
de presin, la temperatura, el reflujo y el nmero de platos necesarios paraefectuar el trabajo.
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12.-Fraccionamiento Binario:
Es una tcnica de separacin que consiste en elegir dos compuestos
que pueden ser llamados Llave Liviano y Llave Pesado. En la separacin de
una mezcla binaria es costumbre hablar del componente ms voltil (aquel de
punto de burbujeo ms bajo) y el componente menos voltil (el del punto de
burbujeo ms alto).
13.-Equilibrio de las etapas:
Una columna de fraccionamiento debe ser considerada como una serie
de instantneas transformaciones (flashes) de equilibrio, con dos
alimentaciones y dos corrientes de flujos en contracorriente.
14.-Tipos de fraccionadoras:
El tipo de torre fraccionadora depende del producto que se necesita
obtener y del producto de alimentacin disponible. Los tpicos equipos de
fraccionamiento son para obtener los siguientes productos:
Etano
Mezcla de etano propano
Propano comercial.
Butano
Butano y gasolinas
Gasolinas naturales
Mezclas de gases con especificaciones determinadas
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15.- Tipos de torres:
15.1.- Torres Empacadas: son aquellas en las cuales los platos de
burbujeo han sido reemplazados por molduras cuya forma han sido diseadas
para lograr la mayor eficiencia en la separacin de mezcla de hidrocarburos.
- Caractersticas:
Operaciones al vacio; se refiere a las columnas que operan por debajo
de presiones atmosfricas.
Los lquidos espumantes se pueden manejar con frecuencia en formams satisfactoria en una torre empacada.
La retencin de lquido generalmente es menor, por lo que se puede
manejar materiales sensibles al calor, junto con procesos que puedan tener
reacciones secundarias indeseables.
Si el fluido es corrosivo la construccin puede ser ms sencilla y barata
cuando se usa materiales de construccin normales, no obstantes el
mantenimiento es muy complejo.
15.2.- Torre de Platos:son las ms comunes en la industria del gas
natural. La parte interna de la torre est configurada con plato de burbujeo de
diferentes tipos, cada diseo se utiliza de manera especfica para un propsito
predeterminado.
-Caractersticas:
Se instala con facilidad serpentines de enfriamiento en los platos, lo que
la hace ms conveniente cuando, gracias al calor de la solucin se requiere
enfriamiento interno.
Con el diseo apropiado para el flujo transversal del lquido, las torres de
plato pueden manejar caudales ms altos.
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Para el flujo de lquidos extremamente bajos las torres de plato tienen
ventajas, puesto que se puede disear para retener una cantidad dada de
lquido en el plato.
Se pueden preferir cierto tipo de torre de plato, cuando hay depsito de
materiales slidos que se deba retirar peridicamente.
A continuacin se muestra las columnas para establecer diferencias entre un
sistema sencillo (Binario) y un sistema multifasico ()
1. Esquema de una columna de plato sencillo.
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16.-Tren de fraccionamiento:
Consiste en una serie de torres de fraccionamiento conectadas entre s
formando as el fraccionamiento en cascada.
En el siguiente esquema se aprecia un ejemplo de un sistema de
fraccionamiento en cascada o tren de fraccionamiento:
17.- Consideraciones:
Una de las condiciones es la volatilidad relativa de dos componentes,
esto determina la dificultad para separarlos lo cual es tanto ms difcil cuando
ms baja sea la volatilidad relativa o ms cerca este en los puntos de burbujeo.
Debido a que el calor se suple por el fondo del fraccionador y se retira
por el tope, se crea un gradiente de temperatura entre los platos del tope y los
del fondo de la columna. El calor que entra al rehervidor, produce vapor, el cual
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fluye hacia arriba, plato a plato. Debido a que el vapor encuentra
continuamente puntos de baja temperatura, el componente menos voltil se
condensa.
Su condensacin, a su vez, produce calor que vaporiza el componente
ms voltil del lquido que entra al plato, de bandeja inmediata superior. Este
proceso de vaporizacin y condensacin alternativa origina un producto de tope
enriquecida en el componente ms voltil y un producto de fondo enriquecido
en el componente menos voltil.
Si se fracciona una mezcla de hidrocarburos, puede haber ms de dos
componentes distribuidos, en este caso se clasifica como llave aquello que
muestre mayor cambio en la composicin entre el tope y el fondo. Cuando
existan ms de dos componentes que muestre esa posibilidad, la columna
deber disearse en condiciones de producir la separacin ms difcil.
La manera como se divide la corriente de hidrocarburos es una decisin
eminentemente econmica. El diseador deber colocar el nmero de torres
que sean necesarias para obtener los productos que requiere el mercado.
18.-Proceso de Fraccionamiento.
El Proceso de Fraccionamiento proceso Importante en la industria, el
cual es un proceso de separacin de hidrocarburos, con lo cual ocurre la
segregacin de los compuestos en cada una de las unidades. Uno de los
procesos de fraccionamiento de mayor importancia industrial es la destilacin
fraccionada (proceso que por lo general se utiliza para separar hidrocarburos,
tales como butanos y pentanos), en donde el gas es introducido por la torre de
alimentacin, y en cada una de las etapas dependiendo de la temperatura van
quedando diferentes fracciones molares de las especies sometidas al proceso
de destilacin fraccionada. En el proceso de fraccionamiento, se reconoce
como s mxima importancia la recuperacin de hidrocarburos, en donde se
obtiene corrientes ricas en Etano, Propano; Butanos y Gasolina, en ocasiones
tambin resulta conveniente separar el Isotunano del Butano Normal, loscuales se utilizan en forma especfica.
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El diseo del proceso de fraccionamiento de los Lquidos del Gas
Natural (LGN) se sustentan en la composicin de los lquidos, en la cantidad y
especificaciones de los productos comerciales que se desean obtener y en la
carga volumtrica de los (LGN) a la de fraccionamiento, en este caso la
obtencin de los lquidos del gas natural es por mtodos fsicos empleando
para ello columnas de fraccionamiento. El nmero de columnas en un tren de
fraccionamiento depende.
Una columna de fraccionamiento, tambin llamada columna de platos o
columna de platillos, es un aparato que permite realizar una destilacin
fraccionada. Una destilacin fraccionada es una tcnica que permite realizar
una serie completa de destilaciones simples en una sola operacin sencilla y
continua. La destilacin fraccionada es una operacin bsica en la industria
qumica y afines, y se utiliza fundamentalmente en la separacin de mezclas de
componentes lquidos.
19.-Diseo de una torre fraccionadora.
Para disear una torre fraccionadora hay que tener en cuenta ciertos
valores de comportamiento de mi materia prima y sus valores de operacin.
Los procesos principales que debemos tener en cuenta son: la alimentacin,
reflujo y los platos.
El nmero de etapas o de platos necesario para una determinada
separacin se puede calcular tericamente, ya que no es ms que la
combinacin de una serie de destilaciones simples. En la prctica el nmero de
platos reales necesarios es siempre superior al de platos tericos calculados.
De la misma manera en funcin del resultado buscado se disean el
dimetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc.
La eficiencia de la separacin depende de mltiples factores como la
diferencia de puntos de ebullicin de los componentes de la mezcla, la presin
a la que se trabaje y otros parmetros fisicoqumicos de los componentes.
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Parmetros Claves de la Torre.
Punto de Burbujeo en la alimentacin
Temperatura de Entrada
Plato de Alimentacin
Fluido del Tope: Liquido - Gaseoso.
Reflujo: Mejor Separacion
Rehervidor: Provee Vapor a la torre
Temperatura del Condensador-Cooling Medium: Aire Agua- Refrigerante
20.- Proceso de Fraccionamiento
20.1- . Conceptos Fundamentales.
El proceso de fraccionamiento es una operacin unitaria empleada para
separar mezclas de componentes en productos individuales, ste es posible
cuando los productos a ser separados tienen diferentes puntos de ebullicin.
.
La dificultad del fraccionamiento puede estar relacionada con la diferencia
existente entre los puntos de ebullicin de los productos deseados, usualmente
se remueve primero el o los elementos ms livianos de la mezcla.
Un plato de equilibrio terico est definido como aquel en el que el vapor que
abandona el plato esta en equilibrio con el lquido que lo abandona (yi=k.xi).
Ambos abandonan el plato a la misma temperatura y presin, de esta manera,
si conocemos la composicin del vapor que abandona el plato y su
temperatura y presin, podemos utilizar la relacin de equilibrio para calcular la
composicin de la fase lquida.
El plato real no alcanzar el equilibrio debido a que hay insuficiente tiempo de
contacto vapor-lquido para alcanzarlo, es decir que ni el vapor ni el lquido que
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Abandonan el plato real estarn en equilibrio, por lo tanto se requieren ms
platos reales que tericos para llevar a cabo la misma operacin.
La cantidad, de eficiencia global expresada como fraccin, se define por:
Platos Reales
Estos sern superior al de platos tericos, pues adems de tener que ser un
nmero entero, en la realidad el rendimiento de los platos no es del 100%, pues
no llega a alcanzarse el equilibrio plenamente en ellos. Se define la eficacia de
la columna como la relacin entre el nmero de etapas tericas requeridas en
una columna y el nmero de etapas reales. Este valor depende del tipo de
plato, propiedades del fluido, tipo de flujo, etc., y debe determinarseexperimentalmente. En realidad, la eficacia vara plato a plato y debera
determinarse sta con el fin de obtener una aproximacin ms correcta a la
realidad.
PlatosTerico Son los platos necesarios para que se lleve a cabo de manera
eficiente la separacin de loscompuestos por medio de destilacin.La eficiencia
de la torre la calculas dividiendo los platos reales y los platos tericos
queobtienes a partir de clculos basados en el equilibrio del sistema por
mtodos como McCabe-Thiele y Ponchon-Savarit
20.2-. Especificaciones de Diseo.
Inicialmente se va a establecer al menos las siguientes especificaciones
Temperatura, presin, composicin y flujo de la alimentacin.
Presin de la destilacin (con frecuencia fijada por la temperatura del agua
disponible de enfriamiento, con la cual debe poderse condensar el vapor
destilado para proporcionar el reflujo).
La alimentacin se va a introducir en el plato que tenga como resultado el
nmero total menor de platos (localizacin ptima del plato de alimentacin).
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Producto Desetanizado (C3+)
Mezcla Etano/Propano (EP)
Propano Comercial.
Mezcla Propano/Butano (GLP)
Butano(s)
Butano/Mezcla de gasolina
Gasolina Natural
Mezclas con una especificacin de presin de vapor.
20.4-. Sntesis de Clculos.
Los clculos de esta aplicacin son tediosos y consumen mucho tiempo sobre
todo cuando se aplican rigurosamente, por ello es muy raro que se realicen,
casi nunca, a menos que se utilice una computadora digital con un programa
especializado. Sin embargo, existen algunos mtodos cortos apropiados como
regla de clculo los cuales son extremadamente tiles. Los programas de
computadora operacionales se encuentran fcilmente disponibles, pero stos
no pueden suplir los anlisis cortos.
20.5. Equipos de Fraccionamiento.
En esencia todas las plantas de procesamiento del gas natural requieren por lo
menos una fraccionadora para producir un producto lquido el cual reunir las
especificaciones de venta Las partes principales de un sistema de
fraccionamiento son: la torre fraccionadota (1), un condensador del producto
de tope (2), un tambor de reflujo (3) un rehervidor de fondo (4). Los diferentes
componentes del sistema se muestran
Columna Fraccionadora.
Las plantas de fraccionamiento son requeridas generalmente para obtener
productos puros, entonces debe existir mucho contacto entre lquidos y vapores
dentro de la torre. Para conseguir este contacto se requiere de un gran nmero
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lquido. En general, el gas y el lquido fluyen en forma pulsante, alternndose
en el paso a travs de cada abertura.
Para el contacto de gases con lquidos que contienen slidos se utiliza
frecuentemente el denominado plato deflector o placa de dispersin (fig. 4).
Normalmente tiene forma de media luna y una ligera inclinacin en el sentido
de flujo del lquido. El gas se pone en contacto con el lquido que se derrama
del plato y cae al interior, pudindose utilizar en el borde del plato una esclusa
o rebosadero, que puede llevar filo dentado, para mejorar la distribucin del
lquido descendente.
En el plato deflector, el lquido acta como fase dispersa y el gas como fase
continua; se utiliza principalmente en aplicaciones con transferencia de calor.
.
20.5.2. Columnas Empacadas
Tradicionalmente la mayora de las columnas de fraccionamiento en las
plantas de procesamiento de gas fueron diseadas con platos. Sin embargo
una opcin adicional es utilizar empaques.
Existen tres tipos de columna empacadas :
Empaques aleatorios en donde diferentes piezas de empaque son
descargadas en una forma aleatoria dentro de la carcaza de la columna. Estos
empaques vienen en una gran variedad de diseos, cada uno tiene
caractersticas particulares en cuanto a rea superficial, cada de presin y
eficiencia.
Empaques apilados estos son descargados a la columna de manera tal que
permita proveer un arreglo ms uniforme de empacamiento.
Empaque estructurado el arreglo se lleva a cabo mediante una configuracin
Geomtrica especfica