23/07/2013

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ING. ZORAIDA CARRASQUERO MSc.

Refinería Cardón

Es la relación de reflujo máxima que requiere un

Reflujo Mínimo: Ecuación de Underwood

Es la relación de reflujo máxima que requiere un

número infinito de etapas para separar los

componentes clave y su cálculo ayuda a decidir cuales son

los componentes clave. Los componentes que se consideran

clave con respecto a la volatilidad están presentes en los

dos productos y se dice que se distribuyen.

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Reflujo Mínimo:

• Infinito número de etapas

• Punto pinch o punto de composición constante

• Muchos de los platos están hacinados dentro de la zona de

composición constante.

Sistema Binario ideal (A)

Sistema binario, condición no ideal dada por el punto de tangencia (B)

Mezcla binaria

Sistema

Sistemamulticomponente conuno o máscomponentes noclave pesado nodistribuido (Clase 2)

Sistemamulticomponente conlos componentes noclave ligero y noclave pesado noSistema

multicomponentes contodos los componentesdistribuidos (Clase 1)

Sistemamulticomponente conuno o máscomponentes noclave ligero nodistribuido (Clase 2)

clave pesado nodistribuido (Clase 2)

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Shiras, Hanson y Gibon: clasifican el punto pinch para

mezclas multicomponentes:

• Clase 1: Todos los componentes de la alimentación se

distribuyen en ambos productos, destilado y fondo

(mezclas con rango de ebullición reducido)

• Clase 2: Uno o mas componentes aparecen solo en uno

de los productosp

En destilaciones multicomponentes:

1. Si no hay componente más ligeros que el clave ligero,

entonces todos los componentes aparecen en el fondo y el

punto pinch estará en la zona de agotamiento puede ser

cercana al plato de alimentación.

2. Si no hay componentes mas pesados que el clave pesado,

entonces todos los componentes aparecen en el tope y elentonces todos los componentes aparecen en el tope y el

punto pinch también esta por encima del plato de

alimentación.

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3. Si ambas condiciones son verdaderas, entonces los dos

puntos pinch coinciden con el plato de alimentación,

como en las mezclas binarias.

4. Usualmente los componentes claves son adyacentes

En resumen:

1. Los componentes distribuidos se encuentran en ambas

corrientes, tope y fondo

2. Los componentes no distribuidos se encuentra solo en una

corriente.

3. Generalmente, si αHK < 0,9, entonces los componentes

pesados no se distribuyenpesados no se distribuyen

4. Por lo general, si αLK > 1,1, entonces los componente

ligeros no se distribuyen..

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El método de Underwood (1948) da una rápida

estimación de los requisitos de reflujo mínimo, cuando se

especifican las composiciones del destilado y los productos

de cola. Asume flujo molar constante en las zonasde cola. Asume flujo molar constante en las zonas

intermedias y volatilidad relativa constante a la

temperatura media de la columna y, consiste en

determinar el valor de una constante θ, que satisface la

ecuación,

∑ −=−

n

j

iFj qx

1

, 1θαα

Los valores de θ deben estar entre las volatilidades relativas

de los componentes clave.

αHK,HK < θ < αLK,HK

Estimado el (los) valor(es) de θ, se plantea la ecuación (1)

tantas veces como valores de θ se tengan para conocer los

valores de Rmin y las composiciones de xD,j

∑ +n

jDj Rx , 1

α∑ +=

−j

R1

min 1θα (1)

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Usualmente, los componentes no claves no se distribuyen es

decir a reflujo mínimo los no claves pesados están

id l l f d l l licontenidos totalmente en el fondo y los no claves ligeros en

el destilado. Un componente no clave se distribuye si:

• Si este tiene una volatilidad muy cercana a uno de los

componentes claves

• Si los no clave tienen una volatilidad intermedia entre los

claves.

Shiras, et al., desarrollan una ecuación para aproximar la

distribución de los componentes a reflujo mínimo,

DxDxDx 1 −− αααFx

Dx

Fx

Dx

Fx

Dx

HKF

DHK

LK

jLK

LKF

DLK

LK

j

jFj

Dj

,

,

,

,

,

,

11

1

−+

−=

ααα

αα

Xj,DD /xj,FF > 1 El componente no se distribuye y sale

únicamente por la corriente del tope

0 < Xj,DD /xj,FF< 1 El componente se distribuye

Xj,DD /xj,F < 0 El componente no se distribuye y sale

únicamente por la corriente del fondo

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Un estimado inicial de los flujos de tope y fondo pueden

determinarse por las ecuaciones de Yaw y col.:

(2) (3)

(4)

(5)

Relación real de reflujo y etapas teóricas

Para alcanzar la separación especificada entre dos

componentes clave, tanto la relación de reflujo como el

número de etapas tienen que ser superiores a los valores

mínimos e inferiores a los valores máximos. Por lo general, la

relación de reflujo se establece por consideraciones

económicas como un múltiplo de la relación mínima, y, el

correspondiente número de etapas se determina utilizando elcorrespondiente número de etapas se determina utilizando el

método analítico ó gráfico más adecuado.

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Relación real de reflujo y etapas teóricas

En la figura, el valor óptimo deR/Rmin es aproximadamente 1,05.

En la práctica:

Para los superfraccionadoresque requieren un grannúmero de etapas,R/Rmin = 1,10

Para los separadores quei úrequieren un menor número

de etapas, R/Rmin = 1,50

Para casos intermedios,R/Rmin = 1,30.

Etapas a reflujo de operación.

El número de etapas de equilibrio que se requieren para una

separación de una mezcla binaria, suponiendo volatilidad

constante y flujo molar constante, depende de xiF, xiD, xiB, q,

R y α. Consecuentemente, numerosos investigadores han

supuesto muchas correlaciones empíricas de la forma.

Igualmente han supuesto que debe existir una correlación de

e te tipo p i tem m lti omponente i ide leeste tipo para sistemas multicomponentes casi ideales,

donde se involucra la composición de la alimentación y la

volatilidad relativa de los componentes no clave.

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Etapas a reflujo de operación.

Las correlaciones etapas – reflujo mas usadas son la de

Gilliland y Erbar – Maddox. Muchos diseñadores

recomiendan ambas. La correlación de Erbar Maddox es

considerada mas adecuada, especialmente a relaciones de

reflujo bajas; sin embargo, la correlación de Gilliland es

mas fácil para el uso de computadoras.

Ambos métodos son consistentes con el método de Fenske yAmbos métodos son consistentes con el método de Fenske y

el de Underwood.

Correlación de Gilliland (1940)

Gilliland desarrollo una relación empírica entre la relación de

reflujo y el número de platos n, en la cual solo la relación de

reflujo mínima y el número de etapas a reflujo total sonreflujo mínima y el número de etapas a reflujo total son

requeridas.

Figura 1. Relación entre la relación de reflujo y el numero de platos: Correlación de GillilandFuente: Kister, H. 1992

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Intervalos de condiciones para la correlación de Gilliland

1. Número de componentes: 2 a 11

2. q: 0,28 a 1,42

3. Presión: vacío hasta 600psig

4. α: 1,1 a 4,05

5. Rmin; 0,53 a 9,09

6. Nmin: 3,4 hasta 60,3.

Molokanov desarrolló una ecuación que representa la línea

que pasa por los datos de la correlación de Gilliland (Henley,q p p ( y,

E.J., Seader, J.D, 1998)

Correlación de Erbar - Maddox

Este método relaciona a

R/(R+1) con Nmin/N,

teniendo como parámetro

Rmin/(Rmin +1 ). Cuando

R = Rmin el eje x es cero y

cuando N = Nmin el eje y

es la unidad.

El método esta basado enEl método esta basado en

alimentaciones a su punto

de burbuja

Figura 2. Correlación de Erbar – MaddoxFuente: Kister, H., 1992.

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Robinson y Gilliland indican que una correlación mas exacta

habría de utilizar un parámetro en el que intervenga la

condición de la alimentación, q. Experiencias realizadascondición de la alimentación, q. Experiencias realizadas

muestran que el número de etapas necesarias

disminuye al aumentar la vaporización de la

alimentación.

Gilliland puede conducir a resultados conservadores para

alimentaciones que tienen valore bajos de q.

Igualmente, se dice que el efecto de q es importante

cuando la volatilidad entre los componentes clave es

l d d l id d l lá ilelevada o cuando el contenido de los componentes volátiles

en la alimentación es pequeño.

Con la ecuación de Gilliland se puede presentar un serio

problema cuando la zona de agotamiento es más

importante que la zona de enriquecimiento.

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Localización de la etapa de alimentación

La correlaciones más usadas son la ecuación de Fenske y la

ecuación de Kirkbride. Ambos métodos son solo

aproximaciones.p

Ecuación de Fenske

donde,

El ú d l t l ió d t i tEl número de platos en la sección de agotamiento es

estimado mediante la ecuación:

Ecuación de Kirkbride

NF = NR + 1

Donde:NF: plato de alimentaciónNR: platos en la zona de rectificaciónNS: platos en la zona de agotamiento

Akashah y col., presentan una modificación de la ecuación

de Kirkbride

NR = NR(calculada con la ecuación de Kirkbride) – 0,5 logN

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Un procedimiento propuesto por Ricker y Greens (1974) para la determinación

del plato de alimentación:

1. Se suponen valores para NR y NS

2 Se calc la la col mna por n método rig roso se determina la relación de2. Se calcula la columna por un método riguroso y se determina la relación de

reflujo para obtener la separación deseada

3. Con la relación de reflujo, se obtiene el número de platos mediante un

método aproximado

4. Con los resultados del paso anterior, se realiza una nueva estimación de NR

y NS

5. Se comprueba si las diferencias con los valores de NR y NS supuestos son

lo suficientemente pequeñas, y si no lo son, se corrigen los perfiles de la

columna y se repite desde el punto 2.