torre de fraccionamiento

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA“Calidad, Pertinencia y Calidez”

UNIDAD ACADEMICA DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUDCARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

OPERACIONES UNITARIAS III

TEMA

COLUMNA DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA, Ó DE FRACCIONAMIENTO

PERTENECE:

ANDRÉS ABRIL

ANDRÉS GÓMEZ

CRISTHIAN GONZALES

KLEBER SOTO

RICHARD VARGAS

DOCENTE:

ING. PETROQUIMICO. BRAULIO MADRID CELI

FECHA:

22 JUNIO, 2015

Machala – El Oro - Ecuador

Operaciones Unitarias III Página 1

ContenidoINTRODUCCION:............................................................................................................3

COLUMNA DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA, Ó DE FRACCIONAMIENTO............4

FUNDAMENTOS DEL PROCESO.................................................................................4

LOS PLATOS CUMPLEN LOS SIGUIENTES OBJETIVOS:.........................................6

Capacidad:..................................................................................................................6

Caídas de presión......................................................................................................6

Eficiencia:...................................................................................................................6

Costos de Fabricación e instalación:......................................................................6

Costos de operación y mantenimiento....................................................................6

TIPOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO.............................................................6

TORRES EMPACADAS..............................................................................................6

TORRES DE PLATOS................................................................................................7

TORRES REFRACCIONADORAS.............................................................................8

EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA TORRE DE FRACCIONAMIENTO O ATMOSFERICA..............................................................................................................8

RE HERVIDOR............................................................................................................8

TAMBOR DE DESTILADO.........................................................................................8

CONDENSADORES....................................................................................................8

INTERCAMBIADORES DE CALOR...........................................................................9

FUNCIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR.......................................9

RECUPERACIÓN DE CALOR:...................................................................................9

EVAPORACIÓN:.........................................................................................................9

CONDENSACIÓN:......................................................................................................9

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................11

FIRMAS DE RESPONSABILIDAD………………………………………………………………………………. 12


INTRODUCCION:

La destilación es una operación que se lleva a cabo en las torres de fraccionamiento.

El proceso involucra más de una etapa en las cuales los vapores ascendentes y

líquidos en contracorriente pasan a través de varios internos que promueven la

transferencia de masa entre las dos corrientes. El líquido se encuentra a su

temperatura de burbuja, mientras que el vapor en equilibrio está a su temperatura de

rocío. En forma simultánea, se transfiere masa desde el líquido por evaporación y

desde el vapor por condensación. El efecto neto es un incremento en la concentración

de los componentes más volátiles en la fase vapor y de los menos volátiles en la fase

líquida.

La alimentación es introducida en el punto en el que tiene la concentración adecuada,

los productos de tope salen como vapor y en el fondo como líquido, otros productos

también se obtienen de puntos intermedios. En este tipo de dispositivo están

presentes dos secciones: rectificación y despojamiento. La sección de rectificación

permite aumentar la pureza del producto más liviano y se encuentra localizada aguas

arriba del plato de alimentación. La sección de despojamiento permite mejorar la

recuperación del producto de fondo y se encuentra localizada debajo del plato de

alimentación.


COLUMNA DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA, Ó DE FRACCIONAMIENTO

El sistema de fraccionamiento es usado para separar una mezcla en productos

individuales de salida. El fraccionamiento es posible cuando dos productos tienen

diferentes puntos de ebullición. La operación consiste en que al introducir una mezcla

de hidrocarburos, los componentes que tengan menor punto de ebullición (más 21

livianos) se vaporizan primeramente y tienden a subir y los componentes de puntos de

ebullición más altos (más pesados) se quedan en el fondo (Matheus, 2007 )

La columna de destilación atmosférica, llamada también torre de fraccionamiento ó

torre de burbujeo permite la separación de los componentes del petróleo en un rango

de temperatura. La denominación de torre de burbujeo se refiere al hecho común que

en ella los vapores burbujean a través del líquido contenido en las bandejas. Esto da

lugar a que los vapores ascendentes entren en contacto con el líquido descendente

(reflujo) de bandeja en bandeja. (Soto, 2006)

FUNDAMENTOS DEL PROCESO

La destilación o fraccionamiento, del crudo es una operación que permite separar

cortes o combustibles de una mezcla compleja de hidrocarburos, como lo es el

petróleo. El principio físico en el que se basa el proceso es la diferencia de volatilidad

de los componentes, por tal motivo en las columnas fraccionadoras se adecuan las

condiciones termodinámicas para obtener o "condensar" los combustibles

perfectamente especificados. El fraccionamiento del crudo se completa en dos etapas,

en primer lugar se procesa en unidades de destilación atmosférica o Top ping, donde

la presión de trabajo es típicamente 1 Kg/cm2 . Los combustibles obtenidos por este

fraccionamiento son enviados a tanques de despacho o como carga de otras unidades

que completan su refinado. Gran parte del crudo procesado en los Top ping no se

vaporiza, ya que para lograrlo sería necesario elevar la temperatura de trabajo por

sobre el umbral de descomposición térmica. Por tal motivo este residuo atmosférico,

denominado crudo reducido, se bombea a la unidad de Vacío, donde se baja la

presión a 20 mm Hg (típico) lo que permite destilarlo a mayores temperaturas sin

descomponer la estructura molecular. Para que se produzca la "separación o

fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases líquido-

vapor, ya que de esta manera los componentes más livianos o de menor peso

molecular se concentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor peso

molecular predominan en la fase liquida, en definitiva se aprovecha las diferencias de

volatilidad de los hidrocarburos. El equilibrio líquido-vapor, depende principalmente de

los parámetros termodinámicos, presión y temperatura del sistema. Las unidades se


diseñan para que se produzcan estos equilibrios en forma controlada y durante el

tiempo necesario para obtener los combustibles especificados. Básicamente el

proceso consiste en vaporizar los hidrocarburos del crudo y luego condensarlos en

cortes definidos. Modificando fundamentalmente la temperatura, a lo largo de la

columna fraccionadora. La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de

carga de la columna fraccionadora. En el Horno se transfiere la energía térmica

necesaria para producir el cambio de fase y en la Zona de Carga se disminuye la

presión del sistema, produciéndose el flash de la carga, obteniéndose la vaporización

definitiva. La fase liquida se logra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornados a

la torre. Estos reflujos son corrientes liquidas de hidrocarburos que se enfrían por

intercambio con crudo o fluidos refrigerantes. La función u objetivo principal de estos,

es eliminar o disipar en forma controlada la energía cedida a los hidrocarburos en el

horno, de esta manera se enfría y condensa la carga vaporizada, en cortes o

fracciones de hidrocarburos específicas, obteniéndose los combustibles

correspondientes. La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio

entre los vapores que ascienden y los líquidos descendentes. En puntos o alturas

exactamente calculadas existen platos colectores desde lo que se extraen los

combustibles destilados. La diferencia fundamental entre las unidades de Top ping y

Vacío es la presión de trabajo. El Top ping opera con presiones típicas de 1 Kg/cm2

(manométrica), mientras que en el Vacío trabaja con presiones absolutas de 20

mmHg. Esto permite destilar hidrocarburos de alto peso molecular que se

descompondrían o craquearían térmicamente, si las condiciones operativas normales

del Top ping fuesen sobrepasadas. (Matheus, 2007 )

Figura 1 Columna de Destilación Atmosférica


LOS PLATOS CUMPLEN LOS SIGUIENTES OBJETIVOS:

Capacidad: Es deseable que sean diseñados para altos flujos vapor/líquido. Además

deben tener Flexibilidad o adaptabilidad a fluctuaciones en flujos de vapor o líquido. ·

Caídas de presión: Es deseables bajas caídas de presión para reducir la gradiente

de temperatura entre el tope y fondo de la columna. Una alta caída de presión,

generalmente está asociada con diseños ú operaciones antieconómicas (se estima en

un alto porcentaje). ·

Eficiencia: el objetivo de performance de cada plato es lograr alta eficiencia. A mejor

contacto vapor/líquido sobre un amplio rango de capacidades, mayor será la eficiencia

en este rango. ·

Costos de Fabricación e instalación: Los detalles deben ser simples para mantener

bajos costos. ·

Costos de operación y mantenimiento: El diseño mecánico debe considerar las

peculiaridades del fluido (partículas suspendidas, coque, etc.) y dar facilidad para los

requerimientos de drenaje, limpieza (química o mecánica), etc., para mantener los

costos de operación y tiempos de parada en el mínimo. (Soto, 2006)

TIPOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO

TORRES EMPACADAS

Fig. 2 Torres empacadas

Se recomiendan para los siguientes casos: Operaciones al vacío: Se puede diseñar

para caídas de presión menores. Para líquidos espumantes: se produce menor altura

de espumas. Se reduce la retención de líquido, lo que permite manejar procesos con

materiales sensibles al calor. La construcción suele ser más sencilla y económica en


sistemas corrosivos. En torres de diámetro pequeño, son más económicas que las de

platos. (Matheus, 2007 )

TORRES DE PLATOS

Fig. 3 Torre de Platos.

Existen numerosos diseños de dispositivos de fraccionamiento. En la industria, ellos se

pueden clasificar en bandejas con bajante y sin bajantes. Un plato o bandeja típica

consiste en un área de burbujeo, el área de sello del bajante y el área del bajante.

Usualmente, la bandeja está equipada con un rebosadero de salida en el extremo de

salida de la corriente del área de burbujeo. El líquido que desciende de la bandeja

superior a través del bajante, cambia su dirección en el área del sello del bajante y

entra al área de burbujeo. Aquí el líquido entra en contacto con el vapor ascendente a

través de la bandeja. El rebosadero de salida sirve primariamente para mantener el

nivel del líquido de la bandeja, así como para constituir o suministrar un sello al

bajante. Las bandejas con bajantes se diseñan para tener una trayectoria de líquido, o

dos o más trayectorias si la tasa de flujo líquido es lo suficientemente elevada.

(Matheus, 2007 )

TORRE DE DESTILACIÓN AL VACÍO

Fig. 4 Torre de destilación de unidad al vacío.


La destilación al vacío es la separación de líquidos con puntos de ebullición mayores a

150ºC y consiste en generar un vacío parcial dentro del sistema de destilación para

destilar sustancias por debajo de su punto de ebullición normal. Este tipo de

destilación se utiliza para purificar sustancias inestables por ejemplo las vitaminas.

Se puede trabajar a presiones menores a la atmosférica, lo que permite que los

componentes hiervan a menores temperaturas. En el caso de la industria del petróleo

es la operación complementaria de destilación del crudo procesado en la unidad de

destilación atmosférica, que no se vaporiza y sale por la parte inferior de la columna de

destilación atmosférica, la anilina también puede ser destilada a 100 °C extrayendo el

93% del aire del alambique. El vaporizado de todo el crudo a la presión atmosférica

necesitaría elevar la temperatura por encima del umbral de descomposición química y

eso, en esta fase del refinado de petróleo, es indeseable.

TORRES REFRACCIONADORASEstán destinadas a obtener un o unos productos más refinados a partir de un corte

primario de la destilación fraccionada. Pueden trabajar a altas presiones cuando se

trata de obtener los componentes “puros” de un determinado gas. (Uricare, 2013)

EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA TORRE DE FRACCIONAMIENTO O ATMOSFERICA

RE HERVIDOREquipo cuyo único propósito es el de vaporizar parte de los líquidos que están en el

fondo de la torre produciendo vapores que fluyen desde el fondo hacia el tope.

Cualquier líquido que no se vaporice en el re hervidor pasa a ser producto de fondo

(Matheus, 2007 )

TAMBOR DE DESTILADOEl propósito del tambor de destilado es proporcionar un flujo estable de reflujo y

producto de tope. El tambor debe ser lo suficientemente grande como para absorber

variaciones pequeñas en el flujo de condensación. También ayuda en la separación

del vapor y del líquido y en algunos casos es usado para separar dos fases líquidas

inmiscibles. (Matheus, 2007 )

CONDENSADORESSe conoce como unidad condensadora a todo aquel intercambiador que cumple una

función de disminución de temperatura, ya sea para gases, vapores y otros. La


configuración de un condensador puede ser de varios tipos, es decir, de tubo y coraza,

placas y superficies extendidas.

Estos equipos se encuentran generalmente en los procesos de cambios de fase de

gases a líquidos, los equipos de calefacción de líquidos con vapor son a su vez

condensadores de vapor. En los ciclos de refrigeración los condensadores tienen la

función de enfriar el gas refrigerante ya sea por flujo cruzado gas-aire o gas-agua. Los

intercambiadores son diseñados para satisfacer requerimientos específicos, existiendo

en el mercado una gran diversidad de tipos que difieren en tamaño y forma, estos tipos

son clasificados de acuerdo a diferentes criterios, tales como procesos y mecanismos

de transferencia de calor, grado de compacticidad de la superficie, patrón de flujo,

número de fluidos, geometría y tipo de construcción. (Matheus, 2007 )

INTERCAMBIADORES DE CALOR.Es un equipo cuyo objetivo principal es la transferencia de energía térmica entre dos o

más fluidos a diferentes temperaturas. (Matheus, 2007 )

FUNCIONES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR.En un intercambiador el calor fluye, como resultado del gradiente de temperatura,

desde el fluido caliente hacia el frío a través de una pared de separación, la cual se le

denomina superficie o área de transferencia de calor. Si los fluidos son inmiscibles, el

área física de transferencia de calor puede ser eliminada, y la interface formada entre

los fluidos puede servir como área de transferencia de calor. En resumen, las

funciones típicas de un intercambiador de calor en los procesos (Matheus, 2007 )

RECUPERACIÓN DE CALOR: La corriente fría recupera parte del calor contenido en la corriente caliente. Es decir,

calentamiento y enfriamiento de las corrientes involucradas, las cuales fluyen

simultáneamente a ambos lados del área de transferencia de calor. (Matheus, 2007 )

EVAPORACIÓN: Ocurre cuando una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia

de fase liquida a vapor. (Matheus, 2007 )

CONDENSACIÓN: Ocurre cuando una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia

de fase vapor a fase liquida. (Matheus, 2007 )


EL CRACKING

El cracking es una operación que consiste en romper las moléculas grandes de los

hidrocarburos presentes en los derivados pesados del petróleo, transformándolas en

moléculas más pequeñas, como las que se encuentran en la gasolina. Por ejemplo,

mediante el cracking se rompe una molécula de veinte carbonos en dos moléculas

más cortas de diez carbonos cada una, las que ya tienen las características requeridas

de la gasolina.

La materia prima que se emplea en el cracking es generalmente el fuel oil. En el

cracking térmico el combustible pesado es calentado a una temperatura entre 500ºC y

600ºC, en una cámara especial de reacción en la que se rompen las cadenas de los

hidrocarburos haciéndose pasar el producto, rico en gasolina, por una columna de

fraccionamiento donde se separan los gases y se condensa la gasolina (Matheus,

2007 ).

.


BibliografíaBriceño Fajardo, Y. L. (s.f.).

Matheus, D. J. (1 de Agosto de 2007 ). UNIVERSIDAD DE ORIENTE. Obtenido de “EVALUACIÓN DE LA FILOSOFÍA DE OPERACIÓN DEL SISTEMA DE: http://ri.bib.udo.edu.ve/bitstream/123456789/339/1/Tesis-IQ007-B25.pdf

Soto, H. J. (3 de Agosto de 2006). UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS. Obtenido de Potencial contaminación por cromo en el proceso de: http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/monografias/ingenie/jacinto_sh/cap1.pdf

Uricare, J. G. (18 de Noviembre de 2013). Universidad de Oriente. Obtenido de Procesamiento de Hidrocarburos: http://es.slideshare.net/wla100/destilacion-presentacion


FIRMAS DE RESPONSABILIDAD

ANDRÉS ABRIL

ANDRÉS GÓMEZ

CRISTHIAN GONZALES

KLEBER SOTO

RICHARD VARGAS


torre de fraccionamiento

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