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.