Destilación y Equipos de Destilación

7/24/2019 Destilacin y Equipos de Destilacin

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Procesos de Refinacin

Destilacin y Equipos deDestilacin

Cuaderno de Trabajo

Nombre: _____________________________

Fecha de Emisin: ________________________


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Procesos de Refinacin:

KBC Advanced Technologies, Inc. 2 de 137 Destilacin y Equipos de Destilacin

La informacin contenida en este cuaderno de trabajo consta de datos, conceptos y principios que describen

procesos especficos. Esta informacin fue desarrollada por KBC Advanced Technologies plc (KBC). KBC

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de impartir informacin general acerca del tema especfico del curso.

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Contenidos

ndice de Grficos y Fotos 4

Objetivos del Mdulo 7

Introduccin al Mdulo 7

Leccin 1: Acerca de la Destilacin 9

Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin Compleja 29

Leccin 3: Partes Principales de los Equipos de Destilacin 67

Leccin 4: Operacin de los Equipos de Destilacin 79

Leccin 5: Equipos de Destilacin 91

Leccin 6: Equipo de Apoyo 115

Conclusin del Mdulo 133

Glosario 135


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ndice de Grficos y Fotos

Figura 1.1 Alambique de Destilacin Simple por Lotes .............................................................. 11

Figura 1.2 De qu manera la Destilacin Separa Dos Componentes ........................................... 13

Figura 1.3 Alambique de Destilacin Simple por Lotes .............................................................. 17

Figura 1.4 Equipo para Prueba de Destilacin en el Laboratorio ................................................. 19

Figura 1.5 Curva Tpica de Destilacin ........................................................................................ 20

Figura 1.6 Destilacin por Evaporacin Instantnea Continua .................................................... 24

Figura 2.1 Presin de vapor .......................................................................................................... 31

Figura 2.2 Presin de Vapor del Pentano/Hexano ........................................................................ 33

Figura 2.3 Evaporacin de Pentano y Hexano ............................................................................. 34

Figura 2.4 Evaporacin de la Mezcla de Pentano/Hexano ........................................................... 35

Figura 2.5 Incremento del Porcentaje del Pentano en la Mezcla de Pentano/Hexano ................. 36

Figura 2.6 Presin de las Mezclas y las Presiones Parciales ........................................................ 37

Figura 2.7 Tabla de la Presin Parcial .......................................................................................... 38

Figura 2.8 La Presin de Vapor Vara con la Temperatura .......................................................... 40

Figura 2.9 Relacin de La Presin de Vapor/Temperatura para el Agua ..................................... 40

Figura 2.10 Choque entre la Presin de Vapor y la Presin del Sistema ..................................... 41

Figura 2.11 Torre de Destilacin y Fraccionadora ....................................................................... 44

Figura 2.12 Destilaciones Mltiples del Destilado ....................................................................... 46

Figura 2.13 Alambiques Mltiples Instalados en una Columna ................................................... 47

Figura 2.14 Alambiques Incluidos Debajo de los Alambiques de Carga ..................................... 50

Figura 2.15 Sistema de Destilacin Binaria ................................................................................. 53

Figura 2.16 Torre de Fraccionamiento de Mltiples Extracciones .............................................. 57

Figura 2.17 Despojamiento con Vapor y el Efecto de la Presin Parcial ..................................... 59

Figura 2.18 Sistema de Destilacin al Vaco ................................................................................ 61

Figura 3.1 Esquema de una Representacin Grfica de los Platos de Vlvula de una Torre de

Destilacin ................................................................................................................... 70

Figura 3.2 Platos de Campana de Burbujeo ................................................................................. 71

Figura 3.3 Platos Perforados ......................................................................................................... 72


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ndice de Grficos y FotosCont inuacin



Figura 3.4 Plato Tipo Anillo de Salida, Rejilla y Distribuidor ..................................................... 73

Figura 3.5 Columna Empacada de Destilacin ............................................................................ 75

Figura 5.1 Torres para Propsitos Diferentes (Izquierda: Torre Depropanizadora; Derecha:

Torre de Vaco) ............................................................................................................ 94

Figura 5.2 Equipo de un Sistema de Destilacin .......................................................................... 96

Figura 5.3 Torre Atmosfrica de Crudo ....................................................................................... 99

Figura 5.4 Recibidor del Domo .................................................................................................. 100

Figura 5.5 Plato tipo Anillo de Salida y la Malla de Roco ........................................................ 104

Figura 5.6 Despojadora con Vapor ............................................................................................. 106

Figura 5.7 Efecto del Vapor sobre la Presin Parcial ................................................................. 107

Figura 5.8 Destilacin por Evaporacin Instantnea .................................................................. 109

Figura 6.1 Plato Perforado .......................................................................................................... 117

Figura 6.2 Plato de Vlvula ........................................................................................................ 118

Figura 6.3 Plato de Campana de Burbujeo ................................................................................. 119

Figura 6.4 Plato de Chimenea .................................................................................................... 120

Figura 6.5 Flujo del Rehervidor de Trampa de Salida ............................................................... 124

Figura 6.6 Rehervidor de Termosifn ........................................................................................ 125

Figura 6.7 Recalentador de Agua ............................................................................................... 127

Figura 6.8 Rehervidor de Horno ................................................................................................. 128


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Procesos de Refinacin

Destilacin y Equipos de Destilacin

Objetivos del Mdulo

Al completar este mdulo, usted podr:

1. Describir la destilacin simple.

2. Describir la destilacin compleja y el fraccionamiento.

3. Describir los equipos de destilacin.

4. Identificar los equipos de destilacin en el campo.

5. Describir cmo se operan los equipos de destilacin.

Introduccin al Mdulo

Este mdulo describe los conceptos de destilacin y explica el funcionamiento de los equipos dedestilacin. Tambin describe e ilustra los varios tipos de equipos de destilacin, as como sus

partes internas. Este mdulo tambin explica cmo se operan los equipos de destilacin.

El capacitarse en este tema es de importancia, ya que es esencial tener un claro conocimiento de

la destilacin para as poder operar este equipo de manera segura y eficiente. En los procesos de

destilacin de hoy en da, las condiciones operativas estn cambiando constantemente y los

equipos estn casi siempre operando a su mxima capacidad. Usando los controles de la

consola, los operadores sern capaces de seguir los procesos lgicos de la computadora. Estos

factores hacen que los equipos de destilacin sean cada vez ms un mayor reto al momento de

operar. Los operadores de hoy en da estn en una definitiva desventaja si no entienden los

principios de destilacin.

En este mdulo, usted aprender sobre los conceptos de destilacin. Usted tambin aprender

sobre los tipos comunes de equipos de destilacin, sus partes internas y cmo funcionan.

Adems, aprender como operan los equipos de destilacin.


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Leccin 1

Acerca de la Destilacin

Objetivos de la Leccin

Al completar esta leccin, usted podr:

1. Describir la destilacin simple usando un alambique para la destilacin como ejemplo.

2. Describir el proceso de destilacin por lotes.

3. Describir las pruebas de destilacin en el laboratorio y los puntos de corte.

4. Describir la destilacin por evaporacin instantnea y continua.

Introduccin a la Leccin

Esta leccin presenta el concepto de la destilacin simple. Para ilustrar este concepto, tanto el

alambique simple de lotes y como la evaporacin instantnea continua con alambiques se usan

como ejemplos.

El capacitarse en esto es importante, ya que la destilacin es quizs el proceso que menos se

entiende y puede ser muy confuso para el operador principiante. Para ser competente al

momento de operar los equipos de destilacin es esencial entender los conceptos de la

destilacin simples.

En esta leccin, usted aprender que la destilacin simple no produce una separacin pura y

eficiente. Usted aprender el por qu es necesaria la destilacin compleja y el fraccionamiento.


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Destilacin Simple y el Alambique de Lotes

La destilacin es el proceso generalmente ms utilizado para separar las mezclas disueltas de los

lquidos. Los usos comunes de la destilacin son separar el crudo en sus productos, purificar los

productos qumicos y producir bebidas alcohlicas. El proceso de destilacin puede ser simple o

muy complejo. En esta seccin usted aprender sobre los conceptos elementales de la

destilacin, usando al alambique de destilacin simple como gua.

El Proceso de Destilacin La destilacin es un fenmeno de separacin fsico qumicode una mezcla de lquidos disueltos en sus componentes, a

travs de la ebullicin de dicha mezcla en un alambique. Laseparacin ocurre ya que los componentes ms livianos se

evaporan ms rpido que los componentes ms pesados. El

vapor producido contiene los componentes ms livianos y

por lo general se los recupera a travs de enfriamiento y

condensacin, para obtener un lquido. El producto lquido

remanente en el fondo contiene los componentes pesados, es

extrado y enfriado.

Para cualquier operacin de destilacin, al productoevaporado liviano se lo conoce como destilado. Al producto

lquido pesado remanente se lo conoce como residuo.

El Alambique deDestilacin Simple

La figura 1.1 ilustra un alambique de destilacin simple. La

mezcla a destilarse se hierve en el alambique. Este

recipiente es sostenido sobre el hogar del horno donde se

quema el combustible para producir el calor necesario para

la ebullicin. Para quemar el combustible de manera

eficiente, el hogar del horno se encuentra equipado con un

quemador de combustible, y una chimenea para el venteo delos gases de combustin y se genera el tiro. Los equipos

adicionales que se necesitan son una tubera de vapor, un

condensador tipo caja para condensar el vapor y un

recipiente recolector para recoger al destilado. El alambique

tambin se encuentra equipado con un termmetro para

monitorear la temperatura de destilacin.


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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDest ilac in Simp le y el Alambiqu e por Lo tes



Figura 1.1 Alambique de Destilacin Simple por Lotes

Los alambiques por lotes generalmente estn limitados a

destilar cantidades pequeas, o a preparar muestras de lamateria prima de la carga, para su anlisis y evaluacin.

Para el propsito de aprender sobre la destilacin, el

alambique por lotes nos sirve como un ejemplo fcil a seguir

en cuanto se refiere a los principios de este proceso.

El Proceso de Separacin La destilacin separa a los componentes de una mezclalquida segn su Temperatura del Punto de Ebullicin

(Boiling Point TemperatureBPT). La BPT por lo general

define la densidad relativa de un componente. Los

componentes con baja BPT casi siempre son ms livianos en

su densidad que aquellos con una BPT alta.

Cuando una mezcla hierve, cada componente en la mezcla

intenta evaporarse. Sin embargo, el componente con la BPT

ms baja se evapora ms rpidamente y de manera completa,

y los ms pesados se evaporan ms lentamente y de manera

menos completa. Por lo tanto, hay una separacin, a pesar

de que no es perfecta.

AlambiqueTermmetro

Carga

Combustible

Hogar

Chimenea

Tubera de Vapor

Entrada de Agua de

Enfriamiento

Condensador Tambor de

Depsito

Salida de

Agua de

Enfriamiento

Producto

Destilado

Producto del

Residuo


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NOTA

Es importante que entienda que la destilacin simplenunca realiza una separacin perfecta. Pero el vapor del

destilado proveniente de un alambique siempre ser ms

rico en componentes livianos, que el residuo. Adems, el

residuo siempre contiene un porcentaje ms grande de

componentes pesados, en comparacin el vapor.

La Composicin del Producto Durante la DestilacinSimpleLa composicin del producto cambia constantemente

durante la destilacin simple. El porcentaje de los

componentes livianos en cualquier vapor del destilado

depende del porcentaje de estos componentes remanentes en

el residuo en ebullicin. Cuando el porcentaje de los

componentes livianos es alto en el residuo, tendrn ms

libertad de escapar y arrastrarn una menor cantidad de

componentes pesados. Cuando la cantidad de los

componentes livianos es baja en el residuo se quedan

atrapados en los componentes pesados y es ms difcil que

puedan desprenderse en forma de vapor.

Al comienzo de la destilacin por lotes, los componentes

livianos se desprenden rpidamente. A medida que la

destilacin sigue, el porcentaje de componentes ms livianos

en el residuo disminuyen. Esto afecta al vapor. Ms

componentes pesados ingresan al vapor, ya que ahora estn

ms concentrados en el lquido en ebullicin. El resultado

neto es que mientras avanza la destilacin, el destilado se

vuelve progresivamente ms contaminado con los

componentes pesados, y el residuo disminuye el

desprendimiento de componentes livianos.

Separacin BinariaLa figura 1.2 ilustra la separacin binaria con un alambique

por lotes. La mezcla de la carga en el alambique contiene

dos componentes en proporciones iguales. Uno de ellos es

un componente liviano, con una BPT menor. El otro

componente es ms pesado, con una BPT ms alta.


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Figura 1.2 De qu manera la Destilacin Separa Dos Componentes

Cuando la mezcla de la carga comienza a hervir, ambos

componentes se evaporan. El vapor destilado se condensa y

gotea en un recipiente. Un anlisis de la primera gota, nos

muestra que los componentes son 75% livianos y un 25%

pesados.

Esto se convierte en algo evidente a medida que progresa la

destilacin, el hecho de que la separacin se est

deteriorando. La tabla para la composicin de residuos en la

Figura 1.2 nos muestra lo que est ocurriendo. Al principio,

el componente liviano sale del alambique de una manera

bastante rpida, pero hay una desaceleracin gradual y

continua. Eventualmente, cuando 80% de la mezcla de la

carga est evaporada, an queda 5% del componente liviano

atrapado en el residuo.

Combustible

Gases deChimenea

0

25

50

75

100

012.52537.550

PorcentajeDestilado

% De Componentes Livianos en el

Residuo

0

25

50

75

100

25 31.25 43.75 50

PorcentajeDestilado

% De Componentes Pesados en

el Destilado

37.5

Alambique

Recibidor del

Domo

Condensador

CWR CWS


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La curva de destilado de la Figura 1.2 muestra un peor

escenario. La primera gota muestra la mejor pureza posible

del destilado. Contiene 75% del componente liviano y un

25% del componente pesado. A medida que la destilacin

contina, el componente pesado se evapora cada vez ms.

Para cuando el 50% est destilado, el vapor del destilado

contiene el 33% del componente pesado. Esta es una

disminucin terrible en la pureza del destilado.

Eficiencia de la Destilacin por lotes en Comparacin conla Destilacin Continua

La destilacin por lotes es ineficiente. Obviamente tiene quehaber una mejor manera de producir eficientemente mejores

productos, a travs de la destilacin. En la Leccin 2, usted

ver como la destilacin compleja resuelve este problema.

La destilacin simple por lotes es altamente ineficiente, pero

de otras maneras. Fjese que slo se puede manejar

cantidades pequeas de carga a la vez, y el alambique deber

ser enfriado entre cada lote. Se utiliza la destilacin

continua ms a menudo, debido a que generalmente ahorra el

tiempo y energa calrica.

Los dos conceptos, tanto el de la destilacin continua como

el de la destilacin compleja sern explorados a medida que

usted progresa en este mdulo.

Temperatura del Punto de EbullicinLas temperaturas del punto de ebullicin pueden usarse

efectivamente para indicar la composicin del residuo. Esto

se debe a que la BPT de una mezcla es la BPT del pesopromedio de todos sus componentes.

La BPT de cualquier mezcla depende de tres factores:

Las BPTs de cada componente individual

La presin ejercida sobre la mezcla de la ebullicin

La proporcin de cada componente en la mezcla


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La BPT de cada componente es conocida y es una constante.

La presin en el alambique est controlada a un valor

constante. Por ende, con los dos primeros factores

constantes, la BPT de cualquier mezcla de ebullicin

depende de su composicin.

Ya que la BPT depende de ms de un factor, por lo general

no es un mtodo preciso para indicar la composicin del

producto. La BPT no puede predecir de manera precisa la

composicin del producto cuando:

La carga contiene componentes desconocidos

La carga tiene un nmero mltiple de componentes en

proporciones variables

Sin embargo, la BPT es un indicador muy preciso de la

composicin del producto cuando se conoce cul es la

composicin exacta de la carga.


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El Proceso de Destilacin por Lotes

La siguiente explicacin simplificada describe una operacin del alambique por lotes. Use la

Figura 1.3 para seguir esta descripcin. Se entiende que todos los pasos del cumplimiento de la

seguridad se han completado antes de cargar cualquier materia prima. Las consideraciones de

seguridad sern detalladas en la Leccin 4.

Operacin del Alambiquepor Lotes

Para comenzar la operacin, se carga un alto nivel de materia

prima al alambique. El flujo del agua de enfriamiento

arranca a travs del condensador y se prende fuego en el

hogar. A medida que la mezcla hierve, los vaporesdestilados pasan del alambique hacia el condensador. Aqu,

los vapores se condensan en lquido y un recipiente recoge el

producto destilado.

El producto liviano contina evaporndose desde la mezcla

hasta que el residuo alcance la composicin deseada. Esta

composicin se indica cuando la lectura del termmetro

asciende a la BPT apropiada. En este momento, el fuego

bajo del alambique se extingue y se deja enfriar elalambique. Los productos del alambique y del recipiente se

drenan, y se carga un nuevo lote para comenzar otro ciclo.

Purificacin de losProductos a Travs de laDestilacin por Lotes

Los productos derivados de la destilacin simple por lotes

son bastante impuros. El producto destilado contiene

cantidades importantes de residuo pesado y el residuo est

entremezclado con el producto liviano.

Es posible purificar ambos productos, tanto el residuo como

tambin el destilado, a travs de la destilacin por lotes.Pero resulta muy caro hacerlo as, ya que es necesario volver

destilar los productos.


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Leccin 1: Acerca de la DestilacinEl Proceso de Dest i lac in por L otes



Figura 1.3 Alambique de Destilacin Simple por Lotes

Purificacin del ResiduoEl producto del residuo puede ser liberado de la mayora de

los contaminantes del destilado, si contina con la

destilacin. Use el ejemplo de la destilacin que se acab de

ilustrar, con una carga de lotes la cual contiene un 50% del

destilado/50% de residuo.

Si se dio a lugar una separacin perfecta, al vaporizar el 50%

del lote, slo debera quedar el componente pesado como

residuo. Todo el componente liviano deber estar en el

producto destilado.

La separacin, obviamente no es perfecta. Para liberar al

residuo de su contaminacin ligera, ms del 50%

(aproximadamente 80%) del lotes debe hervirse. Al hacer

esto, se produce un destilado que est severamente

contaminado con residuo pesado. Para ahorrar materia

prima, el producto del destilado se mezcla con la carga y se

lo vuelve a destilar.

AlambiqueTermmetro

Carga

Combustible

Hogar

Chimenea

Tubera de Vapor

Entrada de Agua de

Enfriamiento

Condensador Tambor del

Depsito

Salida de

Agua de

Enfriamiento

Producto

Destilado

Producto del

Residuo


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Leccin 1: Acerca de la DestilacinEl Proceso de Dest i lac in por L otes



Purificando el DestiladoEl producto destilado puede separarse de la contaminacin

de residuo por re destilacin. Recuerde que el vapor

destilado siempre contiene un porcentaje ms alto del

componente liviano, en comparacin al residuo que genera.

Si el producto del destilado proveniente del 80% del lote

mencionado en el prrafo previo se destila otra vez, y

nuevamente el 80% se hierve, los vapores de alguna manera

se purificaran. Al repetir este procedimiento varias veces se

puede obtener un producto destilado aceptablemente puro.

El residuo de cada destilacin sucesiva se contamina deforma incrementada con los componentes del destilado.

Todos estos residuos se mezclan con la carga y se vuelven a

destilar.

Algunos pasos son necesarios para purificar el producto,

usando destilaciones repetidas por lote, consumen mucho

tiempo y resultan costosos en cuanto al uso de energa. Sin

embargo, estos principios se usan de una manera ms

eficiente en la destilacin compleja y en el fraccionamiento.

El entender estos principios ahora aumentar enormementesu comprensin cuando haya completado la Leccin 2 y 3.


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Destilacin en Laboratorio

La destilacin simple por lotes se la usa frecuentemente para las pruebas y evaluaciones de la

carga y tambin para analizar los productos como parte del control de calidad. A diferencia de la

destilacin en planta, el objetivo de la destilacin del laboratorio es el de generar datos.

Prueba de la Destilacinpor Lotes

Para realizar esta prueba, la muestra se destila hasta que no

quede residuo en el alambique. Durante la destilacin, se

dibujan puntos seleccionados en un grfico, graficando el

porcentaje vs. la BPT para cada punto. De ah se conectan

los puntos en una curva continua.

La figura 1.4 ilustra un equipo tpico de destilacin en

laboratorio, y la Figura 1.5 es una curva tpica de destilacin.

Figura 1.4 Equipo para Prueba de Destilacin en el Laboratorio

Muestra

Matraz de

Destilacin

Termmetro

Condensador

Agua Helada

Cubierta

Probeta

Graduada de

100ml

Destilado

Dispositivo deCalentamiento


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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin en Laboratorio



Figura 1.5 Curva Tpica de Destilacin

En una curva de destilacin, usualmente se notan estos

puntos primordiales:

Temperatura de punto de ebullicin inicial

10% de la temperatura de punto de ebullicin



Temperatura final de punto de ebullicin

La temperatura del Punto de ebullicin Inicial (Initial

Boiling PointIBP) se registra en el momento en el que la

primera gota entra al recipiente.

Cada una de las BPTs del 10%, 50%, y 90% se registran

cuando estas cantidades de la muestra se destilan en el

recipiente.

% Destilado

Temperatura,

F


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La temperatura del Punto Final de Ebullicin (Final Boiling

PointFBP) se registra cuando la ltima gota de residuo

sale el matraz de destilacin.

Estos puntos son de especial inters debido a que:

El IBP indica si hay algn contaminante liviano en la

muestra.

El 10% del BPT marca la cantidad relativa de los

componentes livianos en la muestra.

El 50% del BPT indica la BPT promedio para la muestra.

El 90% del BPT marca la cantidad relativa de los

componentes pesados en la muestra.

El FBP indica s es que hay algn contaminante pesado

en la muestra.

Se pueden elegir otros puntos importantes en una curva de

destilacin, dependiendo de la muestra y de la informacin

deseada. Por ejemplo en una prueba de evaluacin del crudo

se observa que otras temperaturas primordiales determinan el

porcentaje de cada producto en la muestra.

Puntos de Corte El grfico de destilacin mostrado en la Figura 1.5, ilustraotro punto importante para todas las operaciones de

destilacin. Para cualquier punto en el grfico que muestre

el porcentaje destilado, deber haber una temperatura

definida de punto de ebullicin. Y como se explic

previamente, la temperatura de punto de ebullicin define

tanto las composiciones del residuo como tambin las del

destilado.

Si una destilacin se para (interrumpe) a cierta temperatura

de ebullicin, esta interrupcin define las composiciones del

residuo sobrante en el alambique, y del destilado en el

recipiente. Igual de importante resulta el hecho de que el

punto de corte define el volumen que se va a obtener de cada

producto.

El uso comn ha simplificado el trmino punto de

separacin y ahora se lo conoce como punto de corte.


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Para producir residuos y productos de destilado de una

composicin definida se deber definir el punto de corte. Un

punto de corte puede determinarse ya sea como el porcentaje

destilado, o como la temperatura de punto de ebullicin.

Ambos mtodos son comnmente usados. Adems, por lo

general se usa al uno como una verificacin del otro.

Cuando la temperatura de punto de ebullicin se usa para

definir la composicin de un producto, se conoce

comnmente como temperatura del punto de corte.

NOTAEl entender los puntos de corte es esencial para operar al

equipo de destilacin. Para cualquier carga de la

destilacin, la composicin de un producto no puede

alterarse sin cambiar el punto de corte. Este cambio

alterar dos cosas: (1) la temperatura de punto de

ebullicin del producto, y (2) el porcentaje de la carga que

se destila.

Evaluaciones en elLaboratorio

Los laboratorios de planta evalan la nueva carga cuando nose conocen sus propiedades. Un ejemplo de esto es el crudo

proveniente de un nuevo campo petrolero. Si el crudo no es

el apropiado para el tipo de procesos en la refinera, las

operaciones pueden afectarse significativamente. O un

intento en procesar el crudo puede resultar en un desastre

financiero.

Una evaluacin comienza con una destilacin por lotes en el

laboratorio, la cual sirve para determinar los porcentajes de

cada producto en el crudo. Esto se calcula fcilmente con

una curva de destilacin. Despus, se envan varios barriles

de muestra a una planta piloto en el laboratorio, en donde se

lleva a cabo la destilacin compleja, para as obtener

importantes cantidades de las muestras de producto.

Por ltimo, las muestras de producto son devueltas al

laboratorio para un anlisis detallado de cada una de ellas.

Esto incluye una destilacin simple por lotes para que se

pueda obtener la curva de destilacin para cada producto.


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La destilacin es una herramienta valiosa para examinar

muestras, as como tambin sirve de medio para separar

productos en un proceso. Esto es debido a que la BPT es un

buen indicador tanto de la cantidad como de la calidad de los

componentes en una mezcla de lquidos.


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Destilacin por Evaporacin Instantnea Continua

La destilacin por evaporacin instantnea continua resuelve algunos de los problemas

inherentes a la destilacin por lotes. La caracterstica continua, sin la interrupcin y reinicio del

proceso de la destilacin por lotes, conserva energa calrica y ahorra tiempo. Sin embargo, la

destilacin por evaporacin instantnea continua retiene todas las fallas de la destilacin por

lotes, en cuanto a una separacin pobre de los productos. De hecho, hay poca diferencia en la

manera en la que dos procesos realizan una separacin.

Destilacin por

Evaporacin InstantneaContinua

La destilacin por evaporacin instantnea continua es un

proceso que bombea una carga continuamente a travs de unintercambiador de calor, hasta que est parcialmente

vaporizada. La mezcla calentada luego ingresa a un tambor

de evaporacin instantnea, el cual a veces se conoce como

un recipiente abierto, en donde los vapores son liberados del

lquido no evaporado. Este proceso de desacoplamiento es

conocido como evaporacin instantnea. La figura 1.6 nos

ilustra el proceso de destilacin por evaporacin instantnea

Figura 1.6 Destilacin por Evaporacin Instantnea Continua

Flujo de Carga

Continua

Calentador

Medio de

Calentamiento

Continuo

Vapor

Lquido

Lquido No-

Vaporizado del

Residuo

Cmara de

Evaporacin

Vapor del Destilado


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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin p or Evaporac in Instantnea Con tinua



La mezcla de la carga se calienta ya sea mediante un

intercambiador de calor, un horno, o un proceso previo.

Luego del calentamiento, ingresa por un lado del tambor de

la evaporacin instantnea. En la parte superior del tambor

de la evaporacin instantnea hay una salida para los vapores

del destilado. El residuo lquido sale del tambor por el

fondo.

Antes de ingresar al tambor de evaporacin instantnea, se

pone al flujo de carga en tuberas o en otro espacio

restringido. En este lugar, el vapor y el lquido permanecen

mezclados. El vapor y el lquido no pueden separarse hastaque la carga caliente llegue al tambor abierto de evaporacin

instantnea.

NOTATodos los conceptos y reglas para la destilacin simple

siempre se cumplen cuando el flujo continuo de la carga

se calienta. A medida que la evaporacin aumenta, los

componentes ms livianos dominan la composicin del

vapor. La temperatura de la carga en cualquier punto en

el calentador siempre es la BPT del lquido no evaporado.

Destilacin porEvaporacin InstantneaComparada con laDestilacin por Lotes

Otra manera de mirar a la destilacin por evaporacin

instantnea consiste en compararla con la destilacin por

lotes. Durante la destilacin por lotes, se contina con la

evaporacin hasta que se alcanza el punto de corte y de ah

se apaga al fuego. Ahora hay un producto, tanto del

destilado como del residuo, cada uno con una composicin

definida por el punto de corte.

En la destilacin por evaporacin instantnea continua, la

temperatura de la mezcla de carga se convierte en la

temperatura del punto de corte, justo antes de ingresar al

recipiente de la evaporacin instantnea. Esa temperatura

hace que la evaporacin instantnea produzca tanto un

producto del destilado, como tambin un producto del

residuo de una composicin determinada.


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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin p or Evaporac in Instantnea Con tinua



NOTA

La temperatura de la evaporacin instantnea siempredetermina la composicin de ambos productos, tanto los

del destilado, como los del residuo. En relacin a esto, se

puede comparar la temperatura del punto de corte de la

destilacin por lotes.

A diferencia de la destilacin por lotes, la destilacin

continua ahorra energa. Ya que la carga fluye

continuamente y los productos son extrados tambin

continuamente, la destilacin continua hace que el

intercambio de calor entre los productos y la carga sea

posible. Cuando el calor se transfiere de los productos

calientes a la carga fra, esta transferencia de calor reduce

enormemente los costos de calentamiento del calentador.

Esta es una razn por la cual casi todos los procesos de

destilacin son continuos en las plantas modernas de

procesamiento.

Usos Comunes para la

Destilacin porEvaporacin Instantnea

La destilacin por evaporacin continua es un primer paso

en comn para los procesos de destilacin. Los usoscomunes son:

Como el primer paso del proceso de destilacin compleja

(ser analizado en una leccin posterior)

Para recuperar a los vapores no condensados del

recipiente del destilado de un sistema de destilacin.

Para recuperar a los gases livianos de un sistema de

absorcin de gas.


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Ejercicios de Aplicacin

Instrucciones: Complete el siguiente ejercicio usando su cuaderno de trabajo comoreferencia.

1. Describa la destilacin simple, usando un alambique por lotes como ejemplo.

2. Describa al proceso de destilacin por lotes.

3. Describa la prueba de destilacin en laboratorio y los puntos de corte.

4. Describa a la destilacin por evaporacin instantnea continua.


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Resumen de la Leccin

En esta leccin, usted aprendi sobre algunos conceptos bsicos introductorios acerca de la

destilacin. Siguiendo las acciones de un alambique simple por lotes, usted aprendi que la

destilacin simple no produce una separacin pura. Tambin aprendi que si se opera de manera

continua a la destilacin de evaporacin instantnea, obedece todas las reglas de la destilacin

simple. Adems, aprendi a travs del ejemplo de la destilacin en laboratorio, que la

temperatura de punto de ebullicin puede usarse para controlar la separacin por medio del

punto de corte.

En la siguiente leccin, usted aprender por qu estos conceptos de destilacin funcionan de lamanera en que lo hacen. Tambin aprender acerca de la destilacin compleja y sobre algunas

maneras en las que se la utiliza en una planta de procesamiento.


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Leccin 2

Cmo Funciona la Destilacin Compleja

Objetivos de la Leccin

Al completar esta leccin, usted podr:

1. Describir a la presin de vapor y la presin parcial.

2. Describir a la ebullicin y la temperatura de punto de ebullicin.

3. Describir a la destilacin compleja y las torres de destilacin.

4. Describir a un sistema binario de destilacin y las funciones de su equipo.

5. Describir a otros sistemas comunes de destilacin.

6. Identificar a los sistemas comunes de destilacin en el campo, incluyendo al sistema de

destilacin binaria.

Introduccin a la Leccin

En la ltima leccin se le indicaron ciertos conceptos bsicos de la destilacin simple. En esta

leccin, la destilacin es descrita en mayor detalle y tambin se describe la destilacin compleja.

Los tipos comunes de torres de destilacin que destacan su proceso sern explicados.

El capacitarse en este tema es importante, ya que es necesario que usted entienda los principios

de destilacin requeridos para operar al equipo de destilacin de manera segura y eficiente. Esto

es an ms importante cuando su proceso se controla a travs de la computadora, mediante un

sistema avanzado de control.

En esta leccin, usted aprender ms sobre los conceptos de destilacin. Usted tambin

aprender cmo funciona la destilacin compleja para resolver los problemas y las deficiencias

de la destilacin simple. Adems, aprender cmo funcionan las operaciones principales de

destilacin.


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Presin de Vapor y Presin Parcial

La destilacin sigue reglas precisas de la naturaleza. La presin de vapor y la presin parcial se

describen en esta seccin. Este ser la primera de una base de dos partes para dominar los

principios de la destilacin compleja. Se describir la ebullicin en la siguiente leccin.

Descripcin de laEvaporacin

Se puede interpretar que la evaporacin es como una

destilacin lenta. Cuando los lquidos evaporan estn por

debajo de su BPT. El vapor slo se forma en la superficie

del lquido. La evaporacin cumple todas las reglas

establecidas de la separacin por destilacin.

La evaporacin y la ebullicin difieren ligeramente, ya que

la ebullicin es evaporacin rpida. Durante la ebullicin, el

vapor se forma como burbujas por debajo de la superficie del

lquido, as como el vapor en la parte superior del lquido.

La ebullicin siempre se la define mediante la BPT.

Vaporizacin Los lquidos se vaporizan debido a que las molculas del

lquido chocan violentamente entre ellas y algunas seexpulsan a la atmsfera. En este punto, el lquido cambia a

gas.

Las molculas chocan debido a la presencia de la energa

calrica. Cuando se agrega el calor a un fluido (lquido o

gas), esta energa hace que las molculas se muevan. Al

agregar ms calor, las molculas se mueven ms rpida y

violentamente. Si se retirara toda la energa calrica, las

molculas del fluido se quedaran perfectamente inmviles.

Presin de vapor La energa calrica es una fuerza poderosa dentro del lquidoque facilita la evaporacin. La presin de vapor es una

manera de medir a esta fuerza. Use la Figura 2.1, la cual le

ayudar a seguir los eventos que suceden.

Una cantidad pequea del lquido queda retenida en una

bomba de presin de vapor, tal como est ilustrado en la

Figura 2.1, y se calienta. Se estabiliza la temperatura a un

valor predeterminado y se monitorea la presin.


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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial



Figura 2.1 Presin de vapor

Primero, la presin se eleva, de ah se nivela y luego

permanece constante. La razn por la cual la presin se

nivela se explica a continuacin:

La vaporizacin hace que la presin en forma de gas se

acumule en el espacio sobre el lquido. Es evidente que

el lquido no dej de vaporizarse. Esto se debe a que el

calor an est presente y la fuerza de la vaporizacin

sigue trabajando dentro del lquido.

La presin que aumenta obliga a algunas de las

molculas del vapor a regresar hacia el lquido.

Entonces una cierta cantidad del vapor est

condensndose, debido a la presin.

Energa

Calrica

Bomba de

Presin de Vapor

Termmetro

Presin Manomtrica

Vapor

Lquido

Molc

ulas

en

Vap

oriz

aci

nMolculas

Cond

ensa

das


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A una temperatura constante, la presin se vuelve

tambin constante, ya que se ha llegado a un equilibrio.

Al condensar a las molculas de vapor se equilibran de

manera exacta las molculas de evaporacin del lquido.

La lectura de la presin permanece igual, mientras la

temperatura no cambie.

Pero, si la temperatura se eleva a un nuevo punto, la

evaporacin se incrementar y la presin se elevar hasta

que se alcance un nuevo equilibrio. Sucede al revs, si la

temperatura disminuye. La presin cae hasta un nuevo valor

constante cuando se restaura el equilibrio.

NOTALa presin de vapor indica la capacidad que tiene un

lquido para evaporarse. Todos los lquidos ejercen una

presin de vapor. Aquellos con una baja BPT ejercen una

presin alta del vapor y se evaporan rpidamente. Los

lquidos con una BPT alta ejercen una presin de vapor

baja y son lentos en vaporizarse.


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Evaporacin delPentano/Hexano

Presin de Vapor del Pentano/HexanoEl pentano y el hexano son dos hidrocarburos lquidos

comunes. El pentano es ms liviano y ms voltil que el

hexano. Cuando cada uno de estos se sella en bombas de

presin separadas, a la misma temperatura, el pentano tiene

tres veces ms presin de vapor que el hexano, ver

Figura 2.2.

Figura 2.2 Presin de Vapor del Pentano/Hexano

Presin

Manomtricas

Recipientes

Sellados

18-psig 6-psig

Pentano Hexano


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Pentano y Hexano en Recipientes Separados y AbiertosPara la siguiente demostracin, deje que cantidades iguales

de hexano y pentano se evaporen a la misma temperatura en

recipientes abiertos, as como se muestra en la Figura 2.3. El

pentano se evaporar tres veces ms que el hexano.

Figura 2.3 Evaporacin de Pentano y Hexano

1000F

1000F

Pentano Hexano

Pentano Hexano

Recin llenado

Una hora despus


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Evaporacin de la Mezcla de Pentano/HexanoEn la Figura 2.4, una mezcla de pentano y hexano muestra

los mismos resultados. Cuando se mezclan partes iguales de

pentano y hexano, el pentano de igual manera se vaporiza

tres veces ms rpido que el hexano. El vapor de la mezcla

contiene tres veces ms pentano que hexano.

Figura 2.4 Evaporacin de la Mezcla de Pentano/Hexano

NOTALa presin de vapor compara la capacidad de los lquidos

para vaporizarse de una manera precisa. El saber sobre las

presiones del vapor de cada componente es uno de los

indicadores de cmo se separan durante la destilacin.

Vapor:

3 Partes Pentano

1 Parte Hexano

(75%-25%)

50% Pentano

50% Hexano

Dispositivo de

Calentamiento


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El Efecto de Cambiar la Proporcin de CadaComponenteAnalice la Figura 2.5. Muestra una mezcla de las partes

iguales de pentano y hexano (1 a 1), que se estn destilando.

La mezcla se destila para producir un vapor que contiene

75% de pentano/25% de hexano (3 a 1). En el alambique

adyacente, la proporcin del pentano se aumenta a un 75%.

Esta mezcla produce un vapor que tiene un 90% de pentano.

Figura 2.5 Incremento del Porcentaje del Pentano en la Mezcla de Pentano/Hexano

Vapor:

3 Partes Pentano

1 Parte Hexano

(75%-25%)

50% Pentano

50% Hexano

Vapor:

9 Partes Pentano

1 Parte Hexano

(90%-10%)

75% Pentano

25% Hexano


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Al comparar las presiones del vapor de estas dos mezclas, el

pentano adicional ha creado una diferencia importante. La

figura 2.6 muestra que la presin de vapor se ha

incrementado de 12 psig a 15 psig, en el momento en el que

la proporcin del pentano se cambi del 50% al 75%.

Evidentemente, la influencia del componente ms liviano,

pentano, ha incrementado.

Figura 2.6 Presin de las Mezclas y las Presiones Parciales

La influencia que cualquier componente tiene en vaporizarse

de una mezcla depende de dos cosas:

Su presin de vapor en estado puro

Su proporcin en la mezcla

Presin Parcial La presin parcial indica de manera precisa, la capacidad decualquier componente para vaporizarse de una mezcla.

Toma en cuenta tanto la presin de vapor del componente,

como tambin su proporcin en la mezcla.

Definicin de la Presin ParcialLa presin parcial se calcula a travs de la multiplicacin de

la presin de vapor del componente por su porcentaje en la

mezcla. Cuando la presin parcial de un componente es alta,

en comparacin con los otros componentes, el vapor

destilado ser rico en ese componente.

12-psig 15-psig

50% Pentano

50% Hexano

75% Pentano

25% Hexano


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Cuando todas las presiones parciales se suman juntas para

una mezcla, la suma ser igual a la presin total de vapor de

la mezcla. La figura 2.7 es una tabla que muestra estas dos

caractersticas

Presin de Pentano Puro = 18

psi

Presin de Hexano Puro = 6 psi

50 % Pentano

50% Hexano

75 % Pentano

25% Hexano

Presin Parcial de Pentano 9 psi o 75% 13.5 psi o 90%

Presin Parcial de Hexano 3 psi o 25% 1.5 psi o 10%

Presin Total del Vapor 12 psi o 100% 15.0 psi o 100%

Figura 2.7 Tabla de la Presin Parcial

NOTALa proporcin de las presiones parciales en la mezcla es la

misma que corresponde a los componentes en el vapor.

Cada componente de una mezcla suministra su proporcin

de la presin total del vapor. Esta proporcin se la conoce

como la presin parcial.


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Ebullicin y Temperatura del Punto de Ebullicin

Se realiza la destilacin exclusivamente mediante la ebullicin. La ebullicin es la manera ms

rpida de vaporizacin y cumple todas las reglas de separacin exhibidas por la evaporacin.

Existe una ventaja distintiva que la ebullicin incluye en la destilacin, la cual no se presenta en

la evaporacin. Esta ventaja consiste en que la temperatura del punto de ebullicin presenta una

indicacin de la composicin de los productos. Esta seccin explica sobre la ebullicin y su

relacin con la presin de vapor. El entender los conceptos de ebullicin es muy importante para

entender sobre la destilacin compleja.

Ebullicin La ebullicin ocurre cuando las burbujas de vapor se formanal fondo del lquido. Las burbujas suben a la superficie y se

revientan para liberar el vapor. Al momento de hervir, la

temperatura del lquido deja de elevarse y permanece

constante. A este punto se lo conoce como la BPT

(temperatura del punto de ebullicin).

El calor adicional que se aplica al lquido no afecta a la

temperatura. El calor agregado slo aumenta la proporcin

de la vaporizacin. Si se agrega una cantidad granderepentina de calor, entonces el lquido acta de manera

explosiva y una lluvia de gotitas de vapor y lquido estallar

del cuerpo del lquido. Sin embargo, la temperatura no

cambia.

El anlisis muestra que la BPT slo depende de dos factores:

La composicin del lquido

La presin impuesta sobre el lquido en ebullicin.

Relacin de la Presin deVapor con la Ebullicin

Este comportamiento de ebullicin puede explicarse

fcilmente con la presin de vapor. A continuacin se

presenta la relacin entre las dos.

La Presin de Vapor Cambia con la TemperaturaLa Figura 2.8 ilustra la presin de vapor de cualquier lquido

cambia segn la temperatura. Fjese que en el ejemplo, la

presin de vapor del pentano a 100F/38C es igual a

18 psig. Cuando la temperatura se incrementa a

120F/49C, la presin de vapor se eleva a 22 psig.


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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaEbul l ic in y Temperatura del Punto de Ebul l ic in



Figura 2.8 La Presin de Vapor Vara con la Temperatura

Cada lquido tiene una presin correspondiente de vapor

para cada temperatura. Esta relacin puede mostrarse como

una lnea en el siguiente grfico. Este ejemplo en la Figura

2.9 muestra la relacin entre la temperatura y la presin de

vapor para el agua.

Figura 2.9 Relacin de La Presin de Vapor/Temperatura para el

Agua

18-psig 22-psig

Medidores de Presin

Recipientes SelladasPentano al 100F Pentano al 120F

Temperatura, F

Pre

sin

deVapor,

PSI


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La Presin de Vapor se Choca Contra la Presin delSistemaAnteriormente en esta leccin, usted aprendi que la presin

de vapor no es slo una lectura de un manmetro. Es una

fuerza poderosa dentro de cualquier lquido. Esta fuerza

siempre se enfrenta a la presin del sistema que est presente

sobre el lquido, ver Figura 2.10.

Presin de Vapor, Presin del Sistema y EbullicinLa ebullicin ocurre cuando la presin de vapor iguala o

excede la presin del sistema. En la segunda ilustracin de

la Figura 2.10, la temperatura del lquido se ha incrementadoa su BPT de 140F. La ebullicin ocurre debido a que la

presin de vapor del lquido iguala a la presin del sistema,

la cual es de 12 psig. Debido a que la presin de vapor est

intentando exceder la presin del sistema, grandes

cantidades de evaporacin instantnea del vapor proveniente

del lquido, que est debajo de la superficie, ascienden

rpidamente hasta la superficie en forma de burbujas.

Figura 2.10 Choque entre la Presin de Vapor y la Presin del Sistema

Presin del

Sistema

12-psi

Presin del

Sistema

12-psi

Presin de

Vapor 8-psi

Presin de

Vapor

12-psi

Temp VP

8-psi

12-psi

80F

140F

Bajo el

Punto de

Ebullicin

En el punto

de Ebullicin

Sin Hervir

80F

En Ebullicin

140F


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Las burbujas se presentan debido a que la presin de sistema

ya no puede contener la fuerza de la presin de vapor dentro

del lquido. La temperatura ya no se incrementa debido a

que la gran cantidad de vapor que se produce se lleva el

calor del lquido inmediatamente como es suministrado. (El

vapor absorbe cien veces ms calor que el peso equivalente

del lquido).

Con relacin a la BPT, al agregar ms calor al lquido no se

incrementa la temperatura. En lugar de esto, se produce ms

vapor.

NOTALa temperatura del punto de ebullicin puede definirse

como la temperatura necesaria para elevar la presin de

vapor de un lquido hasta igualar a la presin del sistema.

La ebullicin puede ocurrir de dos maneras:

La temperatura del lquido puede incrementarse mientras

aumenta su presin de vapor e iguala la presin del

sistema.

La presin del sistema puede bajar a la presin de vapor

del lquido.

La BPT en la Tabla de Presin de VaporLa BPT puede ajustarse a la mayora de los niveles, slo con

ajustar a la presin del sistema. Refirindonos de nuevo a la

Figura 2.9, se puede usar una tabla de la presin de vapor

para determinar la BPT a cualquier presin.

La tabla nos muestra que la presin de vapor del agua a los

307F/150C es igual a 70 psig. Con una presin del sistema

de 70 psig, el agua tendra que hervir a 307F/150C. Esto

se debe a que a esa temperatura, la presin de vapor del agua

y la presin del sistema seran iguales.


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Obtencin de la BPT Por lo general, los procesos fijan la presin de destilacinpara fijar la BPT dentro de un rango deseado. Por ejemplo,

muchos lquidos livianos a la presin atmosfrica tienen una

BPT muy debajo de la temperatura de ambiente. Si los

equipos de destilacin que produjeron estos lquidos operan

a presin atmosfrica, los condensadores tendran que

refrigerarse para condensar al producto.

Esta dificultad se supera subiendo la presin de destilacin,

hasta que el producto liviano se condense a una temperatura

ms alta que la del ambiente. Luego el agua o aire de

enfriamiento se puede utilizar como medio de condensacin.

A veces, cuando se est destilando lquidos con altas BPTs,

las altas temperaturas de destilacin ocasionan una reaccin

qumica y el material se destruye. Para prevenir esta

destruccin se lleva a cabo la destilacin al vaco, para

reducir la temperatura de destilacin hasta un nivel seguro.

El ajuste de la presin del sistema es un concepto importante

en los equipos de destilacin.


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Destilacin Compleja y Torres de Destilacin

En la Leccin 1, usted aprendi sobre la realizacin deficiente de la destilacin simple al tratar

de producir cortes de calidad. La separacin estuvo lejos de ser perfecta. Las torres de

destilacin y las fraccionadoras superan este problema a travs de la destilacin compleja. En

estas torres es posible separar a los compuestos individuales de una mezcla que contenga miles

de compuestos y el producto puede ser preparado para cumplir con las especificaciones de grado

CP (Qumicamente Puros).

Definicin de la

Destilacin Compleja

Definicin de la Torre de Destilacin y de la

FraccionadoraTorre de Destilacin y La Fraccionadora son trminos

que a veces se usan indistintamente. Ambas torres usan la

destilacin compleja. En el ms estricto sentido de la

palabra, una torre de destilacin por lo general se refiere a un

recipiente alto que separa una carga en dos productos. Uno

o ambos productos son destilados a una alta pureza, ver la

Figura 2.11.

Figura 2.11 Torre de Destilacin y Fraccionadora

Carga

Producto del Domo

Reflujo

Producto de Fondos

Calor

Rehervidor

Carga

Producto del Domo

Reflujo

Producto de Fondos

Calor

Productos de

Corriente Lateral


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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaDesti lacin Comp leja y Torres de Desti lacin



Una fraccionadora es por lo general considerada una torre

que separa una carga en varios productos en un solo paso.

Los productos son extrados de la torre en forma de vapor

por el domo, y como lquidos de varias extracciones laterales

y tambin del fondo. Por lo general, el grado de separacin

no es tan exacto como lo es con la torre de destilacin.

Para que la destilacin alcance una separacin casi pura, se

deben aplicar los principios de la presin parcial. De tal

modo que para obtener un vapor puro, las presiones parciales

de los componentes destilados deben elevarse al mximo y

las presiones parciales de los componentes del residuo debenbajarse.

Mejorando el Efecto de la Presin ParcialLa destilacin compleja aintroduce dos procesos en la

destilacin simple para lograr esta meta. La destilacin

simple se mejora a travs de:

La destilacin mltiple

El reflujo

Las torres de destilacin y las fraccionadoras estn diseadas

para usar estos dos principios de manera eficiente.

Otra ventaja de la destilacin compleja es que es muy

conveniente para la operacin continua. La carga es

continuamente alimentada a la torre y los productos se

extraen continuamente.

Destilacin Mltiple La destilacin mltiple aumenta la influencia de la presinparcial sobre el componente liviano de manera muy efectiva.

Este proceso fue descrito brevemente en la Leccin 1. La

figura 2.12 nos ilustra este procedimiento con la destilacin

de una mezcla de pentano/hexano. Cada vez que se re

destila el destilado, el vapor del pentano se vuelve ms puro.


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Figura 2.12 Destilaciones Mltiples del Destilado

Esto ocurre, ya que se aumenta la presin parcial del pentano

en cada alambique consecutivo. Si se usan varios

alambiques, se puede obtener prcticamente pentano puro.

Fjese que la temperatura del punto de ebullicin disminuye

con cada destilacin consecutiva. La BPT disminuye en

cada alambique consecutivo ya que el porcentaje del pentano

est aumentando. La disminucin en la BPT es una

consecuencia que seala que la presin parcial del pentano

est aumentando en cada destilacin.

Existen varios problemas que son obvios con este

procedimiento, as como est ilustrado en la Figura 2.12.

Primero, cada vez menos destilado se produce en cadadestilacin y cada vez se acumula ms y ms residuo.

Segundo, el enfriamiento repetido de los vapores para

condensarlos y luego el recalentamiento del condensado para

hervir el siguiente alambique es un desperdicio de energa.

Carga

50% Pentano (C5)

50% Hexano (C6)

50% C550% C6

125F

110F

102F75% C525% C6

90% C510% C6

98% C5 2% C6


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Torres de Destilacin Analice la Figura 2.13, para ver cmo se han resuelto losproblemas con los alambiques mltiples. Los alambiques se

ponen uno encima del otro. No hay un condensador entre

los alambiques y no hay un recalentador. En lugar de eso,

los vapores calientes del alambique inferior suben en forma

de burbujas directamente a travs del lquido del alambique

superior. Slo se aplica el calor al alambique del fondo. Los

alambiques superiores solamente se calientan mediante los

vapores calientes.

Figura 2.13 Alambiques Mltiples Instalados en una Columna

Dispositivo de

Calentamiento

ResiduoCarga

50%C550%C6

75%C525%C6

90%C510%C6

98%C52%C6

C5= Pentano

C6= Hexano

Receptor del

Domo

Producto Destilado de

PentanoReflujo

98.8%C50.2%C6

98F

102F

110F

125F


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Esta instalacin corresponde exactamente a la operacin

continua. La carga fresca y precalentada entra

continuamente al alambique de fondo, en donde la carga es

hervida por el calentador externo. El destilado vaporizado es

extrado por la parte superior del recipiente, y el residuo

fluye continuamente desde el alambique de fondo.

El vapor generado en el alambique de fondo sube y se

contacta directamente con el lquido del alambique superior.

Debido a la diferencia en la BPT entre los alambiques, estos

vapores son condensados por el lquido de enfriamiento.

Esta transferencia de calor hierve el lquido para que seproduzca un nuevo volumen de vapor. Dicha accin se

repite en cada alambique. Se necesita de una sola fuente de

calor para la columna de los alambiques y los vapores

ascendentes hierven todo el lquido de los alambiques de

arriba.

Hasta ahora, hemos descrito el trfico de una sola va en la

columna de los alambiques. El flujo de vapor va hacia arriba

en la torre, de alambique a alambique y sale por la parte de

arriba. A continuacin se describir el establecimiento deltrfico de dos vas, el cual mejorar la separacin del

pentano y el hexano.

Cuando el vapor entra a un alambique desde abajo, a veces

hay ms vapor condensado que lquido vaporizado. La parte

del vapor que se condensa en su mayora son los

componentes ms pesados. Este condensado pesado se

acumula en el lquido de residuo del alambique y aumenta el

nivel. Cierta cantidad del lquido de residuo se desborda ycae al alambique inferior.

Entonces, el trfico de dos vas ahora funciona en la torre de

alambiques. Los componentes ms livianos estn

vaporizndose en cada alambique y ascienden a la torre. Los

componentes ms pesados se estn condensando en los

alambiques superiores y se desbordan de regreso hacia el

fondo. Esta circulacin ayuda bastante a la separacin

global.


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Reflujo La circulacin puede aumentarse con otro truco ingenioso.El reflujo ingresa por el alambique superior para aumentar al

volumen del desbordamiento de cada alambique. El reflujo

es una porcin del condensado del domo, el cual regresa a la

torre. La figura 2.13 muestra esta corriente.

Para contrarrestar este trfico adicional de desbordamiento,

se aumenta el calor al alambique de fondo para de esta

manera incrementar la proporcin de vapores que ascienden.

La adicin del reflujo y del calor aumenta la circulacin del

vapor y del lquido en la columna de los alambiques.

Es importante que la corriente del reflujo siempre sea el

producto liviano del destilado. Al usar slo este producto

como el reflujo, la presin parcial del destilado se aumenta

en el plato superior. Esto purifica an ms al destilado.

Rectificacin yDespojamiento

La operacin que se acaba de describir es conocida como

rectificacin. El propsito de la rectificacin es purificar el

producto del domo. A medida que los vapores mezclados

salen del alambique de carga (el alambique por donde entra

la carga) hacia la parte superior, los componentes pesados secondensan en los alambiques superiores. Estos componentes

descienden de regreso hacia el alambique de carga. Dicha

accin purifica el producto de vapor del domo (el destilado).

La seccin de la torre que incluye todos los alambiques que

estn arriba del alambique de carga, se conoce como la

seccin de rectificacin de la torre. Sirve para purificar el

producto liviano del domo.

Sin embargo, el producto del residuo se deja altamente

contaminado. Tomando en cuenta que la carga entra al

alambique de fondo y con el reflujo introduciendo algunos

componentes livianos, la composicin del residuo del fondo

estar lejos de ser pura.


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Los componentes livianos se pueden retirar del producto del

residuo, colocando alambiques por debajo del alambique de

carga. La figura 2.14 ilustra esta instalacin. Los

alambiques incluidos junto con el reflujo descendiente

trabajan simultneamente para vaporizar (o despojar) los

componentes livianos del residuo.

Figura 2.14 Alambiques Incluidos Debajo de los Alambiques de Carga

Residuo de

Fondos

Dispositivo de

Calentamiento

.02% C599.8% C6

2% C5

98% C6

10% C590% C6

25% C575% C6

50% C550% C6

75% C525% C6

90% C510% C6

98% C52% C6

99.4% C50.6% C6

Reflujo

Vapores del Domo al

Condensador

C5= Pentano

C6= Hexano

98F

102F

110F

125F

140F

150F

154F

156F

Seccin de

Despojamiento

Carga

50% C550% C6

Seccin de

Rectificacin


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La seccin de la torre que incluye los alambiques debajo del

alambique de carga se conoce como la seccin de

despojamiento. La seccin de despojamiento purifica al

producto pesado del residuo del fondo.

Las secciones de rectificacin y de despojamiento trabajan

conjuntamente para producir tanto un producto puro de

destilado del domo, como tambin un producto puro del

residuo del fondo.


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Sistema de Destilacin Binaria

Todo el equipo de destilacin opera bajo los mismos principios y conceptos. Sin embargo, los

sistemas de destilacin varan en sus arreglos y en sus condiciones de operacin, para superar

dificultades especficas. Esta seccin y la siguiente describen los sistemas comunes de

destilacin, los cuales se usan en la industria de proceso.

Los alambiques en la torre de destilacin tienen la apariencia de platos planos, con varios

dispositivos instalados para dar buen contacto entre los flujos de vapor y los flujos del lquido.

Por esta razn, la prctica de la industria los nombra como platos, en vez de alambiques. Este

trmino se usar durante todo el mdulo, al momento de referirse a los alambiques de la torre.

Descripcin del SistemaBinario

La figura 2.15 ilustra un sistema completo para la destilacin

binaria. Todas las caractersticas que se muestran en este

ejemplo no se usan siempre en cada sistema. Los sistemas

varan de acuerdo a la carga y otros factores, pero los

principios de la destilacin siempre son vlidos.


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KBC Advanced Technologies, Inc. 53 de 137 Procesos de Refinacin: Destilacin y Equipos de Destilacin

Figura 2.15 Sistema de Destilacin Binaria

Carga

Bomba de Carga

Producto de Cargavs. Intercambiador

de Fondos

Agua de

Enfriamiento

Enfriador del

Producto de

Fondos

Producto de Fondos

Medio de

Calentamiento

Rehervidor

Vapores del

Rehervidor

Medio de

Calentamiento

Calentador

de Carga

Nivel del

Fondo

Plato del

Fondo

Plato de

Carga

Plato

Superior reflujo

Vapor del domo

Agua de

Enfriamiento

Recibidor del Domo

Condensador

del Domo

Venteo de

Gases

No Condensados

Nivel de la

Interfaz

de Agua

Drenaje de

Agua

Bomba del

Reflujo

Producto del Domo

carga

Torre de Destilacin


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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaSistema de Desti lacin Binaria



Flujo de la TorreLa carga precalentada se bombea al plato de carga y

desciende por la torre. Los vapores que se elevan, generados

por el rehervidor, despojan a los componentes livianos del

lquido de carga descendiente a medida que pasa de plato en

plato. El lquido que llega al fondo es el residuo del

producto que ya fue destilado segn las especificaciones.

El producto del residuo es enfriado y extrado del a tanques,

u otros procesos.

Los vapores livianos despojados de la carga ascienden en latorre. Pasan por el plato de carga, luego por la seccin de

rectificacin hacia la cima. Algunos componentes pesados

tambin se vaporizan y arrastran ms all del plato de carga

y de la seccin de rectificacin.

El reflujo se instala en el plato del domo, para frenar los

vapores pesados que se llegan con el producto destilado. El

reflujo condensa los vapores pesados que regresan al fondo

de la torre.

Los vapores de alta pureza del destilado salen por la parte

superior de la torre y entran al condensador en donde son

enfriados. El producto lquido condensado se acumula en el

recibidor del domo. Una parte de este producto es enviado

de regreso a la torre en forma de reflujo. El remanente es

bombeado del sistema hacia los tanques, o para ser

procesado en otro lugar.

La Funcin de losEquipos del Sistema La TorreLa torre ilustrada tiene tanto una seccin de despojamiento,como tambin una seccin de rectificacin. A veces una

seccin puede omitirse si la destilacin puede completarse

en otra torre.

Se determina la capacidad de la torre por su dimetro. La

dificultad de la separacin est dada por el nmero de platos

en la torre, la cual fija tambin la altura.


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La CargaLa carga que va hacia una torre de destilacin, por lo general

se precalienta. Para ahorrar energa, el calor se transfiere por

lo general desde los productos de salida hacia la carga. La

temperatura final de la carga se la obtiene con un calentador

de carga, que utiliza vapor u otro medio de calentamiento.

Idealmente, la temperatura de la carga debe estar cerca de la

temperatura de operacin del plato de carga.

El Plato de CargaUna vez que el nmero total de los platos se defina ser

importante ubicar el plato de carga. Esto divide a la torre yprovee el nmero correcto de platos de despojamiento y de

rectificacin.

El nmero de platos para cada seccin depende de la

composicin de la carga. Si el porcentaje del componente

liviano es alto, el plato de carga es ubicado ms alto en la

torre. Esto incrementa el nmero de los platos de

despojamiento para mejora el despojamiento del producto

del residuo. Cuando el porcentaje del componente liviano es

alto, se necesitan menos platos de rectificacin

Si el porcentaje de los componentes pesados es alto, el plato

de carga se ubica ms abajo en la torre, incrementando as el

nmero de platos de rectificacin. El gran nmero de platos

de rectificacin es necesario para purificar el producto

destilado de la cantidad incrementada de vapores pesados,

los cuales se atraviesan y pasan ms all del plato de carga.

Cuando el porcentaje de los componentes pesados es alto, se

necesitan menos platos de despojamiento.

Cuando las condiciones de operacin requieren un cambio

peridico en la composicin de la caga, la tubera de carga

estn acopladas para permitir el acceso a diferentes platos.

El plato de carga se adapta al tipo de carga.

NOTALa carga nunca debe entrar a ms de un plato, o la

separacin tendr graves problemas.


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Los ProductosTodos los productos por lo general se enfran antes de ser

enviados a los tanques. El producto del fondo es casi

siempre enfriado mediante un intercambiador enfriado por

agua. El condensador sirve como el enfriador para el

producto del domo, al menos que el recibidor del domo deba

operar a una temperatura elevada. Entonces, se requiere de

un intercambiador auxiliar enfriado por agua para el

producto del domo.

El Recibidor del Domo

El recibidor del domo por lo general realiza tres tareas: Es un depsito para mantener la succin de la bomba

durante las purgas de la torre.

Elimina gases no condensables del producto del destilado

para que se puedan ventear y ser desechados.

Sedimenta al agua que entr a la torre con la carga y se

vaporiz en el domo con el destilado. El agua se drena

continuamente del recibidor. Si esta agua se bombea

como reflujo, alterara gravemente a las operaciones de

la torre.

El RehervidorEl rehervidor es un intercambiador de calor, el cual genera

vapor para realizar la destilacin. Por lo general se

encuentra instalado en la parte externa de la torre y

conectado para que una cantidad del residuo del fondo

circule a travs del intercambiador.

Cuando slo se requiere de un rehervidor pequeo, por logeneral se lo pone directamente en el nivel del lquido en el

fondo de la torre, en lugar de que construirlo externamente.


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Otros Sistemas Comunes de Destilacin

En la ltima seccin, se describi el sistema de destilacin binaria. Otros sistemas comunes

descritos en esta seccin, slo son modificaciones del sistema binario y usan los mismos

principios de operacin.

Fraccionadoras deMltiples Extracciones

La Figura 2.16 nos ilustra una fraccionadora tpica de

mltiples extracciones, la cual se usa para destilar el crudo

en sus productos base. Por lo general, las fraccionadoras de

mltiples extracciones no llevan a cabo separaciones

precisas. Este sistema es prctico para la destilacin delcrudo ya que cada producto est compuesto de miles de tipos

de molculas que hierven dentro de un rango especfico.

Figura 2.16 Torre de Fraccionamiento de Mltiples Extracciones

Producto del

Residuo

Producto

Gasleo

Vapor

Vapor

Vapor

Producto Diesel

Producto de

Kerosene

Despojadores

Reflujo

Vapores del Producto de

Gasolina al Condensador

Torre de Fraccionamiento

Horno de Carga

VaporCombustible

Carga de

Crudo


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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaOtros Sistemas Com unes de Dest i lac in



Arreglo de la TorreLas fraccionadoras de mltiples extracciones para la

destilacin de crudo tienen muy pocos platos de

despojamiento y muchos platos de rectificacin. La

vaporizacin ocurre en el plato de carga, en lugar del

rehervidor de fondo. Por lo general la carga se calienta en

un horno. Se obtienen los productos del domo y del fondo

como si fueran un sistema binario y el reflujo es enviado al

plato del domo de una manera convencional.

Los productos de extraccin lateral se obtienen de varios

platos en la seccin de rectificacin. Cada producto es unaparte del reflujo interno el cual llega al plato de extraccin

desde el plato superior. Los productos de extraccin lateral

estn bastante contaminados con componentes livianos, los

cuales pasan como vapor a travs del plato de extraccin.

Para retirar los componentes livianos y devolverlos a la

fraccionadora, cada corriente de extraccin lateral se enva a

una torre de despojamiento. Esta es una pequea torre de

destilacin con una sola seccin de despojamiento. Los

vapores livianos despojados son devueltos a la torreprincipal, justamente sobre el plato de extraccin.

Despojamiento con Vapory el Efecto de la PresinParcial

En un despojador, por lo general el vapor para la destilacin

se genera inyectando vapor en el despojador, justamente

debajo del plato del fondo. Muchas veces, el vapor no es

ms caliente que la mezcla en el despojador. Sin embargo,

no se necesita ninguna otra fuente de calor para la

vaporizacin. Sin adicionar calor adicional, esta destilacin

es causada por efecto de la presin parcial, ver Figura 2.17.


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Figura 2.17 Despojamiento con Vapor y el Efecto de la Presin Parcial

Acurdese de que la ebullicin puede ser causada por dos

mtodos: agregando calor al lquido, o disminuyendo la

presin del sistema sobre el lquido. El efecto de la presin

parcial causa la ebullicin afectando la cada de presin, sin

bajar la presin en realidad.

50% C5- 50% C6Carga

Vapores Despojados (En su mayora

C5) y otros Gases

12

PSIG

Distribudor

Producto Despojado(En su mayora C6)

Vapores del

Despojamiento

Despojamiento de

Vapores

Efecto de Presin

Parcial

Presin Parcial de

PentanoPresin Parcial de

HexanoPresin Parcial de

Vapores

Presin Parcial en

los Hidrocarburos

Sin

Vapores

Con

Vapores

9 PSI 7.5 PSI

3 PSI 2.5 PSI

0 PSI 2.0 PSI

12 PSI 10.0 PSI


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Cuando el vapor burbujea a travs de la mezcla de carga en

un despojador, el vapor agrega presin parcial en la mezcla.

Pero la presin de vapor de la mezcla no puede aumentar,

debido a que la presin del despojador est controlada a un

valor constante.

Las presiones parciales de los componentes en la mezcla

automticamente disminuyen para crear espacio para el

vapor. La mezcla ve esto como una disminucin de la

presin del sistema. Dado que la mezcla est en su

temperatura del punto de ebullicin, comienza a hervir.

El efecto de la presin parcial slo

Destilación y Equipos de Destilación

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