Fraccionamiento

FRACCIONAMIENTO

INTRODUCCIÓN

El presente capítulo, dentro del modulo para el curso de ingeniería de Gas, pretende darle al ingeniero las herramientas necesarias para el entendimiento del diseño y manejo de la torre de fraccionamiento.

Si bien es cierto que el método riguroso para el cálculo del numero de platos de una columna es el utilizado para definir el diseño final de una torre de fraccionamiento, los pasos aquí seguidos son los mínimos requeridos para determinar el diseño.

Los métodos rigurosos por su complejidad son realizados a través de computadoras, aplicando siempre los mismos conceptos básicos aquí expuestos.

Los métodos cortos para diseños, ya mencionados, representan una desviación con respecto al método riguroso entre el 5 a 7 %, su uso y entendimiento son de gran importancia para la estimación inicial del diseño de la torre de fraccionamiento.

Los pasos expuestos van desde la determinación de la presión de trabajo de una torre hasta el cálculo de la altura, y la calidad calórico de tope y fondo que se requiere para su funcionamiento cabal.

También se presentan algunos problemas operativos de torres en funcionamiento y las soluciones para la corrección de los mismos, igualmente algunos aspectos de optimización.

Por último se desarrolla un problema aplicado al depropanizador de la Planta Fraccionamiento de Jose.

Se concluye diciendo que la profundización de estos aspectos teóricos y la experiencia en el manejo de torres de fraccionamiento son de gran importancia para la formación de un ingeniero de gas y de refinación.

PRINCIPIOS DE FRACCIONAMIENTO

El desarrollo del fraccionamiento estuvo inicialmente limitado a la industria del alcohol, en donde se denominaba destilación. A medida que la industria petrolera se expandió, recibió considerable atención, gracias a que el fraccionamiento ocupa un puesto especial en la producción de productos de petróleo. No fue sino mucho después cuando el fraccionamiento dejo de ser un arte, y paso a considerarse una ciencia.

Hoy, el fraccionamiento ha llegado a ser una especialización, y las compañías petroleras emplean los ingenieros con base a su conocimiento del campo. Como consecuencia, numerosos datos se ha podido recopilar. Los principios que soportan tan complicados diseños, son bastantes simples, y una vez que se entienden, permiten obtener una mejor información del equipo disponible.

La ciencia del fraccionamiento puede dividirse en tres clasificaciones: diseño de equipo nuevo, conversión de quipo viejo para nuevas operaciones, y mejoramiento del equipo existente. En el diseño de equipo nuevo, la inversión inicial ocupa un segundo plano, y suele diseñarse para operación económica. Cuando se invierte en equipos viejos, la inversión inicial ocupa un primer plano. El mejoramiento del equipo existente, puede hacerse bien mejorando las instalaciones para disminuir costos o aumentando la calidad del producto.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Una columna de fraccionamiento se usa para separar una mezcla en dos o más componentes en virtud de la diferencia en sus volatilidades o puntos de burbujeo. La volatilidad relativa de dos componentes, determina su dificultad en la separación por fraccionamiento. La separación es tanto más difícil cuanto más baja sea la volatilidad relativa (o más cerca estén los puntos de burbujeo). En la separación de una mezcla binaria es costumbre hablar del componente más volátil, aquel de punto de burbujeo más bajo y el componente menos volátil, aquel de punto de burbujeo más alto).

Debido a que el calor se suple por el fondo del fraccionador y se retira por el tope, se crea un gradiente de temperatura entre los platos del tope y los de fondo de la columna. El calor que entra al hervidor, produce vapor en el fondo de la columna, el cual fluye hacia arriba, plato a plato. Debido a que el vapor encuentra continuamente puntos de baja temperatura, el componente menos volátil se condensa; su condensación produce calor, que a su vez vaporiza el componente más volátil del líquido que entra al plato, desde el plato inmediato superior. Este proceso de condensación y vaporización alternativa origina un producto de tope, enriquecido en el componente más volátil y un producto de fondo enriquecido en el componente menos volátil.

Cuando la carga está formada por dos o más componentes estos se distribuyen hacia el tope y el fondo de la columna en cantidades apreciables. Si existen solamente dos componentes, el más volátil se denomina componente llave liviano y, el menos volátil, componente llave pesado. Estos componentes representan la sección donde se desea la separación. Si se fracciona un sistema multicomponente, pueden haber más de dos componentes distribuidos, en este caso los componentes llave serán aquellos que muestren mayor cambio en la composición entre tope y el fondo. Cuando existan más de dos componentes que muestren esta posibilidad, la columna deberá diseñarse en condiciones de producir la separación más difícil.

Una columna de fraccionamiento está dividida en dos secciones a ambos lados del plato de carga, la sección del tope se llama zona de rectificación y la del fondo, zona de despojamiento (stripping). En la zona superior el componente más volátil es enriquecido o rectificado. En la zona del fondo el componente más volátil es removido del componente menos volátil. En la zona de despojamiento, cada plato, tiene una mayor cantidad de líquido que de vapor, mientras en la zona de rectificación ocurre lo contrario. Cuando la columna se opera a reflujo total, la cantidad del líquido y vapor, que dejan cada plato, se hacen igual en ambas secciones. Todo este proceso se ilustra en las figuras N° 1 y 2

PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE DISEÑO

Tipos de Torres

La selección del tipo de equipo, las partes interiores de esos equipos, la razón liquido/gas, el diámetro y la altura de la columna tienen efectos importantes desde

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