Curso Basico de PRO II-DYepes

Departamento de Ingeniería Química – Universidad de Antioquia

Medellín, 2007

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INTRODUCCIÓN SimSci-Esscor (Simulation Sciences Inc.) ha desarrollado el software PRO/II es una

poderosa herramienta que persigue el objetivo descrito anteriormente. El propósito de este

curso que se dicta en nombre del Grupo de Investigación de Modelamiento y Control de

Procesos – GIMOC, como en otros como han sido los cursos de Matlab® y Solid Edge™,

es contribuir en la formación intergral de profesionales de la ingeniería química.

Introduciendo a los estudiantes en el uso de herramientas computacionales de diagramación

de diseño y simulación de procesos. Este software PES-PROII (Process Engineering Suite –

Grupo de programas de procesos de ingeniería) fue desarrollado por SIMSCI-ESSCOR

(Simulation Sciences Inc.), el cual consiste de un conjunto de herramientas para el diseño

de procesos de ingeniería y análisis operacional. Este conjunto de programas se integra con

otras aplicaciones comúnmente usadas por ingenieros de procesos, con lo cual se mejora la

productividad en el ciclo de vida de planta. PES-PRO II puede ser usado para la producción

de petróleo y gas, procesos de refinería, petroquímica, industria química, en la industria

farmacéutica y en el modelamiento de plantas de polímeros.

En este curso se ofrece al estudiante de ingeniería química ingresar al manejo de este u

otros softwares para la simulación de procesos. Las habilidades que obtendrán los

estudiantes al terminar este curso son:

Construcción de diagramas de procesos

Manejo de balance de materia y balance de energía con el manejo de este software

Manejo de base de datos de propiedades para sustancias puras y mezclas

Selección de diversos métodos termodinámicos y la integración de estos a diferentes

operaciones unitarias.

Manejo básico de operaciones unitarias (Shortcuts, intercambiadores de calor,

flashes, mezcladores,etc).


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Que es el PRO/II ?

El PRO/II es un programa de simulación de procesos. PRO/II puede ser usado para

resolver un amplio rango de problemas industriales típicos con un tratamiento riguroso en

el balance de masa y balance de energía. PRO/II ofrece el método de solución aplicable

mas comprehensivo y fácil de usar y es el estándar industrial para refinerías y procesos de

gas, incluyendo procesos químicos. Es usado desde la separación de petróleo y gas hasta

procesos como la destilación reactiva.

PRO/II se ha usado en áreas tales como el procesamiento de gases, refinería,

Petroquímica, Química y en procesos con sólidos.

PRO/II opera bajo la interfase gráfica PROVISIÓN la cual provee un ambiente

completamente interactivo. PROVISIÓN esta basado en el sistema operativo

WINDOWS que es ideal para la construcción y modificación de modelos simples y

complejos.

PROVISION es muy versátil ya que ofrece una diagramación funcional y detallada de las

corrientes y unidades de proceso a través del uso de la paleta PFD (Process Flow Diagrams

– Diagramas de flujo de proceso). PROVISION permite transferir gráficos y datos de

procesos a otras aplicaciones de WINDOWS y permite asistir al usuario en la

diagramación de procesos mediante un código interactivo de colores para la entrada de

datos y sistema de validación que conduce al usuario a través del montaje y ejecución.

Al ejecutar PRO/II se ejecuta un paquete PES de varios programas que operan en conjunto

y alrededor de PRO/II . Este paquete es conformado por HEXTRAN, DCS HISTORIAN,

DATACON, INPLANT, VISUAL FLOW y programas de OFFICE 97.

Figura 1. Componentes del PES


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PES (Process Engineering Suite) es un conjunto de herramientas para el diseño de

ingeniería de procesos y análisis operacional ofreciendo una solución simple e integrada.

Permitiendo integrar al PRO/II hojas de calculo, procesadores de palabras y bases de

datos.

Beneficios de PES

La integración en la ingeniería de procesos se enfoca en el intercambio de datos,

permitiendo al usuario:

Mejorar precisión y calidad

Eliminar tareas intensivas de tiempo

Reducir tiempo

Asegurar consistencia y reproducibilidad a través de procesos estandarizados

Eliminar la transferencia manual de datos

Permite acceso a otros programas como Icarus IPE , Aspen Zyqad Workbench ,

Linnhoff March SuperTarget y Pinch Express, KBC Profimatics, DECHEMA on-

line.

El manejo del ciclo de vida de la planta depende fuertemente del intercambio de datos de

ingeniería entre las aplicaciones. PES permite la transferencia de información dentro de las

aplicaciones de SimSci- Esscor como a otras tecnologías.

COMPONENTES DEL PES

PRO/II : Diagramación y optimización de procesos de uso general. Por medio de este

componente se realiza la diagramación y los balances de masa y energía.

HEXTRAN : Es un simulador de transferencia de calor que permite realizar una

evaluación fácil de situaciones de diseño, re-diseño y de operación.

DATACON : Detención de errores en planta y reconciliación de datos

INPLANT : Es un simulador riguroso en estado estable para el diseño y análisis de

sistemas de tubería de planta. Incluye aplicaciones simples, para el dimensionamiento y

calculo de tuberías simples y multifase, simulación de flujo de fluidos para redes de

tuberías en planta.

VISUAL FLOW : Provee un ambiente fácil de usar para el diseño, documentación y

modelación de sistemas de flujo de fluidos. Permite obtener respuestas rápidas, confiables y

precisas para un amplio rango de problemas de transferencia de calor.

El programa PRO/II es aplicable a simulaciones de diseño de nuevos procesos, evaluación

de configuraciones alternas de planta, modernización y re-montaje de plantas existentes,

evaluación y documentación con regulaciones ambientales, problemas y cuellos de botella

en procesos de planta, monitoreo, optimización y mejoramiento de planta.


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PRO/II le permite utilizarlo como una herramienta para el estudio y la aplicación de la

ingeniería química, tanto en el diseño de equipos nuevos como en la simulación de los ya

existentes.

Dentro de Las unidades disponibles por el programa están incluidas: columnas (destilación,

extracción, absorción), mezcladores, divisores, intercambiadores de calor, compresores,

expansores, bombas, válvulas, tanques de flash, separador sólido, ciclón, cristalizador,

disolvedor, reactor (Lotes, PFR, CSTR), separador de membrana, entre otros. Además le

permite la posibilidad de colocar controladores en el sistema, realizar un proceso de

optimización (diámetro, flujo, conversión..) con el icono Optimizer; cálculos de tuberías

con el icono Pipe; Obtención de curvas de equilibrio; herramientas de flash en una

corriente. Reporte de datos en forma de tablas y de gráficas, interfaz con Microsoft Excel.


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USO DEL SOFTWARE PARA EL CASO GENERAL DE LA

SIMULACIÓN DE UN PROCESO

Una vez ingrese a PRO II que se puede hacer, después de que el programa esté instalado en

su computador haciendo doble clic en el icono respectivo del escritorio o siguiendo la

secuencia:

Icono desde el escritorio

Inicio → Todos los

programas → SIMSCI → PRO/II → PRO/II

→ →

Cuando se abre el PRO II, este muestra una ventana de bienvenida en la que le indica el

significado del código de colores que maneja el Software.

Figura 2. Cuadro de bienvenida del PRO-II


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Cuando un campo requiere que se le suministren datos de entrada, éste estará bordeado de

color rojo, una vez se le ingrese el valor, el color del borde del recuadro cambiará a azul.

Aquellos campos en que el programa genera los valores por defecto estarán bordeados de

color verde, si no está de acuerdo con ellos, los puede modificar; si a un campo de valores

de entrada se le ingresa un valor que esta por fuera de los limites permitidos para la variable

que se esta especificando, el borde del recuadro se tornara de color amarillo.

Cuando aparece el cuadro de bienvenida, se debe oprimir el botón OK , de ahí

aparecerá la siguiente ventana

Figura 3. Ventana de inicio

Luego, sí se desea crear un nuevo archivo se debe hacer clic sobre File ( ) New( ) y

se verá la figura 4, en la cual en este caso se ve la paleta PFD. Sí esta no aparece se debe

realizar la siguiente secuencia de acciones para que se despliegue y sea visible en la

ventana principal (PROVISION) del PRO II

View (Barra de menú)

Palettes PFD


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Figura 4. Ventana para la creación de un nuevo archivo de un proceso y paleta PFD

PROCEDIMIENTO TIPICO PARA REALIZAR UNA SIMULACIÓN

El uso del PES PRO II en el caso general de simulación de proceso permite ser resumido en

el siguiente algoritmo conformado por los siguientes pasos:

Descripción del problema

Unidades de medidas

Selección de componentes

Selección del método termodinámico

Especificación de las corrientes de entrada

Condiciones de operación de cada unidad

Simulación

Análisis de los datos de simulación

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Si se lo desea o lo se requiere, se puede describir el caso de simulación en el programa, con

la opción Input ( )→ Problem Description ( ).

Allí tendrá disponible una ventana en la que podrá dar una identificación al proyecto, al

problema, entrar el nombre de usuario, sitio de trabajo y especificar el problema. Esta

opción también se puede activar haciendo click sobre el siguiente icono


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Figura 5. Cuadro de descripción del problema

2. CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

Arrastre la unidad o las unidades requeridas que se encuentran en la paleta PFD ubicada en

el borde derecho de la pantalla hacia la zona de fondo blanco; o haga click en la unidad que

se desea y luego oprima el botón izquierdo del mouse en el área blanca de trabajo donde se

descargara el icono que representa la unidad. Conecte las unidades, haciendo clic en el

recuadro Streams que se encuentra ubicado en la parte superior de la paleta

PFD; ubíquese en las entradas de la unidad (se encuentra de color rojo) que va a conectar

(Ejemplo en la figura 5) haciendo clic sostenido con el Mouse y desplácese hacia la

próxima entrada de la unidad que desea conectar

Figura 6. Secuencia de construcción de las corrientes de entrada y salida para un Flash


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* Paleta PFD

La paleta PFD es la herramienta esencial en la creación del diagrama de flujo de procesos.

En ella se encuentran los diferentes equipos para diferentes operaciones unitarias, procesos

unitarios, funciones de control y otras aplicaciones del software PES-PRO II. La paleta

PFD posee 48 elementos que se pueden arrastrar y la función Streams.

Diagrama de bloque

Destilación

Flash

Columna lateral o

paralela

Flash con sólidos

Shorcut

Mezclador

Difusor o Spliter

Intercambiador de calor

simple


riguroso


refrigerado por aire


de Gas Natural Licuado

Compresor

Turbina o expansor

Bomba

Válvula

Tubería

De-presurizador

Controlador

Controlador

Multivariable

Optimizador

Calculadora

Calculador de corriente

Envoltura de fase


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Curvas de calentamiento

Reactor de Conversión

Reactor de equilibrio

Reactor de flujo pistón

(Plug-Flow)

Reactor de tanda agitado

o CSTR

Reactor de Gibas

Reactor de Polímeros

Evaporador de Película

Separador de Sólidos

Ciclón Gas-Sólido

Cristalizador

Disolvedor

Destilador por tandas

Reactor Batch

AMSIM V7

Separador de membrana

Celda de Combustión

Electrolítica Polimérica

Unidad Adicionada por

el usuario

Unidad Adicionada por

SIMSCI

Propiedades de Unidad

de operación

Propiedades de

Corrientes

CAPE OPEN

Quemador

UAUOP

Es posible dibujar la matriz de caracterización de las corrientes, siguiendo la rutina:

Output → Stream Property Table luego haga doble clic en la tabla que aparece y escoja de

la lista las propiedades y las corrientes que quiere que se muestren en la tabla.


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Puede darle un titulo al diagrama de flujo de proceso o hacer cualquier anotación con las

instrucciones Draw → Text y copiando lo que desee en la ventana que se muestra.

También puede copiar el diagrama con File → Export. Aparece una ventana en la que se

debe escoger la opción Flowsheet Drawing, posteriormente O.K, así se copiara la imagen al

clipboard, donde la puede pegar a otro aplicación como Word y Excel.

3. DEFINIR EL SISTEMA DE LAS UNIDADES DE MEDIDA DE TRABAJO

Oprima click en Input → Units of measure o en el icono . Saldrá la siguiente ventana

en donde aparece cada una de las propiedades para los sistemas trabajados en el PES-PRO

II y al frente de ellas un recuadro con una pestaña desplegable en la que se muestran las

opciones de la medida.

Figura 7. Ventana para la selección de unidades para las diferentes propiedades

Por defecto todas las propiedades se encuentran en unidades inglesas. Pero puede

cambiarse de sistema de unidades. Las otras dos opciones son el sistema métrico y el

sistema internacional de unidades (SI). Para realizar el cambio de sistema de unidades se

oprime sobre Initialize from UOM Library… .Al realizar esta

opción se despliega la siguiente ventana (Figura 8) y en Initialize from escoja METRIC-

SET1.


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Figura 8. Ventana para la selección del sistema de unidades

4. SELECCIÓN E INGRESO DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA

Para ello haga clic en Input → Component Selection o en el icono . Al hacer esto se

muestra la ventana con las opciones para la búsqueda de los componentes en la base de

datos del programa (Figura 9). Al hacer click en Select from lists

se despliega la ventana de las diferentes listas de componentes (Figura 10). Allí se tiene la

posibilidad de hacer la búsqueda por los componentes más usados, ácidos, hidrocarburos,

entre otros.

Figura 9. Ventana para la selección de componente

Lo normal es escoger los componentes más usados, aunque otras buenas opciones son All

components – PROCESS Bank y All components – SIMSCI Bank. Y se escoje los

componentes requeridos haciendo click en el nombre, y luego en agregar componentes

.


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Figura 10. Ventana de búsqueda y lista de componentes

5. SELECCIÓN DEL MÉTODO TERMODINÁMICO

Haga click en Input → Themodynamic Data o en el icono , de esta forma se despliega

la ventana de selección de métodos termodinámicos (Figura 11). En la ayuda de PRO/II se

puede encontrar una guía para escoger el método adecuado de acuerdo al sistema trabajado.

Siga la secuencia Help→Contents→Index y haga la búsqueda con la palabra

Thermodynamic Methods.

Modificación del método termodinámico: Esta opción provee una posición maestra desde

la cual se puede modificar cualquier método para el calcula de cualquier propiedad o se

puede proveer datos suplementarios para un sistema termodinámico que ha sido

seleccionado para la simulación. Además de modificar los métodos termodinámicos para el

sistema, se puede modificar los métodos de propiedades de transporte pueden ser

seleccionados para ser usados en conjunción con el sistema. Para activar esta opción de

click en Modify… y al hacer esto se despliega la ventana de modificación de

datos termodinámicos (Figura 12)


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Figura 11. Ventana de selección de método termodinámico

Figura 12. Ventana de modificación del método termodinámico


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Figura 13. Ventana de modificación de las propiedades de transporte

PRO/II ofrece numerosos métodos para el cálculo de propiedades termodinámicas tales

como los valores de K, entalpías, entropías, densidades, solubilidades de gases y sólidos en

líquidos y fugacidades de vapor. Estos métodos incluyen correlaciones generalizadas,

ecuaciones de estado, métodos de coeficiente de actividad del líquido y métodos de

fugacidad de vapor.

En el apéndice I se da una breve explicación de algunos de esos modelos termodinámicos,

sus aplicaciones y limitaciones. A continuación se presenta algunos métodos

termodinámicos que posee incorporado este software.

Soave-Redlich-Kwong (SRK)

Peng-Robinson (PR)

Grayson-Streed (GS01)

Braun K10 (BK1001)

Ideal (IDEA01)

NRTL (NRTL01)

UNIQUAC (UNIQ01)

UNIFAC (UNIF01)

Advanced Lattice Model (ALM01)

Alcohol (ALCO01)

BWRS (BWRS01)

Chao-Seader (CS01)

Chao-Seader-Erbar (CSE01)

Flory-Huggin (FLOR01)

Glycol (GLYC01)

GPA Sour Water (GPSA01)

Grayson-Streed-Erbar (GSE01)

Margules (MARG01)

Lee-Kesler-Plocker (LKP01)

PHSC (PHSC)

Peng Robinson modificado Huron-Vidal (PRH01)

Soave-Redlich-Kwong modificado Kabadi-

Danner (SRKK01)

Soave-Redlich-Kwong modificado Huron-

Vidal (SRKH01)

Soave-Redlich-Kwong modificado SIMSCI

(SRKS01)

Soave-Redlich-Kwong modificado

Hexamer (HEX01)

Sour (SOUR01)

UNIFAC T Dep 1 (UFT101)

UNIWAALS (UNIW01)

Van Laar (VANL01)

Wilson (WILS01)

Amine (AMIN01)


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6. INGRESO DE DATOS DE ENTRADA DE LAS CORRIENTES DE

ALIMENTACIÓN DE ENTRADA

Para ello ubique con el puntero del mouse sobre la línea que representa la corriente y haga

doble clic, aparecerá una ventana (Figura 14), en la cual deberá llenar los campos que están

bordeados de color rojo. Las especificaciones normalmente son temperatura, presión y

flujos o composiciones.

Para fijar el estado de una corriente se puede se debe seleccionar una pareja de propiedades

o parámetros, como ya se menciono los generalmente seleccionados son temperatura y

presión. Uno de estos parámetros se puede combinar con cualquiera de los siguientes

parámetros:

Punto de burbuja – Bubble Point

Punto de rocío – Dew Point

Fracción molar del líquido – Liquid Mole Fraction

Fracción peso del líquido – Liquid Weight Fraction

Fracción en volumen del líquido – Liquid Volume Fraction

Figura 14. Ventana de Datos de Corriente de Proceso

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Para ingresar la composición y el caudal de la corriente de proceso se debe dar clic sobre

Flowrate and Composition… . Se abrirá una ventana para

ingresar los flujos de cada componente seleccionado (Figura 15). Estos datos de

composición se puede dar de dos formas: Caudal total y composición o caudales

individuales de cada uno de los componentes.

Figura 15. Ventana de datos de caudal y composición de corriente de proceso

7. INGRESO DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LAS UNIDADES DE

TRABAJO

Estas condiciones dependen del tipo de unidad. Al hacer doble clic sobre el icono que

representa la unidad, se mostrara la ventana donde debe llenar los campos bordeados de

rojo. Cuando en las especificaciones de una columna se mencione la palabra plato (Tray) se

refiere a una etapa de equilibrio, ya que la columna se utiliza para simular torres de platos,

torre empacada y baterías de extractores. A continuación se muestra este procedimiento

para las unidades más representativas.

Flash

Al activar esta opción aparecerá una ventana en la cual se debe ingresar las especificaciones

de operación de la unidad flash (Figura 16). Para esta unidad se debe dar dos

especificaciones de operación una de estas especificaciones debe de ser temperatura o

Haga clic acá!


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presión. La segunda especificación me define si el flash es isotérmico, isoentrópico, si

ocurre en el punto de burbuja o de rocío o si hay requerimientos de suministro de calor.

Figura 16. Ventana de especificaciones de operación de la unidad flash

Intercambiador de calor simple – SIMPLE HX

Al activar esta opción aparecerá una ventana en la cual se debe ingresar las especificaciones

de operación del intercambiador de calor simple (Figura 17). Para esta unidad se puede

especificar una de las dos corrientes dependiendo del objetivo que se quiere obtener

(calentar o enfriar). En esta ventana aparece tres columnas de botones correspondientes a la

corriente de proceso caliente (Hot Side), la corriente de proceso frío (Cold Side) y las

especificaciones y configuración del intercambiador de calor.

Cuando se hace clic sobre el botón para Hot Side o para Cold Side

se despliega una nueva ventana (Figura 18). De esta forma se selecciona cual de las

corrientes del intercambiador es la corriente fría y cual es la corriente caliente.

Cuando se hace clic sobre el botón se despliega una ventana (Figura 19)

donde la opción de elección del objetivo o tipo de operación del intercambiador.

Haga clic acá!

Corriente fría

Corriente Caliente


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Figura 17. Ventana de condiciones de operación del intercambiador de calor simple

Figura 18. Ventana de Selección de las corrientes caliente y fría

Figura 19. Ventana de especificación de operación del intercambiador de calor simple


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Cuando se hace clic sobre el botón se despliega una ventana (Figura

20), donde se puede elegir la configuración de los flujos y cuantos pasos por los tubos o por

la coraza se da a las corrientes de proceso.

Figura 20. Ventana de Configuración de los flujos de las corrientes de operación

8. SIMULACIÓN

Cuando todos los datos requeridos por el programa han sido suministrados, todas las

unidades y las corrientes estarán de color verde, y quiere decir que el proceso esta listo para

ser simulado. Para ello haga clic en el botón Run de la barra de tareas. Notará el

cambio de color en la unidad de proceso. Si el color cambia de verde a azul la simulación

fue satisfactoria y si el color cambia de verde a rojo es que hay una inconsistencia en el

ingreso de los datos suministrados (Figura 21)

Diagrama después del ingreso de datos Diagrama después de la simulación

Figura 21. Diagramas de simulación

9. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE SIMULACIÓN

Estos se mostraran en el reporte generado, para ello siga la secuencia

Output → Generate Report.

Es posible cambiar el formato del reporte (Figura 22), propiedades requeridas o las

unidades de los resultados siguiendo:

Output → Report Format.


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Por defecto el reporte esta compuesto por:

- Resumen de los datos suministrados

- Descripción del problema

- Estadísticas de la solución del problema

- Contenido del reporte

- Propiedades de los componentes del sistema

- Secuencias de cálculos

- Flujos de las corrientes de los productos

- Datos de diseño del equipo

- Características de las corrientes (presión, temperatura, composiciones, flujos,

entalpía, densidad, entre otros)

También es posible obtener las gráficas disponibles para cada unidad, siguiendo las

instrucciones Output → Generate Plot…

Aunque el PRO II de una respuesta satisfactoria para los cálculos, es necesario que el

usuario analice los resultados obtenidos. El PRO II muestra sí hay inconsistencias en el

ingreso de datos o en los resultados de la simulación por medio de tres acciones: Errores

ERRORS; Advertencias WARNINGS y Mensajes MESSAGES.

El orden en el que están enumerados los pasos anteriores no tiene que ser estricto.

Figura 22. Reporte generado en una simulación


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FUNCIONES SIMPLES Y CASOS PRACTICOS DE UNIDADES

INDIVIDUALES DE PROCESO

1. FUNCIONES SOBRE UNA CORRIENTE DE PROCESO

A. Flash en una corriente

Es una herramienta que le permite ver las composiciones en equilibrio líquido vapor

ELV de una corriente. Ubique el Mouse sobre la corriente y selecciónela haciendo clic

sobre ella, en la barra de menú encontrará el botón flash stream o en herramientas

Tool → flash stream. Oprima ese botón y obtendrá las composiciones en equilibrio L-V

a la presión y temperatura característica de la corriente.

Ejemplo 1: Se realiza un flash sobre una corriente de 100 kmol/h de una mezcla liquido

vapor con la siguiente composición global a una temperatura de 45°C y con una

fracción molar de líquido de 0.4

Sustancia Etanol Acetona Metanol Agua

Fracción molar 0.2 0.25 0.15 0.4

Obtenga la composición y el caudal para la fase gaseosa y la fase líquida. Realizando el

procedimiento que se ha descrito el programa PRO II genera al usar el botón flash

stream una ventana con los resultados para este problema (Figura 23)

Figura 23. Reporte generado en el flash de la corriente del ejemplo 1


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B. Obtención de Curvas de Equilibrio para Sistemas Binarios

Puede obtener las curvas de equilibrio de un sistema binario fijando presión y variando

temperatura, o a una temperatura fija y diferentes valores de presión. Sobre la corriente

en la que se encuentran los componentes a los que desea obtener las curvas, oprima clic

izquierdo para seleccionarla y luego el botón Display BVLE o en Tool → Binary

VLE. Aparecerá una ventana (Figura 24) que le permite seleccionar los 2 componentes

que forman el sistema binario, el valor fijo de la presión o la temperatura, (por defecto

la otra especificación será variable) a la que desea obtener las curvas.

Figura 24. Ventana de ingreso de componentes y condiciones para la determinación del equilibrio líquido

vapor ELV de mezclas binarias

También puede escoger las gráficas que desea: composiciones XY, coeficientes de

fugacidad liquido, y valores K.

Figura 25. Gráfica X-Y para el sistema etanol-agua a 640 mm Hg


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Figura 26. Gráfica T-X-Y para el sistema etanol-agua a 640 mm Hg

Figura 27. Gráfica de Actividad vs Composición del líquido para el sistema etanol-agua a 640 mm Hg

Figura 28. Gráfica de valores K vs Composición del líquido para el sistema etanol-agua a 640 mm Hg


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Figura 29. Gráfica de valores K vs Temperatura para el sistema etanol-agua a 640 mm Hg

2. DESTILACIÓN

Para realizar la modelación de una etapa de destilación el programa PRO II ofrece dos

opciones: El método corto o preliminar (SHORTCUT) y el método riguroso

(DESTILLATION). En la simulación completa de una etapa de destilación los dos métodos

son complementarios. A continuación se describe el proceso de simulación acoplando los

dos métodos con el ejemplo 3.

Ejemplo 3: Se va a fraccionar la siguiente alimentación

Componente Fracción molar

n-propano n-C3H8 0.05

Iso-butano i-C4H10 0.15

N-butano n- C4H10 0.25

Iso-pentano i- C5H12 0.20

N-pentano n- C5H12 0.35

La mezcla entra en su punto de burbuja a 827 kN/m2 (120 Psia) para obtener no más de

7.45% de n-C5H12 en el destilado y no más de 7.6% de n-C4H10, en el residuo, con un

condensador total y regresando el reflujo al punto de burbuja:

Calcule la relación de reflujo mínimo, el número mínimo de platos ideales; para una

relación de reflujo R = 2.58, calcular la composición del producto, las cargas térmicas del

condensador y del rehervidor, flujo del vapor y del líquido/mol de alimentación y el

número de platos ideales.

Respuesta: 7 ETAPAS IDEALES

El problema se simulara en PRO/II, mediante dos procedimientos: Método corto y Método

riguroso.

A. Solución por el Método Corto (SHORTCUT)

El modelo corto puede ser adecuado usarlo para tener bases de diseño, cuando las

volatilidades relativas de los componentes no varíen demasiado. Ya que este algoritmo usa


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los métodos de Fenske para predecir el número mínimo de etapas requeridas y las

separaciones de los componentes; el método de Underwood para la mínima relación de

reflujo requerida para la separación. Y éstos dos métodos asumen que las volatilidades

relativas permanecen constantes.

Se usa el método de Gilliland para calcular el número de etapas teóricas requeridas a una

razón de reflujo. Finalmente el método de Kirkbride se usa para determinar la localización

óptima de la alimentación.

Pasos generales para la simulación en Pro/II.

1. Descripción del problema

Se sigue el procedimiento descrito en el caso general, se entra como descripción la

formulación del problema dado.

2. Dibuje el diagrama de flujo del proceso

Seleccionamos la torre de destilación que representa el modelo del método corto.

En la barra PFD escogemos el icono nombrado Shortcut y lo descargamos en el área de

trabajo. Antes de que sea plantado, el programa abrirá una ventana en la que le da la

posibilidad de seleccionar la configuración de la columna, para este caso la columna tendrá

ebullidor y condensador, por lo que seleccionamos ambos elementos en la ventana y

expresamos OK.

Figura 30. Ventana de Configuración de la columna Shortcut

Posteriormente dibuje las corrientes de entrada y salida al sistema, habrá una de

alimentación, una de salida del producto de fondo y una de salida del destilado que debe ir

conectada a la unidad como se muestra en la figura.

Para una ubicación más rápida de las corrientes, éstas son nombradas. Haciendo clic

derecho en la corriente y escogiendo la opción Rename aparece un recuadro en el que es

posible dar un nombre diferente a la corriente, al que tiene por defecto. A la de entrada la

llamaremos ALIMENTACION a la de salida del destilado CABEZA y a la del residuo la

nombraremos FONDO.

3. Seleccione el método termodinámico que se utilizará para la solución del problema Como método termodinámico para este ejemplo se usara el método de Soave-Redlick-

Kwong (SRK) que es adecuado en aplicaciones petroquímicas.

4. Defina las unidades de medida con las que va a trabajar


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Se dejara el sistema de unidades igual como está, por defecto el sistema inglés (ENGLISH-

SET 1).

SCD1

CABEZA

FONDO

ALIMENTACION

Figura 31. Diagrama de una columna Shortcut

5. Defina todos los componentes que se encuentran en su sistema Para la definición de los componentes seguimos la secuencia dada en el caso general. Para

encontrarlos de forma mas rápida utilizamos la opción Hydrocarbon Lightends, ya que los

componentes con los que se va a trabajar son hidrocarburos ligeros. De la ventana

Component Selection List-Search. Se agrega los componentes propano, isobutano, butano,

isopentano y pentano.

6. Debe suministrar los datos de entrada a las corrientes de alimentación de proceso

Ahora se puede ingresar los datos de la corriente de entrada a la torre.

Haga doble clic en la corriente de alimentación, le aparecerá una pantalla en la que se

ingresará el valor de la presión 120 psia como primera especificación, como la segunda se

escogerá la opción Bubble Point, ya que es información que nos da el problema. Oprima el

botón Flowrate and Composition, se asumirá como flujo total de entrada (como base de

calculo) 1 Lbmol/h y en el recuadro de composiciones se colocaran los respectivos valores

de las composiciones de entrada especificadas por el problema para cada componente.


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Figura 32. Ventana de ingreso de condiciones de corriente

Figura 33. Ventana de ingreso de composiciones de la corriente de alimentación a la columna Shortcut

7. Suministre las condiciones de operación de cada unidad de trabajo

Una vez la corriente de entrada sea especificada, se deben dar las especificaciones de

operación de la torre de destilación, haga doble clic en el icono de la torre, y aparecera la

ventana de la figura 34.

Se deben especificar aquellos campos que aparecen bordeados de color rojo.


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Figura 34. Ventana de Especificaciones del equipo de Destilación Shortcut

La opción Condenser/Reboiler aparece especificada, pero cerciorese de que efectivamente

el condensador que se tiene elegido sea total, para ello debe estar seleccionada la opción

Bubble Temperature (Figura 35). Existen otras opciones del tipo de condensador a usar

como el parcial o el subenfriado.

Figura 35. Ventana de especificaciones de operación del Condensador/Ebullidor

En la opción Specifications hay dos posibilidades de especificaciones (SC1SPC1 y

SC2SPC2), tal como se muestra en la figura 36


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Figura 36. Ventana de Especificaciones de operación de la columna

La primera especificación que se le dará es la cantidad máxima 7.45% que puede salir de n-

C5H12 en el destilado.

La segunda especificación que se tiene es la cantidad máxima que puede obtenerse de n-

C4H10 en el residuo o en los fondos equivale a 7.6%.

En el renglón 1 aparece en verde el código de la especificación seguido en rojo la palabra

Parameter, oprimiendo allí se ingresa a la ventana Parameter en la que aparece el recuadro

bordeado de rojo y titulado Stream/Unit si se despliega de la pestaña que acompaña el

recuadro, se presentan las opciones Stream y Shortcut, significa que si se va a especificar

una corriente o la unidad completa.

Se escogerá la opción stream. Inmediatamente se activa el recuadro continuo titulado

Stream Name que permite seleccionar el nombre de la corriente, seleccionaremos CABEZA

(S2). Debajo del recuadro Stream/Unit aparece en rojo la palabra Parameter…al oprimir

allí aparece una ventana con todas las características que es posible seleccionar.

Escogeremos la palabra composition, se activa el recuadro Starting Component que pide el

componente que se va a especificar, allí seleccionaremos el n-C5H12 al dar aceptar

regresamos a la ventana Parameter donde se muestra en azul la especificación que se ha

dado y en verde aparece por defecto que el valor que se especifique de composición será en

fracción molar, debemos dar clic allí para especificar en porcentaje molar que es en las

unidades que lo tenemos. Al hacer eso aparece una ventana en la que podemos escoger la

opción de porcentaje Percent y a continuación Change Units para el cambio de unidades.

Ahora al dar aceptar en las ventanas que hemos abierto, regresamos de nuevo a la ventana

de especificaciones en la que solo falta dar el valor de la composición de n-C5H12 que

deseamos que salga en la corriente de cabeza. Por eso al oprimir en value podemos dar el

valor de 7.45. Así la primera especificación estará lista.

Igualmente se procede para dar la segunda especificación en la cual se seleccionará la

corriente del fondo, el componente será el n-C4H10 y el valor de composición será de 7.6.


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Al aceptar en la ventana de especificaciones, podemos seguir con la ventana de

especificaciones de la columna (Shortcut Distillation).

Si queremos obtener los datos del número teórico de etapas de equilibrio, reflujo mínimo,

debo activar estas opciones en minimum reflux (figura 37) como se puede observar no es

una opción bordeada de rojo, o sea que no es necesario especificar para correr la

simulación, pero no se realizarán los cálculos del reflujo mínimo.

Como el problema nos pide estos datos debemos de activar dicha opción. Al hacer clic en

minimum reflux aparece una ventana en la que se debe seleccionar Perform Minimum

Reflux Calculation luego pide seleccionar el clave ligero que para este caso será el butano,

el cual se distribuye tanto en el fondo como en el producto de cabeza, así el clave pesado

será el pentano.

Figura 37. Ventana de Reflujo mínimo para el Shortcut

También en la misma ventana se debe llenar una de las dos opciones de la relación R/Rmin

(relación del reflujo respecto al reflujo mínimo) o N/Nmin (relación de las etapas teóricas,

respecto a las etapas mínimas). Por defecto aparece una R/Rmin de dos. Estas relaciones

son criterios de diseño que se manejan como estándares en las compañías o criterios del

diseñador de acuerdo su experiencia. Normalmente se usa una R/Rmin de 1.5 o N/Nmin

de 2.

Como el problema nos da un valor de R y no conocemos aún el valor de Rmin, podemos

utilizar el criterio de R/Rmin = 1.5 y correr la simulación para conocer el valor de Rmin.

Pero esto lo hacemos luego de llenar todos los datos requeridos por el programa.

La opción Fenske Estimate (figura 38) le pide que estime el valor del número mínimo de

etapas. Por defecto se tiene un valor de 2, se dejara igual.


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Figura 38. Ventana de Estimado del número de etapas teóricas por el método de Fenske

Ahora podemos seleccionar la opción Products (figura 39) al abrirse esta ventana nos pide

una estimación del flujo de la corriente de cabeza con el propósito de que se alcance mas

rápidamente la convergencia, con fines prácticos se le dará un valor de 0.5 Lbmol/h,

asumiendo que la mitad del flujo de entrada sale por la corriente de CABEZA y la otra

mitad por la corriente de FONDO. También le pide la caída de presión en las secciones de

la torre, o la presión absoluta en las corrientes de salida. Una estimación inicial de la caída

de presión en la torre es seleccionar 5 psi en la columna y 5 psi en el condensador. De tal

manera que se especificara para la corriente de CABEZA un valor de 112.5 psi. 7.5 menos

que en la corriente de alimentación, 5 psi correspondientes a la caída de presión en el

condensador y 2.5 mas asumiendo que la entrada del alimento es en la sección media de la

columna. Para el fondo la presión será igual a la del alimento mas 2.5 psi, osea de 122.5

psi.

Figura 39. Ventana de especificación de los productos


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Una vez se haya especificado las condiciones de operación de la torre, se puede notar que

las opciones que estaban bordeadas de rojo ahora están bordeadas de color azul.

El proceso está listo para ser simulado

Oprimiendo el botón Run vera que el color de la torre cambia de verde a azul, si no hay

ningún problema en la solución o en los datos suministrados.

Proceso antes de correr simulación Proceso después de correr simulación Figura 40. Apariencia del shortcut antes y después de correr la simulación


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Generar el Reporte.

Siguiendo el procedimiento descrito para generar el reporte y el formato de éste, se

presenta los resultados de simulación para la unidad Shortcut

Datos termodinámicos del método seleccionado (PAGE R-1, PAGE R-2 y PAGE

R-3): En este ejemplo se muestra los coeficientes para el método Soave-Redlich-

Kwong

Pagina de Historial de la Simulación (PAGE H-1)

Índice del reporte (PAGE I-1): Se describe en que pagina esta cada uno de los

grupos de resultados reportados

Datos de los componentes (PAGE P-1): Se muestran datos de la base de datos

interna donde aparecen datos como pesos moleculares, calores de formación,

capacidades caloríficas, entre otras.

Resultado de la secuencia de cálculos e iteraciones (PAGE P-2)

Resultado del balance de materia de planta (PAGE P-3): Muestra el flujo de materia

por componente en la corriente de alimentación.

Resumen de la columna shortcut (PAGE P-4): Muestra el número de etapas o platos

teóricos, la relación mínima de reflujo, relación de reflujo de operación, la

localización del plato de alimentación, balance global de materia y una breve

descripción de la naturaleza del destilado y los productos de fondos y colas, y

requerimientos energéticos del condensador y el ebullidor.

Caudales molares de los componentes en las corrientes de proceso (PAGE P-5): se

realiza la descripción de las propiedades de cada una de las corrientes de procesos.

Resultado de las corrientes (PAGE P-6 a PAGE P-9)

Siguiendo el procedimiento descrito para generar el reporte y el formato de éste, se

encuentra que Rmin = 0.91774

Ahora con este valor y el dado de reflujo en el problema, podemos regresar a especificar

adecuadamente la relación R/Rmin, la cual resulta ser de 2.8151

Y nuevamente corriendo el programa, los resultados que se generan de la solución del

problema, nos permiten seleccionar la parte del reporte que muestra los datos de diseño de

la columna (relaciones de reflujo, número de etapas ideales, localización del plato de

alimentación, cargas térmicas del condensador y el rehervidor)

Se obtiene:


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Figura 41. Apariencia del reporte generado como resultado de la simulación


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Como se puede observar, algunos de los resultados fundamentales y más valiosos para el

diseño que son mostrados en el reporte son:

Relación mínima de reflujo: 0.91648

Número mínimo de etapas ideales: 4.65974

Numero de etapas ideales: 7 incluye el rehervidor y el

condensador (aunque éste no representa

una etapa de equilibrio por ser total)

Localización del plato de alimentación: 4

Carga térmica del condensador: -1.016*104 B.T.U./h

Carga térmica del rehervidor: 1.057*104 B.T.U./h

Flujo de Cabeza: 0.4664 lbmol/h

Flujo del fondo: 0.5336 lbmol/h

B. Solución por el método Riguroso

A diferencia del método Shortcut, para la utilización de éste método es necesario conocer

de antemano el número de etapas teóricas. Por ello utilizaremos la cantidad encontrada con

el método Shortcut (seis-6) y verificaremos que se cumplan las condiciones y

especificaciones del problema.

Dibuje el diagrama de flujo del proceso

Una vez haya ingresado al programa, seleccione la unidad Distillation de la paleta PFD, y

descargüela en el área de trabajo. Antes de que sea plantado, el programa abrirá una

ventana en la que le da la posibilidad de seleccionar la configuración de la columna, para

este caso la columna tendrá rehervidor y condensador, por lo que seleccionamos ambos

elementos en la ventana, también le pide que se ingrese el número de etapas teóricas, allí

colocaremos el valor encontrado por el método anterior, o sea 7. Y expresamos OK.

Posteriormente dibuje las corrientes de entrada y las de salida de los productos.

Los pasos 3, 4, 5 y 6 se hacen de la misma forma a como se hizo para el método corto del

shortcut (Pág. 31)

Figura 42. Ventana de configuración de la columna de destilación


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Figura 43. Diagrama de la columna de destilación donde se específica las corrientes de alimentación, de

cabeza y de fondos, y el número de etapas ideales

Condiciones de operación

Haga doble clic sobre la columna, y aparecerá la ventana de especificaciones de la columna

de destilación.

Figura 44. Ventana de especificaciones de la columna de destilación


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Luego en la opción PRESSURE PROFILE… que como vera se encuentra bordeada de rojo.

Allí se muestra una ventana con una primera sección titulada PRESSURE

SPECIFICATION MODE (Figura 45) la cual presenta 2 opciones:

1) especificar las presiones plato por plato

2) especificar la presión en el tope de la torre (plato 2) y caída de presión en la

columna o en cada plato.

Figura 45. Ventana de perfil de presión a través de toda la columna

Como se había dicho en el anterior método, utilizaremos el criterio de caída de presión para

la columna de 5 psi. Por ello seleccionamos la opción OVERALL (Caída de presión total).

En el campo TOP TRAY PRESSURE colocamos el valor del plato del tope, o sea de 117.5

psi, respecto a la alimentación 2.5 psi menor (Figura 45).

En la sección enunciada como Pressure Drop. Seleccionamos el campo Column en el cual

damos el valor de 5 psi.

Regresamos a la ventana Column

En la opción FEEDS AND PRODUCTS… se presenta un campo FEED TRAY en el cual

debemos indicar la etapa de alimentación, para este caso será en la etapa 4.

Hay una sección titulada Feed Flash Convention en la que se selecciona la configuración de

la entrada del alimento, cuando este es una mezcla L – V. El seleccionar una u otra opción

depende del dispositivo utilizado a la entrada de la torre. Para el problema trabajado es

indiferente la configuración seleccionada, ya que el alimento está en fase liquida.

En la misma ventana hay una sección en la que se pide la estimación del flujo de los

productos, basta con especificar sólo para la corriente de cabeza o para la de fondo. Por ello

en el recuadro titulado RATE colocaremos 0.5 Lbmol/h, esto es solo una estimación para

hacer mas rápida la convergencia en la simulación, no el valor verdadero, por ello una

estimación inicial es decir que sale igual cantidad de productos de cabeza como de fondo.


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Figura 46. Ventana de corrientes de alimentación y productos

La opción CONVERGENCE DATA…Está especificada por defecto, por ello está bordeada

de color verde, esta opción es para indicar los parámetros y las tolerancias de convergencia

utilizadas por el algoritmo.

Figura 47. Ventana de datos de convergencia


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La opción THERMODYNAMIC SYSTEMS… Le da la posibilidad de especificar por

secciones o para toda la columna el sistema termodinámico usado para la solución del

problema. El programa utiliza por defecto la especificación del método termodinámico para

toda la columna. Si la decisión es seleccionar el método termodinámico por secciones de la

columna, esto se puede realizar inclusive plato a plato.

Figura 48. Ventana de sistemas termodinámicos

La opción REBOILER… (figura 49). Le permite cambiar el tipo de rehervidor utilizado en

la columna, por defecto se utiliza el Kettle (Convencional). También se presenta la opción

de fijar la carga térmica (Duty) del rehervidor, por defecto no aparece ningún valor, ya que

normalmente ésta condición se utiliza como variable. Así se hará para la solución de éste

problema.

La opción CONDENSER (figura 50) le da las posibilidades de seleccionar el tipo de

condensador a usar (Partial, Bubble Temperature, Subcooled Fixed Temperature,

Subcooled Fixed Temperature Drop) en el problema se debe verificar que el tipo de

condensador sea BUBBLE TEMPERATURE el cual representa el condensador tipo total.

También se presenta una sección en la que se piden los datos de PRESSURE,

TEMPERATURE ESTIMATE, y DUTY. Allí debemos especificar el valor de la presión del

condensador, ya que de lo contrario el programa tomará por defecto la misma presión del

plato 2 es decir del tope de la torre, considerando que no habrá caída de presión. Como se

ha dicho la caída de presión normal en un condensador es de 5 psi, por lo tanto en el

campo Pressure llenaremos el valor 112.5 psia. Los demás valores están dados por defecto.


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Figura 49. Ventana de re-ebullidor

Figura 50. Ventana del condensador

La opción HEATER AND COOLER (figura 51) le muestra una ventana en la que se puede

especificar dispositivos de calentamiento o enfriamiento en una etapa en particular. Para

ello debe indicar el número de la etapa y la cantidad de calor que suministra (positiva para

calentamiento o negativa para enfriamiento). Normalmente se encuentra desactivada.


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Figura 51. Ventana del calentadores y refrigerantes

La opción Initial Estimates… (figura 52) Presenta una ventana en la que se pueden

suministrar valores iniciales para la solución del problema. El programa por defecto utiliza

el método conventional que hace uso de las técnicas de destilación Shortcut para estimar los

flujos de los productos y las composiciones, los cuales se usan para estimar las

temperaturas.

También por defecto se utiliza una estimación inicial de la relación de reflujo de 3.

Este método provee adecuadas estimaciones para muchos problemas de destilación.

La opción Pumparounds… Es para especificar retornos de líquido o vapor de una etapa a

otra. Normalmente se encuentra desactivada.

Figura 52. Ventana de estimados iniciales


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La opción Perfomance Specifications… (figura 53)Le pide las especificaciones que

requiere y las variables que utilizará para lograrlas. Para entrar las especificaciones se

procede de igual forma como se hace en la opción Specifications en el método Shortcut.

Como variables aparece por defecto las cargas térmicas en el condensador y en el ebullidor,

por lo general es correcto utilizar éstas como variables. Es importante tener en cuenta de

que el número de variables debe ser igual al número de especificaciones requeridas.

En la ventana Column está la opción Tray Hydraulics Packing. Aparecerá una ventana con

diferentes opciones que le permitirán realizar cambios a una torre ya existente escogiendo

Rating en el recuadro titulado Calculation Type. O el diseño mecánico de ellos con Sizing.

Se puede escoger el tipo de torre: de platos, empaque aleatorio o empaque estructurado,

seleccionando las opciones Tray, structured Packing y Random Packing respectivamente.

En el recuadro titulado internals. Si toda la torre tiene el mismo tipo de interno se debe

colocar en el campo titulado Startig Tray la etapa número 2, ya que la número 1 se refiere

al condensador. Y en el campo Ending Tray el número de la etapa anterior al rehervidor.

El botón Enter Data le abre una ventana que le pide otras especificaciones de los internos

de la torre.

Figura 53. Ventana de especificaciones y variables


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Figura 54. Ventana de condiciones hidráulicas para plato, empaque estructural o empaque al azar

Figura 55. Ventana de especificaciones de empaque al azar


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Figura 56. Ventana de especificaciones de empaque estructurado

Figura 57. Ventana de especificaciones de plato

Figura 58. Ventana de eficiencia de plato o etapa


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Otra opción que se encuentra en la ventana Column es Tray Efficiencies…(figura 58). Sí se

conocen, se pueden especificar las eficiencias de las etapas, las opciones están dadas como

eficiencia de: Murphree, Equilibrium, y vaporization.

Al lado derecho de la ventana Column se encuentra el nombre de la unidad (Unit) por

defecto es “T1” el cual se puede cambiar. Luego un campo Description para hacer una

descripción breve de la unidad. El numero de etapas teóricas (Number of Stages) que se ha

seleccionado desde un comienzo, siendo posible cambiarlas en éste campo. El número de

iteraciones máximo para la solución del problema (Number of Iterations) que por defecto es

de 15. El algoritmo que se utilizará para la solución del problema, por defecto está el

Inside-Out adecuado para muchas aplicaciones de destilación. Otras opciones son el Sure,

chemdist, Liquid- Liquid (algoritmo utilizado para extracción L-L), Enhanced IO.

En la tabla 2 se resumen las principales características de los algoritmos mencionados.

Tabla 2: Algoritmos para la unidad de destilación Algoritmo Ventajas Desventajas

Inside-Out Rápida convergencia

Insensible a las estimaciones iniciales

Se puede utilizar con rehervidores

termosifón

Solo se permite una fase liquida dentro de la

columna

No se permiten Pumparounds

Difícil resolver sistemas altamente no ideales

Sure Permite 2 fases líquidas

Permite Pumparounds

Baja velocidad en los cálculos

Sensible a estimaciones iniciales

No permite rehervidores termosifón

Chemdist Permite 2 fases liquidas

Resuelve sistemas altamente no

ideales

No se permiten Pumparounds

No permite ciertas especificaciones requeridas

Solo sistemas termodinámicos basados en

actividades

Enhanced IO Permite 2 fases liquidas

Permite Pumparounds

Otras ventajas del Inside-Out

Difícil resolver sistemas altamente no ideales

Simulación

Ahora que se ha especificado las características de la corriente de alimentación y el

funcionamiento de la torre es posible correr la simulación. Note el color azul del diagrama.

Genere el Reporte

Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla:


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Component Rates

Stream Name Destilado Fondo Alimento

Phase Liquid Liquid Liquid

Total LB-MOL/HR 0.500 0.535 1.000

Component Mole Fractions

PROPANE 0.0498 0.0002 0.0500

I-BUTANE 0.1386 0.0114 0.1500

N-BUTANO 0.2140 0.0360 0.2500

I-PENTANO 0.0462 0.1538 0.2000

N-PENTANO 0.0514 0.2986 0.3500

Con 7 etapas se lograr las especificaciones deseadas de salida de productos.

Relación de reflujo: 2.5801

Numero de etapas ideales: 7 incluye el rehervidor y el

condensador (aunque éste no representa

una etapa de equilibrio por ser total)

Localización del plato de alimentación: 4

Carga térmica del condensador: -1.51*104 B.T.U./h

Carga térmica del rehervidor: 1.55*104 B.T.U./h

Las composiciones de los productos son similares a las obtenidas por el método Shortcut

las cargas térmicas del condensador y del rehervidor son algo mayor, y se requiere una

etapa mas por el método riguroso.

Que sucede sí se aumenta en una etapa la simulación realizada (reemplazando 7 por 8 en

la ventana Column)?

3. EXTRACIÓN LIQUIDO-LIQUIDO

Ejemplo 4: Cien kg-mol de una solución de ácido acético(C) y agua (A) que contienen 30%

molar de ácido acético, se van a extraer tres veces con éter bútil isopropílico(B) a 20 ºC; se

utilizaran 40 kg-mol de disolvente en cada etapa. Calcular las cantidades y composiciones

de las diferentes corrientes.

¿Cuánto disolvente se necesitará si se quiere obtener la misma concentración final del

refinado con una sola etapa?

Para la solución del problema se trabajara en continuo es decir los flujos se trabajaran por

unidad de tiempo.

El extracto será compuesto es decir la mezcla de los extractos de cada etapa.


La unidad que se utiliza para trabajar el proceso de extracción L – L es la misma columna

de destilación. Arrastre la unidad Distillation y descargüela en el área de trabajo. Hay que


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dibujar tres unidades. En la ventana en la que le pide la configuración de la columna

elimine el condensador y el rehervidor y en el campo Number of Theoretical Trays. Se

colocará 1 que es el número de etapas a trabajar en la primera parte del ejercicio. Aparecerá

una ventana preguntando sí se desea continuar con columnas de una sola etapa – Se debe de

decir YES (si).

Coloque las corrientes de entrada y salida de cada etapa como se muestra en la siguiente

figura:

Figura 59. Diagrama de flujo de una extracción líquido-líquido de tres etapas

Defina las unidades de medida con las que va a trabajar

En la ventana Units of Measure… Seleccione Celsius en el campo Temperature y

Kilogram en el campo Weight. Que corresponde al sistema métrico METRIC-SET 1

Defina todos los componentes que se encuentran en su sistema

Entre a la ventana Selection Component escoja los componentes que se trabajan en el

sistema los cuales son: agua (water), Ácido acético (Acetic Acid), éter butíl isopropílico

(IPBE)

Seleccione el método termodinámico que se utilizará para la solución del problema.

Para el proceso de extracción L – L es adecuado el método UNIFAC como sistema

termodinámico. En la ventana Thermodynamyc Data escoja desde los más comúnmente

usados el método UNIFAC. Aparecerá una ventana con 2 opciones: de utilizar el método

sólo para una fase liquida (Single Phase Liquid Only) o para dos fases liquidas (Enable

Two-Liquid Phase Calculations). Seleccione la segunda opción.


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Figura 60. Ventana de datos termodinámicos para equilibrio líquido-líquido

Debe suministrar los datos de entrada a las corrientes de alimentación de proceso

Las corrientes de entrada a la columna son la alimentación en la unidad T1 y las tres

entradas de solvente a cada una de las unidades.

Dar doble clic sobre la corriente de alimentación donde se debe dar almenos una

especificación de la corriente (a diferencia de la columna de destilación con condensador y

rehervidor que son necesarias 2 especificaciones) además de las composiciones o flujos de

los componente. Se dará como temperatura el valor dado en el problema de 20 ºC.

En el campo Flowrate and Compositions… Seleccionamos Individual Component

Flowrates entraremos 30 Kg/h para el acético y 70 para el agua.

Ahora hacemos lo mismo para las entradas de solvente, en cada una de esas corrientes

especificaremos 20ºC como temperatura y un flujo individual de IPBE de 40 Kg/h.

En cada una de las corrientes vamos a considerar que la presión de operación es 1

atmósfera.

Suministre las condiciones de operación de la unidad de trabajo

Haga doble clic en la unidad para mostrar la ventana Column. Seleccione el algoritmo

adecuado para el proceso de extracción L – L. Para ello escoja Liquid-Liquid en el recuadro

titulado Algorithm (figura 61). Notará que por defecto la opción en el recuadro Calculated

Phases pasará de “Vapor-Liquid” a “Liquid-Liquid”. Realice esto para cada una de las

unidades.

Además podrá apreciar que las opciones: Reboiler, Condenser, Pumparoud, además de las

opciones que tienen que ver con las especificaciones mecánicas de la torre no aplican para

el proceso de extracción.

Se tiene por defecto para la solución del problema un total de 30 iteraciones, que se puede

cambiar si se desea.


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Figura 61. Ventana para la selección del algoritmo de solución de la columna

Comenzaremos por especificar la opción Pressure Profile… Que como vemos está

bordeada de color rojo. Allí se mostrará una ventana que al igual que para el proceso de

destilación se debe especificar la presión, ya sea total o por platos. Como en el problema no

se expresa a que presión se trabaja. Asumiremos que se hace a presión atmosférica y que no

hay caída de presión entre las unidades de extracción. En Pressure Specification Mode

escogeremos la opción Overall. En el campo Top Tray Pressure colocaremos el valor de 1

atm

Al volver a la ventana Column se escoge la opción Feeds and Products…En la primera

sección de la ventana se le pide que especifique a que etapas van las corrientes de entrada.

En la segunda sección de la ventana se pide que estime al menos un flujo de salida de los

productos. Colocaremos 100 Kg/h en el campo Rate para especificar el flujo de la corriente

del producto de fondo nombrada INT12, valor que corresponde a la misma cantidad que

entra de Alimento. Análogamente se hace esto para las unidades T2 y T3 donde la salida

son INT23 y REFINADO, respectivamente Verá que el producto de cabeza (Overhead)

corresponde a la fase líquido 1, refiriéndose a la fase liviana y el producto de fondo

(Bottoms) corresponde a la fase liquido 2, refiriéndose a la fase pesada.

La opción Convergence Data…Igual que para el proceso de destilación, permite especificar

tolerancias y parámetros de convergencia.

La opción Thermodymamic Systems… Le da la posibilidad de especificar un método

termodinámico diferente para cada etapa. En la solución de este problema se dejará por

defecto el mismo para todas las etapas.

Igual que para las columnas de destilación está activada la opción Heaters and Coolers…

Le muestra una ventana en la que se puede especificar dispositivos de calentamiento o

enfriamiento en una etapa en particular.


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En la opción Initial Estimates se utiliza como única opción para generar las estimaciones

iniciales del problema el método Simple. En este método los perfiles de la columna son

determinados por balances de materia y la temperatura se estima determinando las

composiciones de los productos. Es rápido y adecuado para columnas simples.

Si requiere especificaciones para las corrientes o para todo el proceso se pueden suministrar

en la opción Perfomance Specifications… De igual forma que para la columna de

destilación. En el problema que se resuelve no es necesario usarlo en la primera parte de la

solución, por ello no se activará dicha opción.


No debe de haber ningún campo de de especificaciones en rojo, todas las unidades del

diagrama de flujo deben de estar en color verde.

Oprima el botón Run y notará que el diagrama se torna de color azul.

Genere el Reporte

Siguiendo las instrucciones en el ítem 9 del caso general, se obtiene los siguientes

resultados:

Caudales Molares De Corrientes De Entrada Y Salida De Todo El Proceso

Kg-mol/h Agua Kg-mol/h Ácido Acético Kg-mol/h IPBE

ALIMENTO 70 30 ---

SOLVENTE* --- --- 40

EXTRACTO 1 4.3037 15.9516 39.8177

INT12 65.6963 14.0484 0.1823

EXTRACTO 2 2.7380 8.4812 40.1332

INT 23 62.9583 5.5672 0.0491

EXTRACTO 3 1.9338 3.6245 40.0270

REFINADO 61.0244 1.9427 0.0221

La corriente de solvente en cada una de las unidades posee este caudal molar de IPBE

Fracciones Molares De Corrientes De Entrada Y Salida De Todo El Proceso

xagua xácido acético xIPBE

ALIMENTO 0.7000 0.3000 ---

SOLVENTE* --- --- 1.0000

EXTRACTO 1 0.0716 0.2655 0.6628

INT12 0.8220 0.1758 0.0022

EXTRACTO 2 0.0533 0.1652 0.7815

INT 23 0.9181 0.0812 0.0007

EXTRACTO 3 0.0424 0.0795 0.8781

REFINADO 0.9688 0.0308 0.0004

La corriente de solvente en cada una de las unidades posee este caudal molar de IPBE

Ahora se hará la segunda parte del ejercicio en la que se debe especificar el flujo de

solvente requerido para extraer en una sola etapa la misma cantidad de ácido acético que

con tres etapas.


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En el refinado se ha obtenido con extracción en tres etapas una composición molar de ácido

acético de 0.0308, que corresponde a un caudal molar de 1.9427 kg-mol/hora. Valor que

debemos mantener para la segunda parte del ejercicio.

El método de solución consistirá en especificar la composición molar de ácido acético en la

corriente de refinado a un valor de 0.0308 y como variable se utilizará el flujo de solvente

a la entrada de la columna.


Siga el mismo procedimiento para la extracción en tres etapas, sólo que en el campo

Number of Theoretical Trays coloque un valor de 1. Y nombre las corrientes de la siguiente

manera:

Figura 62. Diagrama de flujo de extracción líquido-líquido en una sola etapa

Los pasos 3, 4 y 5 son exactamente iguales a los seguidos para la unidad de extracción en

tres etapas.

Debe suministrar los datos de entrada a las corrientes de alimentación de proceso

Las corrientes de entrada a la columna son la alimentación y la entrada de solvente.

Para la corriente nombrada “ALIMENTO1” Ingrese a la ventana Stream Data y especifique

los campos bordeados de rojo de igual forma que para la columna de 3 etapas.

Ahora para la entrada de solvente, especificamos 20ºC como temperatura y un flujo

individual inicial de IPBE de 120 Kg/h que equivale a la cantidad total de solvente

agregado para la extracción en 3 unidades, es de esperarse que para extraer la misma

cantidad de ácido acético en una sola etapa, sea requerido mayor cantidad de solvente.


Medellín, 2007

60

Suministre las condiciones de operación de la unidad de trabajo

En el campo Unit de la ventana Colum nombre la unidad como “1ETAPA”

Escoja la opción Feeds and Products…En la primera sección de la ventana se le pide que

especifique a que etapas van las corrientes de entrada. La única opción es en la etapa 1

(puesto que solo se tiene una etapa).

En la segunda sección de la ventana se pide que estime al menos un flujo de salida de los

productos. Colocaremos 100 Kg/h en el campo Rate para especificar el flujo de la corriente

del producto de fondo, la que se denomina “REFINADO”, valor que corresponde a la

misma cantidad que entra de ALIMENTO.

Haga clic sobre la opción que aparece en la ventana de la columna en Perfomance

Specifications… En la ventana Column – Specifications and Variables. Active las

especificaciones y las variables. De clic sobre Parameter en el recuadro Specifications: en

la ventana que aparece seleccione Stream y en el campo Stream Name: escoja la corriente

“REFINADO” (Figura 63)

Figura 63. Ventana de Especificaciones y Variables de la columna

En la palabra Parameter…abra la ventana Parameter Selection Que le permite seleccionar

Composition, en Starting Component seleccione ACETIC (Figura 6 Ahora regrese a la

ventana Column – Specifications and Variables y en la palabra value escriba el valor de

0.0308.


Medellín, 2007

61

Figura 64. Ventana de la selección de parámetros de especificaciones

En le recuadro Variables: oprima Parameter, en Unit seleccione Column de la ventana

desplegable (es la única opción), en la palabra Parameter se mostrará la ventana Parameter

Selection, escoja allí la palabra Feed Rate y la corriente nombrada “SOLVENTE” (así está

diciendo que la variable será el flujo de solvente a la entrada) se debe dar aceptar (OK) en

las ventanas abiertas hasta regresar a la ventana Column. Las especificaciones restantes se

hacen de igual forma de cómo se procedió para la extracción de 3 etapas. Así toda la unidad

y corrientes quedaran especificadas.


Oprima el botón Run en la barra de tareas.

Genere el Reporte

Siguiendo las instrucciones en el ítem 9 del caso general, se obtiene los siguientes

resultados:


Kg-mol/h Agua Kg-mol/h Ácido Acético Kg-mol/h IPBE

ALIMENTO 70 30 ---

SOLVENTE --- --- 312.4239

EXTRACTO 15.0882 28.2543 312.4040

REFINADO 54.9119 1.7457 0.0198


xagua xácido acético xIPBE

ALIMENTO 0.7000 0.3000 ---

SOLVENTE --- --- 1.0000

EXTRACTO 0.0424 0.0794 0.8782

REFINADO 0.9689 0.0308 0.0003

El flujo de solvente requerido es de 312.4239 kg-mol/h, que es una cantidad mayor que el

necesario en la extracción en 3 etapas o unidades.


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62

4. ABSORCIÓN

Ejemplo 5: Para separar el 95% del amoníaco de una corriente de aire que contiene 40% de

amoníaco en volumen, se utilizan 488 mol/h de agua por cada 100 mol/h de gas que entra,

lo que supone un valor superior al mínimo necesario. La presión es 1 atm y la temperatura

298 K. Calcúlese el número de unidades de transferencia (NTU).

SOLUCIÓN

En lugar de calcular los NTU se calculará el número de etapas ideales.

Como no es posible especificar como variable el número de etapas teóricas de la torre, y

éstas deben ser especificadas desde un comienzo, el método de solución consistirá en tomar

como variable el flujo liquido que entra e iterar el número de etapas dado a la torre hasta

que el flujo de liquido requerido arrojado por el programa sea igual al dado de 488 Lb-

mol/h.


El proceso de absorción se representa por el mismo icono para la extracción L – L y para la

destilación, haciendo uso del icono nombrado Distillation. En la ventana que le pide la

configuración de la torre, deseleccione el condensador y el rehervidor y en el número de

etapas teóricas coloque un valor de 3 para empezar (según los resultados del problema en el

libro de Henley se necesitan 2.8 etapas )

El diagrama debe ser de la siguiente forma, alimentado en contracorriente los flujos de

líquido y de gas.

Figura 65. Diagrama de flujo de una operación de absorción


Medellín, 2007

63

Defina las unidades de medida con las que va a trabajar

En la ventana Units of Measure… Seleccione Kelvin en el campo Temperature y

Atmosphere en el campo Pressure.

Defina todos los componentes que se encuentran en su sistema

Entre a la ventana Selection Component escoja los componentes que se trabajan en el

sistema los cuales son: agua (water), Amoniaco (Ammonia), aire (Air).

Seleccione el método termodinámico que se utilizará para la solución del problema.

Para este sistema son recomendables los métodos basados en la actividad del líquido, En la

ventana Thermodynamyc Data escoja desde Liquid Activity el método NRTL (Non Random

Two Liquids). En la ventana que le pide que seleccione entre sólo para una fase liquida o

para cálculos de dos fases liquidas, Seleccione solo para una fase, que es lo que se tiene.

Se debe tener mucho cuidado al seleccionar el método termodinámico ya que resultados

muy diferentes se obtienen con métodos diferentes.

Debe suministrar los datos de entrada a las corrientes de alimentación de proceso Las corrientes de entrada a la columna son el flujo de gas que entra y el flujo de agua. Haga

doble clic sobre la corriente nombrada “IN-GAS” en el campo First Specification: se

especificará la temperatura al valor de 298 K. No es necesario dar una segunda

especificación.

En el campo Flowrate and Compositions… Seleccionamos Total Fluid Flowrate (flujo tota)

se entra el valor de 100 mol/h. En Componet damos el valor 60 para el aire y 40 para el

amoniaco, en UOM se deben cambiar las unidades en base volumétrico, escogiendo

Vap.Vol.

Ahora para el flujo de agua de igual forma especificamos la temperatura de 298 K y se debe

dar un flujo individual inicial que puede ser el valor requerido de 488 mol/h

Suministre las condiciones de operación de la unidad de trabajo Haga doble clic en la unidad para mostrar la ventana Column. Se dejará el algoritmo Inside-

Out que se tienen por defecto. La unidad se nombrará como “ABSORCION” EN EL

CAMPO Unit. Se tiene por defecto para la solución del problema un total de 30 iteraciones,

que se puede cambiar si se desea.

En la opción Pressure Profile… Se mostrará una ventana en la que se debe especificar la

presión total o por etapas. En la solución del problema no se considerará la caída de presión

en la torre por eso en la etapa superior se tendrá una presión de 1 Atm, éste valor se debe

colocar en el campo Top Tray Pressure y en el campo de caída de presión se dejará cero

(que se tiene por defecto)

.

Al volver a la ventana Column se escoge la opción Feeds and Products… En la primera

sección de la ventana se le pide que especifique a que etapas van las corrientes de entrada.

En el campo que está la corriente “IN-GAS” indique que será a la última etapa, la 3 en este

caso y la corriente “IN-LIQ” siempre irá a la etapa 1. Se estimará para el producto de fondo

“OUT-LIQ” la misma cantidad que entra 488 mol/h en el campo Rate


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64

En la opción Perfomance Specifications…Se tienen dos posibilidades: de especificar la

relación del flujo de amoniaco en la corriente de liquido de salida respecto al flujo de

amoniaco en la corriente de gas que entra igual a 0.05, o la relación del flujo de amoniaco

en la corriente de gas de salida respecto al flujo de amoniaco en la corriente de gas que

entra igual a 0.95. Se indicara la primera especificación. En Parameter seleccione la

corriente “OUT-GAS” y escoja como parámetro Flowrate y en Starting Component al

amoniaco (NH3), al regresar a la ventana Specifications and Variables oprima sobre el

símbolo “= “en las especificaciones y seleccione el símbolo “/” en la nueva opción de

Parameter seleccione la corriente “IN-GAS”, escoja como parámetro Flowrate y en

Starting Component NH3, de nuevo en la ventana Specifications and Variables en value

indique el valor de 0.05

En variables se tiene la opción Feed Stream, con las posibilidades de seleccionar las

corrientes “IN-GAS” y “IN-LIQ” como ya se había dicho se seleccionará como variable el

líquido de entrada.

Figura 64. Ventana de la selección de parámetros de especificaciones para el ejemplo de absorción

Las demás opciones en la ventana Specifications and Variables ya han sido descritas en el

caso de destilación. Para la solución de este problema no es necesario especificaciones

adicionales de las hechas hasta ahora.


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65


Oprima el botón Run en la barra de tareas.

Genere el Reporte

Al generar el reporte de la simulación se obtiene los datos y estados de las corrientes

involucradas en la operación de absorción. Como se puede observar el flujo necesario de

agua es 477.7 mol/h muy cercano al requerido de 488 mol/h. Si se utiliza mayor cantidad de

líquido para las mismas especificaciones de separación, se requerirá de una menor cantidad

de etapas o unidades.

Nombre de la Corriente IN-GAS IN-LIQ OUT-GAS OUT-LIQ

Temperatura, K 298.000 298.000 305.2639 313.4038

Presión, atmósferas 1.0 1.0 1.0 1.0

Peso Molecular Promedio 24.1956 18.0150 28.0948 17.9459


mol/h Agua mol/h Aire mol/h Amoniaco

IN-GAS --- 60 40

IN-LIQ 477 --- ---

OUT-GAS 3.01 59.8 2.00

OUT-LIQ 474.70 0.18 38


xagua Xaire Xamoniaco

IN-GAS --- 0.6000 0.4000

IN-LIQ 1.000 --- ---

OUT-GAS 0.0464 0.9227 0.0309

OUT-LIQ 0.9256 0.0004 0.0740

Que pasa con el caudal de agua al disminuir el número de etapas para la operación de

absorción descrita en el ejemplo?

A continuación se da el reporte generado para el ejemplo dado de absorción.


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66

Figura 65. Reporte para el ejemplo de absorción


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69



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70

APENDICE I – MÉTODOS TERMODINÁMICOS

1. Peng-Robinson (PR)

La ecuación de estado de Peng-Robinson (PR) es una modificación de la ecuación de

estado de Redlich-Kwong y fue publicada por Peng y Robinson en 1976. Es similar a la

ecuación de Soave-Redlich-Kwong en muchos aspectos y fue desarrollada para mejorar la

pobre predicción de la densidad del líquido de este método. La expresión es la siguiente:

a TRTP

V b V V b b V b (1)

Donde:

i i

i

b x b , 0.07780 i

i

c

i

c

RTb

P (2)

, i iC CT P Temperatura y presión crítica del componente i

12 1i j i j ij

i j

a T x x a a k , ii c ia a ,

2

0.45724i

i

i

c

c

c

RTa

P (3)

0.5 0.51 1

ii rn T , 20.37464 1.54226 0.26992i i in w w (4)

iw Factor acéntrico para el componente i

ijk Constante de interacción binaria para los componentes i y j

Esta ecuación entrega predicciones aproximadas de mezclas no polares de hidrocarburos,

pero no lo hace para mezclas polares. Además de los valores de K, la ecuación de PR puede

ser usada para predecir entalpías, entropías y densidades en fase líquida y vapor.

La ecuación de PR es útil con hidrocarburos ligeros como es el caso de procesos con gas

natural y de plantas de refinería de gas. Para sistemas ricos en hidrógeno, la predicción de

la solubilidad de este puede ser mejorada usando reglas de mezclado avanzadas.

2. Non-random two-liquid (NRTL)

La ecuación NRTL fue desarrollada por Renon y Prausnitz para hacer uso del concepto de

composición local mientras evita la limitación de la ecuación de Wilson para predecir la

separación de la fase líquido-líquido. La expresión para el coeficiente de actividad es:


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71

ln

ji ji j k kj kjj j ij k

i ij

jki k kj k kj k

k k k

G x x Gx G

G x G x G x (5)

2

ij ij

ji ij

b ca unidades en K

T T (6)

2

ij ij

ji ij

b ca unidades en kcal o kJ

RT RT (7)

'exp , ji ji ji ji ji jiG T (8)

Este método ha sido usado extensamente y con gran éxito en una amplia variedad de

sistemas en equilibrio líquido-vapor (VLE) y en equilibrio líquido-liquido (LLE). Es útil

con mezclas fuertemente no ideales y con sistemas parcialmente inmiscibles.

3. Chao-Seader

La ecuación de Chao-Seader calcula los valores de K para componentes de mezclas no

ideales, usando la relación:

0L

i i ii

i i

y fK

x P (9)

Donde:

0 L

if Fugacidad de estado estandar del componente i en la fase líquida pura

i Coeficiente de actividad del componente i en la mezcla líquida de equilibrio

i Coeficiente de actividad del componente i en la mezcla de vapor en equilibrio

En su desarrollo Chao y Seader usaron una forma modificada del trabajo de Pitzer del

principio de estados correspondientes para los coeficientes de fugacidad del líquido puro.

De esta manera obtuvieron funciones de temperatura reducida, presión reducida y del factor

acéntrico para líquidos reales e hipotéticos:

0 0 0

0 1

ln ln lnL L L

i i if f fw

P P P (10)

Donde:

w Factor acéntrico


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72

El primer término en el lado derecho de la ecuación representa el coeficiente de fugacidad

de fluido simple. El segundo término es una corrección de las propiedades del fluido real a

partir de las del fluido simple.

La ecuación de Chao-Seader puede ser usada con todos los hidrocarburos (excepto

metano), con presiones superiores a 2000 psia pero que no excedan en 0.8 a la presión

crítica del sistema, con temperaturas de -100 ºF a 500 ºF y temperaturas pseudoreducidas

menores de 0.93 para sistemas en equilibrio líquido, y por último con concentraciones por

encima del 20% molar de gases disueltos en líquidos. No es aconsejable usar este método

con sustancias como N2, H2S, CO2, etc.

4. UNIWAALS

En el modelo UNIWAALS propuesto por Gupte y otros en 1986, la ecuación cúbica de

estado es combinada con el modelo de energía libre de Gibbs en exceso. Así, los mismos

parámetros del modelo de Gibbs basados en los datos del equilibrio líquido-vapor a bajas

presiones pueden ser extendidos para aplicarlos a altas presiones usando la ecuación cúbica

de estado. Este es un método muy valioso porque los parámetros de interacción de grupo

como los del método UNIFAC están disponibles para numerosos grupos. Las ecuaciones

para el método UNIWAALS son desarrolladas haciendo uso de las expresiones de energía

de Gibbs de la ecuación de van der Waals y del método UNIFAC a la presión y temperatura

del sistema. La igualdad de estas ecuaciones produce la siguiente regla de mezclado:

lnln

Ei i iEgi i i

i i i

x P v bfP v b x aa Pv

f fRTb RT RT RT f RTB RT

(11)

bf

v (12)

ii

i

bf

v (13)

Donde:

Ev Volumen en exceso

La regla de mezclado para el parámetro a/b contiene el volumen de la mezcla (v) y el

volumen del líquido puro (vi). El volumen del líquido puro es obtenido a las condiciones de

temperatura y presión dadas. El parámetro b para la mezcla es calculado usando la regla de

mezclado desarrollada por Redlich-Kwong y el modelo UNIFAC se usa para calcular la

relación gE/RT. También la ecuación de estado de van der Waals se resuelve

simultáneamente para encontrar el volumen de la mezcla (v) y a/RTb.

Este método cuenta con varias limitaciones:


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73

-Para el cálculo de ciertos parámetros es necesario el volumen de la mezcla y del

componente líquido puro, aunque la fase líquida no exista a las condiciones de temperatura

y presión dadas.

-Algunos parámetros son dependientes del volumen, y la presión y el volumen están

relacionados a través de una ecuación diferencial en lugar de una ecuación algebraica

convencional.

-La ecuación de estado UNIWAALS no es una ecuación de estado cúbica y su solución

analítica es imposible.

-Los coeficientes de fugacidad son difíciles de evaluar.

-La exactitud del modelo UNIWAALS no es mejor que la del modelo UNIFAC a bajas

temperaturas, además esta exactitud disminuye con la temperatura.

5. Van Laar

Esta es una correlación bastante antigua aunque sigue siendo usada con frecuencia. Puede

ser obtenida como una expansión alternativa de la energía de Gibbs en exceso, conocida

como la ecuación de Wohl’s, aunque originalmente no fue así como la derivó van Laar. La

expresión para el coeficiente de actividad es:

1 1 1 1, 1

1ln

2

N N N Nij

i i i ij i j jk i k

i j j k jij k

Z Z Z Z Z (14)

Donde:

ii

ij

j ji

xZ

x

(15)

Se recomienda su uso con componentes químicamente similares.

6. Wilson

La ecuación de Wilson fue la primera en incorporar el concepto de “composición local”. La

idea básica es que debido a la diferencia de fuerzas intermoleculares, la composición

alrededor de una molécula específica en solución será diferente de las del resto. La


1 1

1

ln 1 lnN N

k kii j ij N

j kj kj

j

x Ax A

x A

(16)

exp L

ijiij L

j

vA unidades en K

v T (17)


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74

exp L

ijiij L

j

vA unidades en kcal o kJ

v RT (18)

ij ijA

L

iv volumen molar líquido del componente i

ij representa la energía de interacción característica de las especies i y j.

En los parámetros de la ecuación de Wilson no hay una dependencia explicita de la

temperatura, por lo que esta puede ser usada en rango más amplio de temperatura que las

ecuaciones de Margules o van Laar.

Es útil en mezclas que contienen componentes polares o que se asocian en solventes no

polares y con líquidos completamente miscibles. Su única limitación es que no puede

predecir matemáticamente la separación de un líquido en dos fases parcialmente miscibles,

por lo tanto no puede usarse en problemas que impliquen equilibrio líquido-líquido.

7. Teoría de la Solución Regular

Hildebrand definió la solución regular como la teoría en la cual la entropía en exceso

desaparece cuando una solución se mezcla a temperatura y volumen constante. Este es el

caso de la mayoría de compuestos no polares, siempre y cuando las moléculas no difieran

mucho en tamaño.

De esta manera la energía de Gibbs en exceso es determinada por las fuerzas

intermoleculares atractivas. Scatchard y Hildebrand hicieron una aproximación que

relacionaba las interacciones en la mezcla con las de los líquidos puros, desarrollando una

simple teoría en la que los coeficientes de actividad son función del componente puro

solamente. La característica principal es el parámetro de solubilidad, que se relaciona con la

energía necesaria para vaporizar un componente líquido a un estado de gas ideal. La


2

ln L

i i i i i

j

RT v (19)

j j

i L

k k

k

x v

x v (20)

L

iv volumen molar líquido del componente i

i parámetro de solubilidad del componente i


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75

La teoría de la solución regular es útil en mezclas de componentes no polares, pero puede

no serlo en mezclas altamente no ideales, especialmente si contienen componentes polares

o fluorocarbonos.

8. Glycol - Glicol

El paquete de datos GLYCOL usa la ecuación de estado de Soave Redlich Kwong

modificada por Panagiotopoulos y Reid (SRKM) para calcular la fase de equilibrio en las

aplicaciones de deshidratación de glicol. Este sistema usa un grupo especial de datos de

interacción binaria de SRKM y parámetros alfa para sistemas que contienen glicol, agua y

otros componentes. Estos parámetros se obtienen por regresión de datos experimentales de

sistemas con glicoles.

Los rangos de presión y temperatura recomendados para el paquete GLYCOL son

superiores a 2000 psia y entre 80 y 400 °F, respectivamente.

Otras propiedades termodinámicas como la entalpía del líquido y el vapor, la entropía y la

densidad del vapor son calculadas usando la ecuación de estado de SRKM, mientras la

densidad del líquido se calcula usando el método API.

La tabla 1 muestra los componentes presentes en el banco de datos GLYCOL para los

cuales están disponibles los parámetros de interacción binaria.

Tabla 1. Componentes disponibles en el paquete GLYCOL

Componente Fórmula Hidrógeno H2

Nitrógeno N2

Oxígeno O2

Dióxido de carbono CO2

Sulfuro de hidrógeno H2S

Metano CH4

Etano C2H6

Propano C3H8

Isobutano C4H10

n-butano C4H10

Isopentano C5H12

Pentano C5H12

Hexano C6H14

Heptano C7H16

Ciclohexano C6H12

Metilciclohexano C7H14

Etilciclohexano C8H16

Benceno C6H6

Tolueno C7H8

o-xileno C8H10

m-xileno C8H10

p-xileno C8H10

Etilbenceno C8H10

Etilenglicol C2H6O2

Dietilenglicol C4H10O3

Trietilenglicol C6H14O4

Agua H2O


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76

9. PR-Huron-Vidal (PRH)

Este método es una modificación de las reglas de mezclado de Peng Robinson, y es

diseñado para mejorar la predicción del comportamiento de la fase vapor para mezclas

altamente no ideales. Huron y Vidal desarrollaron una relación entre las reglas de mezclado

y la energía libre de Gibbs en exceso tal que a una presión infinita la energía libre de Gibbs

pueda ser expresada por el coeficiente de actividad del líquido, del método NRTL.

Con una regresión de los datos experimentales se obtienen los parámetros para la expresión

NRTL modificada y una excelente representación del equilibrio líquido-vapor es posible

para muchos sistemas.

En PRO/II, el método PHR usa una correlación mejorada de alfa, desarrollada por SimSci.

Dicha correlación entrega una mejor predicción de la presión de vapor que la relación

original de PR, para un amplio rango de componentes.

Además, con los valores de K, la ecuación PRH puede usarse para predecir las entalpías,

entropías y densidades de la fase líquido y vapor. Para predecir la densidad de la fase

líquida este método no es muy acertado, por lo que el método API es seleccionado por

defecto cuando se escoge el sistema PRH.

10. Soave-Redlich-Kwong

La ecuación de estado Soave-Redlich-Kwong (SRK) es una modificación de la ecuación de

estado de Redlich-Kwong (que es basada sobre la ecuación de Van der Waals) y fue

publicada por Georgi Soave en 1972. Soave reemplazo el término, a/T0.5,

en la ecuación

de Redlich-Kwong con un término más general dependiente de la temperatura, a (T). Su

expresión modificada es como sigue:

P = RT / (V-b) - a (T) / V (V+b) (21)

Donde:

; (22)

bi = 0.08664 R Tci/Pci (23)

Tci, Pci =Temperatura y Presión criticas del componente puro.

(24)

ij

21

jii j

ji k1aaxxTa

ii

i bxb


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77

(25)

(26)

(27)

(28)

i Factor acentrico para el componente puro i.

ijk Constante de interacción binaria para los componentes i y j.

Introducir el término alfa era una tentativa de mejorar la predicción de la presión de vapor

para los componentes puros. El fórmula de combinación para el cálculo de a (T) con la

introducción del término kij fue pensado para mejorar la predicción de las características de

la mezcla.

Usar la formula de Soave para la predicción de las características de la mezcla implica dos

etapas. Primero, el factor acéntrico del componente, i para cada componente tal que la

presión de vapor del componente es pre-decido exactamente. En segundo lugar, el término

kij se determina a partir de datos experimentales para el sistema binario con los

componentes i y j.

Guía de Aplicación Todos los procesos con hidrocarburos ligeros tales como el proceso de gas natural y

extremos ligeros (ligth ends) procesados en plantas de refinería de gas. Para sistemas ricos

en hidrógeno la solubilidad del hidrógeno puede ser mejorada usando una formula diferente

alfa o con las reglas de mezclado avanzadas

El programa PRO/II contiene las correlaciones para los kij para sistemas de hidrocarburos

con N2, H2, O2, H2S, CO2, mercaptanos, y otros compuestos de sulfuro. Algunos kij también

se proporcionan para los rompimientos de los hidrocarburos tales como etano-etileno y

propano-propileno. El comportamiento de la fase del hidrógeno es aproximado por Soave-

Redlich-Kwong (SRK) por la modificación del factor acentrico. Otros métodos que

modifican la formula de alfa dan predicciones más exactas para el hidrógeno que la

formula original de SRK.

Además de K-valores, de la ecuación de SRK se puede usar para predecir las entalpías, las

entropías y las densidades para las fases del vapor y del líquido. La densidad de la fase

líquida predichas no son muy exactas y el método API es seleccionado por defecto cuando

el sistema SRK es elegido.

icii aa

ci

2

cici P

RT42747.0a

5.0

cii5.0 T1m1

2

iii 176.0574.1480.0m


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78

11. Ideal

Cuando el método ideal es seleccionado, los valores de las constantes de equilibrio son

calculados como sigue:

Donde:

(29)

Presión de vapor del componente i a la temperatura del sistema

P = Presión del sistema.

La densidad del vapor ideal se calcula de la ecuación de gas ideal y la densidad del líquido

ideal se obtiene de las correlaciones de densidad líquida de los componentes puros.

Las entalpías de los líquidos ideales se obtienen de correlaciones de entalpía liquida del

componente puro y los entalpías del vapor correspondientes son obtenidas por adición del

calor latente de vaporización conocido para el componente a la temperatura del sistema.

Guía de aplicación

Sistemas de componentes similares a bajas presiones y temperaturas.

El método termodinámico ideal

Los K-valores ideales son generalmente aplicables a sistemas que exhiben un

comportamiento cerca de la idealidad en la fase líquida. Las mezclas de fluidos similares a

menudo exhiben comportamiento casi ideal. En una solución ideal a temperatura y presión

constantes, la fugacidad de cada componente es proporcional a su fracción molar. Para cada

componente i, se establece la siguiente relación de equilibrio termodinámico fundamental,

dada a continuación:

V

i

L

i ff (30)

Donde:

El superíndice L se refiere a la fase liquida

El superíndice V se refiere a la fase de vapor

if = fugacidad del componente i

En la fase de vapor, la fugacidad es asumida igual a la presión parcial:

Pyf i

V

i (31)

Ppk ii

ip


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79

Donde:

iy Fracción molar de vapor

P = presión del sistema

En la fase liquida para un liquido “ideal" (ignorar los factores de corrección que

usualmente son pequeños):

sat

iiiL

i

L

i Pxpurefxf (32)

Donde:

ix = fracción molar del liquido

iLpuref = fugacidad del componente puro i

satiP = presion de vapor del componente i a la temperatura del sistema

Ley de Raoult's propone: sat

iii PxPy (33)

El valor de K ideal esta dado por:

PPxyKsat

iiii (34)

Observar que los valores de K no dependen de la composición sino de la temperatura

(debido a la dependencia de Pisat de T) y presión. La densidad del vapor ideal se obtiene de

la ley de gas ideal:

RTP (35)

Donde:

= densidad de vapor de la mezcla

La densidad del líquido ideal es obtenida de las correlaciones de la densidad del líquido

saturado del componente.

La entalpía del líquido ideal se obtienen de las correlaciones líquidas de la entalpía del

componente puro, y la entalpía correspondiente del vapor es obtenida agregando en el

efecto del calor latente de vaporización conocido del componente. La entropía ideal se

calcula de los datos de entalpía ideal usando la siguiente

ecuación:

TdTTHTdTcSPipii (36)

Donde:

iS = entropía ideal

pic = capacidad calorífica del componente ideal

iH = entalpía ideal


Medellín, 2007

80

Tref temperatura de referencia (1 grado Rankine)

T = temperatura de la mezcla

12. UNIQUAC

La ecuación UNIQUAC (universal cuasi-químico) fue desarrollada por Abrams y

Prausnitz basados en consideraciones mecánico-estadísticas y el modelo cuasi químico

lattice-based de Guggenheim. Sin embargo, la fracción del área superficial local se usa

como la variable de composición primaria en vez de la fracción del volumen. Cada

molécula es caracterizada por un parámetro del volumen y un parámetro del área

superficial.

La energía de exceso de Gibbs se divide en una parte de combinación y una parte residual.

La parte de combinación depende solamente de los tamaños y de las formas de las

moléculas individuales y no contiene parámetros binarios. La parte residual, que explica las

interacciones de la energía, tiene dos parámetros binarios ajustables

La expresión para el coeficiente actividad es:

R

i

C

ii lnlnln (37)

Donde:

C, R = son las contribuciones combinatorias y residual al coeficiente de actividad

liquida.

Dos parámetros binarios son usados en el cálculo de la parte residual del coeficiente de la

actividad. Los parámetros se pueden ampliar para incluir dependencia de la temperatura si

se desea.

El método termodinámico UNIQUAC

Las propiedades del componente puro que se requieren para la ecuación de UNIQUAC son

la presión de vapor, el área y el volumen de van der. Waals


Útil para componentes de mezclas de no electrólitos que contienen componentes polares o

no polares y para sistemas parcialmente miscibles.

La expresión para el coeficiente de la actividad es:

R

i

C

ii lnlnln (38)

M

1jjj

i

ii

i

ii

i

iC

i lxx

llnq2

z

xlnln (39)


Medellín, 2007

81

M

1jM

1kkjk

ijjM

1jjiji

R

i ln1qln (40)

Donde:

T

Uexp

ij

ij (Cuando la T tiene unidades de Kelvin) (41)

RT

Uexp

ij

ij (Cuando R tiene unidades de KCAL o KJ) (42)

TbaU ijijij (43)

M

1iii

iii

qx

qx (44)

1rqr2

zl jjjj (45)

M

1jjj

iii

rx

rx (46)

9

Wii

10*5.2

Aq (47)

17.15

Vr Wii (48)

10z (49)

Donde:

Awi = área de van der Waals de la molécula i

Vwi = volumen de van der Waals de la molécula i


Medellín, 2007

82

Dos parámetros, Uij y Uji, son requeridos para cada binario; pueden depender de la

temperatura o no. Si no hay ninguna dependencia de la temperatura para Uij, mejores

resultados sobre un rango de temperaturas son normalmente obtenidos usando el aij y

fijando el bij = 0.

13. UNIFAC

El método de UNIFAC (coeficiente funcional universal de la actividad) fue desarrollado

por Fredenslund, Jones y Prausnitz. Este método estima el coeficiente de actividad con el

concepto de contribución de grupo. Las interacciones entre dos compuestos químicos se

asumen para ser una función de las interacciones del grupo-grupo donde cada compuesto se

describe en términos de sus grupos funcionales.

El concepto de grupo funcional es una manera conveniente de representar millares de

compuestos químicos con un número razonable de grupos funcionales. Los datos de la

interacción grupo-grupo son obtenidos de la regresión de los datos experimentales para un

par de componentes binarios.

El método de UNIFAC se basa en el modelo de UNIQUAC que representa la energía de

exceso de Gibbs como combinación de dos efectos; el efecto combinatorio y el efecto

residual. El efecto combinatorio se calcula directamente de la expresión de UNIQUAC,

usando los parámetros del área y del volumen para los grupos estructurales individuales

El efecto residual se calcula con una expresión que relacione el coeficiente de actividad

residual con los parámetros de interacción binaria entre los grupos funcionales. Los

parámetros de interacción binaria se asumen constantes y no como función de la

temperatura.


Este método es muy útil cuando los datos del coeficiente de actividad no están disponibles

para un par componentes puesto que se predice cuando los datos de la interacción de grupo

están disponibles para los grupos que abarcan el par de componentes. Para su aplicación se

requiere de la presión de vapor del componente puro, el área y el volumen de Van der

Waals. Solo se puede usar hasta 10 atmósferas, para un rango de temperaturas entre 32-300

°F y para todos los componentes que estén por debajo de sus puntos críticos

Las ecuaciones usadas son:

R

i

C

ii lnlnln (50)

El término combinatorio,C

i , es calculado directamente de la ecuación de UNIQUAC (2)

usando el parámetro del área y del volumen de Van der Waals calculado de los grupos

estructurales individuales


Medellín, 2007

83

NOG

1jjj

i

ii

i

ii

i

iC

i lxx

llnq2

z

xlnln (51)

Donde:

NOG

1jjj

iii

rx

rx (52)

NOG

1ijj

iii

qx

qx (53)

1rqr2

zl iiii (54)

NOG

1kk

iki Rr (55)

NOG

1kk

iki Qq (56)

Donde:

NOG = numero de grupos diferentes en la mezcla.

z = numero de coordinación lattice = 10

ik = numero de grupos funcionales de tipo k en la molécula i

Rk = parámetro de volumen del grupo funcional k

Qk = parámetro de área del grupo funcional k

Xi = fracción molar del componente i en la fase liquida.

Los parámetros de área y volumen del grupo son obtenidos de la estructura molecular y

atómica.

17.15

VR Wk

k (57)

9

Wkk

10*5.2

AQ (58)


Medellín, 2007

84

Donde:

Vwk = volumen de Van der Waals del grupo k

Awk = área de Van der Waals del grupo k

El termino residual, Riln , esta dado por:

NOG

1k

ki

kRi lnlnln (59)

Donde:

k = coeficiente de actividad residual del grupo k en la mezcla.

ki

= coeficiente de actividad residual del grupo k en una solución

de referencia que contiene solamente moléculas del grupo tipo i.

El coeficiente de actividad residual esta dado por:

m

nnmn

m

mmkmkk ln1Qln (60)

Donde:

m, n = 1, 2 ... NOG

El parámetro mk esta dado por:

RT

aexp mk

mk (61)

Donde:

amk = parámetro de interacción binaria para los grupos m y k.

El parámetro de interacción de energía binaria amk se asume como una constante y no

como una función de la temperatura. Una gran cantidad de parámetros de interacción entre

los grupos estructurales, como también parámetros de tamaño y forma del grupo se han

incorporado en PRO/II.


Medellín, 2007

85

14. Margules

La ecuación de Margules es una de las más viejas expresiones empíricas para los

coeficientes de actividad liquida. Fue derivada a partir de una simple expansión polinomial,

con la forma propuesta por Redlich y Kister (1948) siendo la forma más popular. Cuando la

expansión se cruza después del término cuadrático, el resultado de la correlación de tres

parámetros se conoce como la ecuación de Margules four-suffix.

Así, para cada par binario en una mezcla hay tres parámetros que se combinan para

determinar los parámetros de la mezcla para la expansión de la ecuación. La expresión de

Margules no puede modelar dependencia de la temperatura, por lo tanto, esta ecuación no

se debe utilizar en las temperaturas substancialmente diferentes del rango en que los

parámetros son hallados.


Para su aplicación se requiere de la presión de vapor de los componentes puros

Las temperaturas deben ser iguales o próximas.

La expresión resultante para el coeficiente de actividad es:

(1) 2

iiiiiii

2

ii xD3xDAB2Ax1ln (62)

Donde:

N

1jiijii x1axA (63)

N

1jijiji x1axB (64)

N

1jiijji x1dxD (65)

jiij dd (66)

Así, para cada par binario ij en un sistema de varios componentes, los parámetros son aij,

aji, y dij. No se incluye ninguna dependencia de la temperatura en esta puesta en práctica;

uno debe por lo tanto ser cauteloso sobre usar esta ecuación en las temperaturas que

diferencian substancialmente del rango en que los parámetros fueron hallados.


Medellín, 2007

86

15. Grayson-Streed

Grayson y Streed modificaron la correlación de Chao-Seader en 1963 por datos de hallados

sobre un amplio rango de condiciones y por lo tanto se derivan diferentes constantes para

las ecuaciones dando los coeficientes de fugacidad de los líquidos puros. Los coeficientes

especiales para el hidrógeno y el metano se proveen porque las temperaturas de aplicación

típicas son lejanas de los puntos críticos de estos dos componentes. Las modificaciones de

Grayson y de Streed han extendido el rango de aplicación para sistemas con hidrocarburos

hasta 800 °F de y 3000 Psia. Los límites más bajos impuestos por Chao y Seader todavía se

aplican.


Refinery heavy ends columns such as crude, vacuum, FCC main fractionators and coker

columns (Columnas de extremos pesadas de la refinería tales como petróleo bruto, vacío,

fraccionadores principales FCC y columnas de coque). Puede también ser usado en la

mayoría de operaciones de la planta de gas en la refinería y en los procesos del hidrógeno

tales como transformación y hidro craqueo. Los límites generales son presiones menores de

3000 psia y temperaturas menores de 800 grados F, aunque el método generalmente

extrapola razonablemente bien con temperatura.


Medellín, 2007

87

APENDICE II – MÉTODOS Y ALGORITMOS PARA DESTILACIÓN

1. Método de Fenske: La volatilidad relativa entre los componentes i y j en cada plato de

una columna, es igual a la relación de los valores K en ese plato, es decir

N

j

N

iN

ijK

K

Para pequeñas variaciones en volatilidad a través de la columna, la volatilidad promedio,

puede definirse como el promedio geometrico de los valores de volatilidad para los

productos de cabeza y los productos de cola.

N

ijijij

1*

El número minimo de etapas teoricas se expresa como

*

,

,

,

,

minlog

log

ij

Bi

Bj

Dj

Di

x

x

x

x

N

donde los subindice B y D son referidos a los productos de cola y cabeza, respectivamente.

2. Método de Underwood: Los valores de las volatilidades relativas de los componentes de

la alimentación determinan cuales componentes son los componentes clave pesado (hk) y

clave liviano (lk). El componente clave ligero para una alimentación de concentraciones

equivalentes de los componentes es usualmente el componente mas volatil. Para una

alimentación algunos componentes se encuentran en pequeñas concentraciones, el

componente clave ligero es el componente mas volatil de los componentes con

concentraciones significantes. La volatilidad relativa de cada uno de los componentes se

espresa en terminos de la volatilidad del componente clave pesado.

hk

j

JK

K

donde J se refiere a cualquier componente, y hk se refiere al componente clave pesado.

Para los componentes mas ligeros que el componente pesado, 1J , y para componentes

mas pesados , 1J .

El método Underwood es usado para determinar la relación de reflujo que requiere un

número infinito de platos para separar los componentes claves. Para una columna con

infinito de platos, el destilado no incluye todos los componentes mas pesados que el

componente clave pesado. De igual forma, los productos de cola no incluye a todos los

componentes mas ligeros que el componente clave liviano o ligero. Los componentes cuyas


Medellín, 2007

88

volatilidades que están entre el clave pesado y el clave liviano serán seleccionados. En una

relación minima de reflujo

Fx

Dx

Fx

Dx

Fx

Dx

Fhk

Dhk

lk

Jlk

Flk

Dlk

lk

J

FJ

DJ

,

,

,

,

,

,

11

1

sí el valor de la ecuación anterior es menos que -0.01 o más grande que 1.01 para cualquier

componente J, entonces ese componente no se destribuira entre los productos de cola y de

cabeza. Para corroborar si los componentes claves fueron bien seleccionados, se puede

aplicar la ecuación anterior para aquellos componentes mas ligeros que el componente

clave ligero, y aquellos componentes mas pesados que el clave pesado. Sí el resultado no es

satisfactorio, seleccione unos nuevos componentes claves y repita el procedimiento.

Se puede notar que un valor exacto de reflujo mínimo (Rmin) no se necesita. Este valor es

unicamente necesario para proveer un valor estimado de la composición del producto, y

para determinar si la relación de reflujo especificado es razonable. En el método

Underwood se asume que la volatilidad relativa es constante a lo largo de la columna. La

primera ecuación a solucionar es:

N

J J

FJJ xq

1

,1

V

FG

H

HHq

donde q = condición térmica de la alimentación

GH = entalpía molar de alimentación como vapor saturado

FH = entalpía molar de la alimentación

VH = calor latente molar de vaporización

FJx , = fracción molar del componente J en la alimentación

= un valor entre las volatilidades de los componentes claves, lk1

La segunda ecuación para ser solucionada es: N

J J

DJJ xR

1

,

min

donde minmin / DLR = Relación de reflujo mínimo

DJx , = fracción molar del componente J en el destilado.


Medellín, 2007

89

El algoritmo para encontrar la relación de reflujo mínimo es

Paso 1: Determine q para la alimentación usando la ecuación V

FG

H

HHq

Paso 2: Considere una temperatura constante en la columna

Paso 3: Seleccione los componentes de clave ligero y pesado. Calcule las volatilidades

relativas.

Paso 4: Están bien seleccionados los componentes claves?

SI: Vaya a 6

NO: Vaya a 3

Paso 5: Determine la distribución de los componentes que están entre los componentes

claves

Paso 6: Use N

J J

FJJ xq

1

,1 para determinar los valores de .

Paso 7: Para los valores de , aplique N

J J

DJJ xR

1

,

min para cada componente.

Paso 8: Soluciones las ecuaciones simultaneamente para determinar 1minRD

Paso 9: Asuma la temperartura de las corrientes de productos.

Paso 10: Determine la temperatura promedio de la columna.

Paso 11: Es la temperatura promedio cercana a la considerada inicialmente?

SI: Vaya al paso 12

NO: Vaya al paso 2

Paso 12: Determine la relación mínimo de reflujo

3. Correlación de Gilliland: Esta correlación es usada por el programa PES-PRO II para

predecir las relación mínima de reflujo a reflujo actual y corresponde al número de platos

teoricos.

El punto de operación seleccionado por el usuario (expresado como la fracción mínima de

reflujo o fracción de platos mínimos) es seleccionado como el punto medio para una

secuencia de platos y reflujo. Basado en la relación de reflujo correspondiente, las

condiciones en el tope de la columna son calculadas y el requerimiento energetico del

condensador es determinado.

La carga del re-ebullidor es calculada a partir del balance de calor. Note que la selección

del condensador apropiado es fundamental para la precision del calculo de los

requerimientos energéticos. La selección del tipo de condensador no debe de afectar el

grado de separación de la columna.


Medellín, 2007

90

4. Método de Kirkbride: La localización del plato optimo de alimentación es obtenido por

medio de la ecuación de Kirkbride

2

,

,log206.0log

Dhk

Blk

lk

hk

x

x

x

x

D

B

p

m

y se debe tener encuenta que pm Número de etapas. Donde m es el número de etapas

teoricas por encima del plato de alimentación, y p es el número de etapas teoricas etapas

por debajo del plato de alimentación.

Curso Basico de PRO II-DYepes

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