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Procesos de Refinacin
Destilacin y Equipos deDestilacin
Cuaderno de Trabajo
Nombre: _____________________________
Fecha de Emisin: ________________________
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Procesos de Refinacin:
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La informacin contenida en este cuaderno de trabajo consta de datos, conceptos y principios que describen
procesos especficos. Esta informacin fue desarrollada por KBC Advanced Technologies plc (KBC). KBC
Advanced Technologies plc no asume responsabilidad alguna sobre cualquier uso de esta informacin que no sea la
de impartir informacin general acerca del tema especfico del curso.
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Contenidos
ndice de Grficos y Fotos 4
Objetivos del Mdulo 7
Introduccin al Mdulo 7
Leccin 1: Acerca de la Destilacin 9
Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin Compleja 29
Leccin 3: Partes Principales de los Equipos de Destilacin 67
Leccin 4: Operacin de los Equipos de Destilacin 79
Leccin 5: Equipos de Destilacin 91
Leccin 6: Equipo de Apoyo 115
Conclusin del Mdulo 133
Glosario 135
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ndice de Grficos y Fotos
Figura 1.1 Alambique de Destilacin Simple por Lotes .............................................................. 11
Figura 1.2 De qu manera la Destilacin Separa Dos Componentes ........................................... 13
Figura 1.3 Alambique de Destilacin Simple por Lotes .............................................................. 17
Figura 1.4 Equipo para Prueba de Destilacin en el Laboratorio ................................................. 19
Figura 1.5 Curva Tpica de Destilacin ........................................................................................ 20
Figura 1.6 Destilacin por Evaporacin Instantnea Continua .................................................... 24
Figura 2.1 Presin de vapor .......................................................................................................... 31
Figura 2.2 Presin de Vapor del Pentano/Hexano ........................................................................ 33
Figura 2.3 Evaporacin de Pentano y Hexano ............................................................................. 34
Figura 2.4 Evaporacin de la Mezcla de Pentano/Hexano ........................................................... 35
Figura 2.5 Incremento del Porcentaje del Pentano en la Mezcla de Pentano/Hexano ................. 36
Figura 2.6 Presin de las Mezclas y las Presiones Parciales ........................................................ 37
Figura 2.7 Tabla de la Presin Parcial .......................................................................................... 38
Figura 2.8 La Presin de Vapor Vara con la Temperatura .......................................................... 40
Figura 2.9 Relacin de La Presin de Vapor/Temperatura para el Agua ..................................... 40
Figura 2.10 Choque entre la Presin de Vapor y la Presin del Sistema ..................................... 41
Figura 2.11 Torre de Destilacin y Fraccionadora ....................................................................... 44
Figura 2.12 Destilaciones Mltiples del Destilado ....................................................................... 46
Figura 2.13 Alambiques Mltiples Instalados en una Columna ................................................... 47
Figura 2.14 Alambiques Incluidos Debajo de los Alambiques de Carga ..................................... 50
Figura 2.15 Sistema de Destilacin Binaria ................................................................................. 53
Figura 2.16 Torre de Fraccionamiento de Mltiples Extracciones .............................................. 57
Figura 2.17 Despojamiento con Vapor y el Efecto de la Presin Parcial ..................................... 59
Figura 2.18 Sistema de Destilacin al Vaco ................................................................................ 61
Figura 3.1 Esquema de una Representacin Grfica de los Platos de Vlvula de una Torre de
Destilacin ................................................................................................................... 70
Figura 3.2 Platos de Campana de Burbujeo ................................................................................. 71
Figura 3.3 Platos Perforados ......................................................................................................... 72
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ndice de Grficos y FotosCont inuacin
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Figura 3.4 Plato Tipo Anillo de Salida, Rejilla y Distribuidor ..................................................... 73
Figura 3.5 Columna Empacada de Destilacin ............................................................................ 75
Figura 5.1 Torres para Propsitos Diferentes (Izquierda: Torre Depropanizadora; Derecha:
Torre de Vaco) ............................................................................................................ 94
Figura 5.2 Equipo de un Sistema de Destilacin .......................................................................... 96
Figura 5.3 Torre Atmosfrica de Crudo ....................................................................................... 99
Figura 5.4 Recibidor del Domo .................................................................................................. 100
Figura 5.5 Plato tipo Anillo de Salida y la Malla de Roco ........................................................ 104
Figura 5.6 Despojadora con Vapor ............................................................................................. 106
Figura 5.7 Efecto del Vapor sobre la Presin Parcial ................................................................. 107
Figura 5.8 Destilacin por Evaporacin Instantnea .................................................................. 109
Figura 6.1 Plato Perforado .......................................................................................................... 117
Figura 6.2 Plato de Vlvula ........................................................................................................ 118
Figura 6.3 Plato de Campana de Burbujeo ................................................................................. 119
Figura 6.4 Plato de Chimenea .................................................................................................... 120
Figura 6.5 Flujo del Rehervidor de Trampa de Salida ............................................................... 124
Figura 6.6 Rehervidor de Termosifn ........................................................................................ 125
Figura 6.7 Recalentador de Agua ............................................................................................... 127
Figura 6.8 Rehervidor de Horno ................................................................................................. 128
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Procesos de Refinacin
Destilacin y Equipos de Destilacin
Objetivos del Mdulo
Al completar este mdulo, usted podr:
1. Describir la destilacin simple.
2. Describir la destilacin compleja y el fraccionamiento.
3. Describir los equipos de destilacin.
4. Identificar los equipos de destilacin en el campo.
5. Describir cmo se operan los equipos de destilacin.
Introduccin al Mdulo
Este mdulo describe los conceptos de destilacin y explica el funcionamiento de los equipos dedestilacin. Tambin describe e ilustra los varios tipos de equipos de destilacin, as como sus
partes internas. Este mdulo tambin explica cmo se operan los equipos de destilacin.
El capacitarse en este tema es de importancia, ya que es esencial tener un claro conocimiento de
la destilacin para as poder operar este equipo de manera segura y eficiente. En los procesos de
destilacin de hoy en da, las condiciones operativas estn cambiando constantemente y los
equipos estn casi siempre operando a su mxima capacidad. Usando los controles de la
consola, los operadores sern capaces de seguir los procesos lgicos de la computadora. Estos
factores hacen que los equipos de destilacin sean cada vez ms un mayor reto al momento de
operar. Los operadores de hoy en da estn en una definitiva desventaja si no entienden los
principios de destilacin.
En este mdulo, usted aprender sobre los conceptos de destilacin. Usted tambin aprender
sobre los tipos comunes de equipos de destilacin, sus partes internas y cmo funcionan.
Adems, aprender como operan los equipos de destilacin.
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Leccin 1
Acerca de la Destilacin
Objetivos de la Leccin
Al completar esta leccin, usted podr:
1. Describir la destilacin simple usando un alambique para la destilacin como ejemplo.
2. Describir el proceso de destilacin por lotes.
3. Describir las pruebas de destilacin en el laboratorio y los puntos de corte.
4. Describir la destilacin por evaporacin instantnea y continua.
Introduccin a la Leccin
Esta leccin presenta el concepto de la destilacin simple. Para ilustrar este concepto, tanto el
alambique simple de lotes y como la evaporacin instantnea continua con alambiques se usan
como ejemplos.
El capacitarse en esto es importante, ya que la destilacin es quizs el proceso que menos se
entiende y puede ser muy confuso para el operador principiante. Para ser competente al
momento de operar los equipos de destilacin es esencial entender los conceptos de la
destilacin simples.
En esta leccin, usted aprender que la destilacin simple no produce una separacin pura y
eficiente. Usted aprender el por qu es necesaria la destilacin compleja y el fraccionamiento.
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Destilacin Simple y el Alambique de Lotes
La destilacin es el proceso generalmente ms utilizado para separar las mezclas disueltas de los
lquidos. Los usos comunes de la destilacin son separar el crudo en sus productos, purificar los
productos qumicos y producir bebidas alcohlicas. El proceso de destilacin puede ser simple o
muy complejo. En esta seccin usted aprender sobre los conceptos elementales de la
destilacin, usando al alambique de destilacin simple como gua.
El Proceso de Destilacin La destilacin es un fenmeno de separacin fsico qumicode una mezcla de lquidos disueltos en sus componentes, a
travs de la ebullicin de dicha mezcla en un alambique. Laseparacin ocurre ya que los componentes ms livianos se
evaporan ms rpido que los componentes ms pesados. El
vapor producido contiene los componentes ms livianos y
por lo general se los recupera a travs de enfriamiento y
condensacin, para obtener un lquido. El producto lquido
remanente en el fondo contiene los componentes pesados, es
extrado y enfriado.
Para cualquier operacin de destilacin, al productoevaporado liviano se lo conoce como destilado. Al producto
lquido pesado remanente se lo conoce como residuo.
El Alambique deDestilacin Simple
La figura 1.1 ilustra un alambique de destilacin simple. La
mezcla a destilarse se hierve en el alambique. Este
recipiente es sostenido sobre el hogar del horno donde se
quema el combustible para producir el calor necesario para
la ebullicin. Para quemar el combustible de manera
eficiente, el hogar del horno se encuentra equipado con un
quemador de combustible, y una chimenea para el venteo delos gases de combustin y se genera el tiro. Los equipos
adicionales que se necesitan son una tubera de vapor, un
condensador tipo caja para condensar el vapor y un
recipiente recolector para recoger al destilado. El alambique
tambin se encuentra equipado con un termmetro para
monitorear la temperatura de destilacin.
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDest ilac in Simp le y el Alambiqu e por Lo tes
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Figura 1.1 Alambique de Destilacin Simple por Lotes
Los alambiques por lotes generalmente estn limitados a
destilar cantidades pequeas, o a preparar muestras de lamateria prima de la carga, para su anlisis y evaluacin.
Para el propsito de aprender sobre la destilacin, el
alambique por lotes nos sirve como un ejemplo fcil a seguir
en cuanto se refiere a los principios de este proceso.
El Proceso de Separacin La destilacin separa a los componentes de una mezclalquida segn su Temperatura del Punto de Ebullicin
(Boiling Point TemperatureBPT). La BPT por lo general
define la densidad relativa de un componente. Los
componentes con baja BPT casi siempre son ms livianos en
su densidad que aquellos con una BPT alta.
Cuando una mezcla hierve, cada componente en la mezcla
intenta evaporarse. Sin embargo, el componente con la BPT
ms baja se evapora ms rpidamente y de manera completa,
y los ms pesados se evaporan ms lentamente y de manera
menos completa. Por lo tanto, hay una separacin, a pesar
de que no es perfecta.
AlambiqueTermmetro
Carga
Combustible
Hogar
Chimenea
Tubera de Vapor
Entrada de Agua de
Enfriamiento
Condensador Tambor de
Depsito
Salida de
Agua de
Enfriamiento
Producto
Destilado
Producto del
Residuo
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NOTA
Es importante que entienda que la destilacin simplenunca realiza una separacin perfecta. Pero el vapor del
destilado proveniente de un alambique siempre ser ms
rico en componentes livianos, que el residuo. Adems, el
residuo siempre contiene un porcentaje ms grande de
componentes pesados, en comparacin el vapor.
La Composicin del Producto Durante la DestilacinSimpleLa composicin del producto cambia constantemente
durante la destilacin simple. El porcentaje de los
componentes livianos en cualquier vapor del destilado
depende del porcentaje de estos componentes remanentes en
el residuo en ebullicin. Cuando el porcentaje de los
componentes livianos es alto en el residuo, tendrn ms
libertad de escapar y arrastrarn una menor cantidad de
componentes pesados. Cuando la cantidad de los
componentes livianos es baja en el residuo se quedan
atrapados en los componentes pesados y es ms difcil que
puedan desprenderse en forma de vapor.
Al comienzo de la destilacin por lotes, los componentes
livianos se desprenden rpidamente. A medida que la
destilacin sigue, el porcentaje de componentes ms livianos
en el residuo disminuyen. Esto afecta al vapor. Ms
componentes pesados ingresan al vapor, ya que ahora estn
ms concentrados en el lquido en ebullicin. El resultado
neto es que mientras avanza la destilacin, el destilado se
vuelve progresivamente ms contaminado con los
componentes pesados, y el residuo disminuye el
desprendimiento de componentes livianos.
Separacin BinariaLa figura 1.2 ilustra la separacin binaria con un alambique
por lotes. La mezcla de la carga en el alambique contiene
dos componentes en proporciones iguales. Uno de ellos es
un componente liviano, con una BPT menor. El otro
componente es ms pesado, con una BPT ms alta.
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDest ilac in Simp le y el Alambiqu e por Lo tes
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Figura 1.2 De qu manera la Destilacin Separa Dos Componentes
Cuando la mezcla de la carga comienza a hervir, ambos
componentes se evaporan. El vapor destilado se condensa y
gotea en un recipiente. Un anlisis de la primera gota, nos
muestra que los componentes son 75% livianos y un 25%
pesados.
Esto se convierte en algo evidente a medida que progresa la
destilacin, el hecho de que la separacin se est
deteriorando. La tabla para la composicin de residuos en la
Figura 1.2 nos muestra lo que est ocurriendo. Al principio,
el componente liviano sale del alambique de una manera
bastante rpida, pero hay una desaceleracin gradual y
continua. Eventualmente, cuando 80% de la mezcla de la
carga est evaporada, an queda 5% del componente liviano
atrapado en el residuo.
Combustible
Gases deChimenea
0
25
50
75
100
012.52537.550
PorcentajeDestilado
% De Componentes Livianos en el
Residuo
0
25
50
75
100
25 31.25 43.75 50
PorcentajeDestilado
% De Componentes Pesados en
el Destilado
37.5
Alambique
Recibidor del
Domo
Condensador
CWR CWS
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDest ilac in Simp le y el Alambiqu e por Lo tes
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La curva de destilado de la Figura 1.2 muestra un peor
escenario. La primera gota muestra la mejor pureza posible
del destilado. Contiene 75% del componente liviano y un
25% del componente pesado. A medida que la destilacin
contina, el componente pesado se evapora cada vez ms.
Para cuando el 50% est destilado, el vapor del destilado
contiene el 33% del componente pesado. Esta es una
disminucin terrible en la pureza del destilado.
Eficiencia de la Destilacin por lotes en Comparacin conla Destilacin Continua
La destilacin por lotes es ineficiente. Obviamente tiene quehaber una mejor manera de producir eficientemente mejores
productos, a travs de la destilacin. En la Leccin 2, usted
ver como la destilacin compleja resuelve este problema.
La destilacin simple por lotes es altamente ineficiente, pero
de otras maneras. Fjese que slo se puede manejar
cantidades pequeas de carga a la vez, y el alambique deber
ser enfriado entre cada lote. Se utiliza la destilacin
continua ms a menudo, debido a que generalmente ahorra el
tiempo y energa calrica.
Los dos conceptos, tanto el de la destilacin continua como
el de la destilacin compleja sern explorados a medida que
usted progresa en este mdulo.
Temperatura del Punto de EbullicinLas temperaturas del punto de ebullicin pueden usarse
efectivamente para indicar la composicin del residuo. Esto
se debe a que la BPT de una mezcla es la BPT del pesopromedio de todos sus componentes.
La BPT de cualquier mezcla depende de tres factores:
Las BPTs de cada componente individual
La presin ejercida sobre la mezcla de la ebullicin
La proporcin de cada componente en la mezcla
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDest ilac in Simp le y el Alambiqu e por Lo tes
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La BPT de cada componente es conocida y es una constante.
La presin en el alambique est controlada a un valor
constante. Por ende, con los dos primeros factores
constantes, la BPT de cualquier mezcla de ebullicin
depende de su composicin.
Ya que la BPT depende de ms de un factor, por lo general
no es un mtodo preciso para indicar la composicin del
producto. La BPT no puede predecir de manera precisa la
composicin del producto cuando:
La carga contiene componentes desconocidos
La carga tiene un nmero mltiple de componentes en
proporciones variables
Sin embargo, la BPT es un indicador muy preciso de la
composicin del producto cuando se conoce cul es la
composicin exacta de la carga.
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El Proceso de Destilacin por Lotes
La siguiente explicacin simplificada describe una operacin del alambique por lotes. Use la
Figura 1.3 para seguir esta descripcin. Se entiende que todos los pasos del cumplimiento de la
seguridad se han completado antes de cargar cualquier materia prima. Las consideraciones de
seguridad sern detalladas en la Leccin 4.
Operacin del Alambiquepor Lotes
Para comenzar la operacin, se carga un alto nivel de materia
prima al alambique. El flujo del agua de enfriamiento
arranca a travs del condensador y se prende fuego en el
hogar. A medida que la mezcla hierve, los vaporesdestilados pasan del alambique hacia el condensador. Aqu,
los vapores se condensan en lquido y un recipiente recoge el
producto destilado.
El producto liviano contina evaporndose desde la mezcla
hasta que el residuo alcance la composicin deseada. Esta
composicin se indica cuando la lectura del termmetro
asciende a la BPT apropiada. En este momento, el fuego
bajo del alambique se extingue y se deja enfriar elalambique. Los productos del alambique y del recipiente se
drenan, y se carga un nuevo lote para comenzar otro ciclo.
Purificacin de losProductos a Travs de laDestilacin por Lotes
Los productos derivados de la destilacin simple por lotes
son bastante impuros. El producto destilado contiene
cantidades importantes de residuo pesado y el residuo est
entremezclado con el producto liviano.
Es posible purificar ambos productos, tanto el residuo como
tambin el destilado, a travs de la destilacin por lotes.Pero resulta muy caro hacerlo as, ya que es necesario volver
destilar los productos.
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinEl Proceso de Dest i lac in por L otes
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Figura 1.3 Alambique de Destilacin Simple por Lotes
Purificacin del ResiduoEl producto del residuo puede ser liberado de la mayora de
los contaminantes del destilado, si contina con la
destilacin. Use el ejemplo de la destilacin que se acab de
ilustrar, con una carga de lotes la cual contiene un 50% del
destilado/50% de residuo.
Si se dio a lugar una separacin perfecta, al vaporizar el 50%
del lote, slo debera quedar el componente pesado como
residuo. Todo el componente liviano deber estar en el
producto destilado.
La separacin, obviamente no es perfecta. Para liberar al
residuo de su contaminacin ligera, ms del 50%
(aproximadamente 80%) del lotes debe hervirse. Al hacer
esto, se produce un destilado que est severamente
contaminado con residuo pesado. Para ahorrar materia
prima, el producto del destilado se mezcla con la carga y se
lo vuelve a destilar.
AlambiqueTermmetro
Carga
Combustible
Hogar
Chimenea
Tubera de Vapor
Entrada de Agua de
Enfriamiento
Condensador Tambor del
Depsito
Salida de
Agua de
Enfriamiento
Producto
Destilado
Producto del
Residuo
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Purificando el DestiladoEl producto destilado puede separarse de la contaminacin
de residuo por re destilacin. Recuerde que el vapor
destilado siempre contiene un porcentaje ms alto del
componente liviano, en comparacin al residuo que genera.
Si el producto del destilado proveniente del 80% del lote
mencionado en el prrafo previo se destila otra vez, y
nuevamente el 80% se hierve, los vapores de alguna manera
se purificaran. Al repetir este procedimiento varias veces se
puede obtener un producto destilado aceptablemente puro.
El residuo de cada destilacin sucesiva se contamina deforma incrementada con los componentes del destilado.
Todos estos residuos se mezclan con la carga y se vuelven a
destilar.
Algunos pasos son necesarios para purificar el producto,
usando destilaciones repetidas por lote, consumen mucho
tiempo y resultan costosos en cuanto al uso de energa. Sin
embargo, estos principios se usan de una manera ms
eficiente en la destilacin compleja y en el fraccionamiento.
El entender estos principios ahora aumentar enormementesu comprensin cuando haya completado la Leccin 2 y 3.
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Destilacin en Laboratorio
La destilacin simple por lotes se la usa frecuentemente para las pruebas y evaluaciones de la
carga y tambin para analizar los productos como parte del control de calidad. A diferencia de la
destilacin en planta, el objetivo de la destilacin del laboratorio es el de generar datos.
Prueba de la Destilacinpor Lotes
Para realizar esta prueba, la muestra se destila hasta que no
quede residuo en el alambique. Durante la destilacin, se
dibujan puntos seleccionados en un grfico, graficando el
porcentaje vs. la BPT para cada punto. De ah se conectan
los puntos en una curva continua.
La figura 1.4 ilustra un equipo tpico de destilacin en
laboratorio, y la Figura 1.5 es una curva tpica de destilacin.
Figura 1.4 Equipo para Prueba de Destilacin en el Laboratorio
Muestra
Matraz de
Destilacin
Termmetro
Condensador
Agua Helada
Cubierta
Probeta
Graduada de
100ml
Destilado
Dispositivo deCalentamiento
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Figura 1.5 Curva Tpica de Destilacin
En una curva de destilacin, usualmente se notan estos
puntos primordiales:
Temperatura de punto de ebullicin inicial
10% de la temperatura de punto de ebullicin
50% de la temperatura de punto de ebullicin
90% de la temperatura de punto de ebullicin
Temperatura final de punto de ebullicin
La temperatura del Punto de ebullicin Inicial (Initial
Boiling PointIBP) se registra en el momento en el que la
primera gota entra al recipiente.
Cada una de las BPTs del 10%, 50%, y 90% se registran
cuando estas cantidades de la muestra se destilan en el
recipiente.
% Destilado
Temperatura,
F
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin en Laboratorio
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La temperatura del Punto Final de Ebullicin (Final Boiling
PointFBP) se registra cuando la ltima gota de residuo
sale el matraz de destilacin.
Estos puntos son de especial inters debido a que:
El IBP indica si hay algn contaminante liviano en la
muestra.
El 10% del BPT marca la cantidad relativa de los
componentes livianos en la muestra.
El 50% del BPT indica la BPT promedio para la muestra.
El 90% del BPT marca la cantidad relativa de los
componentes pesados en la muestra.
El FBP indica s es que hay algn contaminante pesado
en la muestra.
Se pueden elegir otros puntos importantes en una curva de
destilacin, dependiendo de la muestra y de la informacin
deseada. Por ejemplo en una prueba de evaluacin del crudo
se observa que otras temperaturas primordiales determinan el
porcentaje de cada producto en la muestra.
Puntos de Corte El grfico de destilacin mostrado en la Figura 1.5, ilustraotro punto importante para todas las operaciones de
destilacin. Para cualquier punto en el grfico que muestre
el porcentaje destilado, deber haber una temperatura
definida de punto de ebullicin. Y como se explic
previamente, la temperatura de punto de ebullicin define
tanto las composiciones del residuo como tambin las del
destilado.
Si una destilacin se para (interrumpe) a cierta temperatura
de ebullicin, esta interrupcin define las composiciones del
residuo sobrante en el alambique, y del destilado en el
recipiente. Igual de importante resulta el hecho de que el
punto de corte define el volumen que se va a obtener de cada
producto.
El uso comn ha simplificado el trmino punto de
separacin y ahora se lo conoce como punto de corte.
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin en Laboratorio
Procesos de Refinacin:
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Para producir residuos y productos de destilado de una
composicin definida se deber definir el punto de corte. Un
punto de corte puede determinarse ya sea como el porcentaje
destilado, o como la temperatura de punto de ebullicin.
Ambos mtodos son comnmente usados. Adems, por lo
general se usa al uno como una verificacin del otro.
Cuando la temperatura de punto de ebullicin se usa para
definir la composicin de un producto, se conoce
comnmente como temperatura del punto de corte.
NOTAEl entender los puntos de corte es esencial para operar al
equipo de destilacin. Para cualquier carga de la
destilacin, la composicin de un producto no puede
alterarse sin cambiar el punto de corte. Este cambio
alterar dos cosas: (1) la temperatura de punto de
ebullicin del producto, y (2) el porcentaje de la carga que
se destila.
Evaluaciones en elLaboratorio
Los laboratorios de planta evalan la nueva carga cuando nose conocen sus propiedades. Un ejemplo de esto es el crudo
proveniente de un nuevo campo petrolero. Si el crudo no es
el apropiado para el tipo de procesos en la refinera, las
operaciones pueden afectarse significativamente. O un
intento en procesar el crudo puede resultar en un desastre
financiero.
Una evaluacin comienza con una destilacin por lotes en el
laboratorio, la cual sirve para determinar los porcentajes de
cada producto en el crudo. Esto se calcula fcilmente con
una curva de destilacin. Despus, se envan varios barriles
de muestra a una planta piloto en el laboratorio, en donde se
lleva a cabo la destilacin compleja, para as obtener
importantes cantidades de las muestras de producto.
Por ltimo, las muestras de producto son devueltas al
laboratorio para un anlisis detallado de cada una de ellas.
Esto incluye una destilacin simple por lotes para que se
pueda obtener la curva de destilacin para cada producto.
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin en Laboratorio
Procesos de Refinacin:
KBC Advanced Technologies, Inc. 23 de 137 Destilacin y Equipos de Destilacin
La destilacin es una herramienta valiosa para examinar
muestras, as como tambin sirve de medio para separar
productos en un proceso. Esto es debido a que la BPT es un
buen indicador tanto de la cantidad como de la calidad de los
componentes en una mezcla de lquidos.
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Procesos de Refinacin:
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Destilacin por Evaporacin Instantnea Continua
La destilacin por evaporacin instantnea continua resuelve algunos de los problemas
inherentes a la destilacin por lotes. La caracterstica continua, sin la interrupcin y reinicio del
proceso de la destilacin por lotes, conserva energa calrica y ahorra tiempo. Sin embargo, la
destilacin por evaporacin instantnea continua retiene todas las fallas de la destilacin por
lotes, en cuanto a una separacin pobre de los productos. De hecho, hay poca diferencia en la
manera en la que dos procesos realizan una separacin.
Destilacin por
Evaporacin InstantneaContinua
La destilacin por evaporacin instantnea continua es un
proceso que bombea una carga continuamente a travs de unintercambiador de calor, hasta que est parcialmente
vaporizada. La mezcla calentada luego ingresa a un tambor
de evaporacin instantnea, el cual a veces se conoce como
un recipiente abierto, en donde los vapores son liberados del
lquido no evaporado. Este proceso de desacoplamiento es
conocido como evaporacin instantnea. La figura 1.6 nos
ilustra el proceso de destilacin por evaporacin instantnea
Figura 1.6 Destilacin por Evaporacin Instantnea Continua
Flujo de Carga
Continua
Calentador
Medio de
Calentamiento
Continuo
Vapor
Lquido
Lquido No-
Vaporizado del
Residuo
Cmara de
Evaporacin
Vapor del Destilado
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin p or Evaporac in Instantnea Con tinua
Procesos de Refinacin:
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La mezcla de la carga se calienta ya sea mediante un
intercambiador de calor, un horno, o un proceso previo.
Luego del calentamiento, ingresa por un lado del tambor de
la evaporacin instantnea. En la parte superior del tambor
de la evaporacin instantnea hay una salida para los vapores
del destilado. El residuo lquido sale del tambor por el
fondo.
Antes de ingresar al tambor de evaporacin instantnea, se
pone al flujo de carga en tuberas o en otro espacio
restringido. En este lugar, el vapor y el lquido permanecen
mezclados. El vapor y el lquido no pueden separarse hastaque la carga caliente llegue al tambor abierto de evaporacin
instantnea.
NOTATodos los conceptos y reglas para la destilacin simple
siempre se cumplen cuando el flujo continuo de la carga
se calienta. A medida que la evaporacin aumenta, los
componentes ms livianos dominan la composicin del
vapor. La temperatura de la carga en cualquier punto en
el calentador siempre es la BPT del lquido no evaporado.
Destilacin porEvaporacin InstantneaComparada con laDestilacin por Lotes
Otra manera de mirar a la destilacin por evaporacin
instantnea consiste en compararla con la destilacin por
lotes. Durante la destilacin por lotes, se contina con la
evaporacin hasta que se alcanza el punto de corte y de ah
se apaga al fuego. Ahora hay un producto, tanto del
destilado como del residuo, cada uno con una composicin
definida por el punto de corte.
En la destilacin por evaporacin instantnea continua, la
temperatura de la mezcla de carga se convierte en la
temperatura del punto de corte, justo antes de ingresar al
recipiente de la evaporacin instantnea. Esa temperatura
hace que la evaporacin instantnea produzca tanto un
producto del destilado, como tambin un producto del
residuo de una composicin determinada.
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Leccin 1: Acerca de la DestilacinDesti lacin p or Evaporac in Instantnea Con tinua
Procesos de Refinacin:
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NOTA
La temperatura de la evaporacin instantnea siempredetermina la composicin de ambos productos, tanto los
del destilado, como los del residuo. En relacin a esto, se
puede comparar la temperatura del punto de corte de la
destilacin por lotes.
A diferencia de la destilacin por lotes, la destilacin
continua ahorra energa. Ya que la carga fluye
continuamente y los productos son extrados tambin
continuamente, la destilacin continua hace que el
intercambio de calor entre los productos y la carga sea
posible. Cuando el calor se transfiere de los productos
calientes a la carga fra, esta transferencia de calor reduce
enormemente los costos de calentamiento del calentador.
Esta es una razn por la cual casi todos los procesos de
destilacin son continuos en las plantas modernas de
procesamiento.
Usos Comunes para la
Destilacin porEvaporacin Instantnea
La destilacin por evaporacin continua es un primer paso
en comn para los procesos de destilacin. Los usoscomunes son:
Como el primer paso del proceso de destilacin compleja
(ser analizado en una leccin posterior)
Para recuperar a los vapores no condensados del
recipiente del destilado de un sistema de destilacin.
Para recuperar a los gases livianos de un sistema de
absorcin de gas.
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Ejercicios de Aplicacin
Instrucciones: Complete el siguiente ejercicio usando su cuaderno de trabajo comoreferencia.
1. Describa la destilacin simple, usando un alambique por lotes como ejemplo.
2. Describa al proceso de destilacin por lotes.
3. Describa la prueba de destilacin en laboratorio y los puntos de corte.
4. Describa a la destilacin por evaporacin instantnea continua.
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Resumen de la Leccin
En esta leccin, usted aprendi sobre algunos conceptos bsicos introductorios acerca de la
destilacin. Siguiendo las acciones de un alambique simple por lotes, usted aprendi que la
destilacin simple no produce una separacin pura. Tambin aprendi que si se opera de manera
continua a la destilacin de evaporacin instantnea, obedece todas las reglas de la destilacin
simple. Adems, aprendi a travs del ejemplo de la destilacin en laboratorio, que la
temperatura de punto de ebullicin puede usarse para controlar la separacin por medio del
punto de corte.
En la siguiente leccin, usted aprender por qu estos conceptos de destilacin funcionan de lamanera en que lo hacen. Tambin aprender acerca de la destilacin compleja y sobre algunas
maneras en las que se la utiliza en una planta de procesamiento.
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Leccin 2
Cmo Funciona la Destilacin Compleja
Objetivos de la Leccin
Al completar esta leccin, usted podr:
1. Describir a la presin de vapor y la presin parcial.
2. Describir a la ebullicin y la temperatura de punto de ebullicin.
3. Describir a la destilacin compleja y las torres de destilacin.
4. Describir a un sistema binario de destilacin y las funciones de su equipo.
5. Describir a otros sistemas comunes de destilacin.
6. Identificar a los sistemas comunes de destilacin en el campo, incluyendo al sistema de
destilacin binaria.
Introduccin a la Leccin
En la ltima leccin se le indicaron ciertos conceptos bsicos de la destilacin simple. En esta
leccin, la destilacin es descrita en mayor detalle y tambin se describe la destilacin compleja.
Los tipos comunes de torres de destilacin que destacan su proceso sern explicados.
El capacitarse en este tema es importante, ya que es necesario que usted entienda los principios
de destilacin requeridos para operar al equipo de destilacin de manera segura y eficiente. Esto
es an ms importante cuando su proceso se controla a travs de la computadora, mediante un
sistema avanzado de control.
En esta leccin, usted aprender ms sobre los conceptos de destilacin. Usted tambin
aprender cmo funciona la destilacin compleja para resolver los problemas y las deficiencias
de la destilacin simple. Adems, aprender cmo funcionan las operaciones principales de
destilacin.
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Presin de Vapor y Presin Parcial
La destilacin sigue reglas precisas de la naturaleza. La presin de vapor y la presin parcial se
describen en esta seccin. Este ser la primera de una base de dos partes para dominar los
principios de la destilacin compleja. Se describir la ebullicin en la siguiente leccin.
Descripcin de laEvaporacin
Se puede interpretar que la evaporacin es como una
destilacin lenta. Cuando los lquidos evaporan estn por
debajo de su BPT. El vapor slo se forma en la superficie
del lquido. La evaporacin cumple todas las reglas
establecidas de la separacin por destilacin.
La evaporacin y la ebullicin difieren ligeramente, ya que
la ebullicin es evaporacin rpida. Durante la ebullicin, el
vapor se forma como burbujas por debajo de la superficie del
lquido, as como el vapor en la parte superior del lquido.
La ebullicin siempre se la define mediante la BPT.
Vaporizacin Los lquidos se vaporizan debido a que las molculas del
lquido chocan violentamente entre ellas y algunas seexpulsan a la atmsfera. En este punto, el lquido cambia a
gas.
Las molculas chocan debido a la presencia de la energa
calrica. Cuando se agrega el calor a un fluido (lquido o
gas), esta energa hace que las molculas se muevan. Al
agregar ms calor, las molculas se mueven ms rpida y
violentamente. Si se retirara toda la energa calrica, las
molculas del fluido se quedaran perfectamente inmviles.
Presin de vapor La energa calrica es una fuerza poderosa dentro del lquidoque facilita la evaporacin. La presin de vapor es una
manera de medir a esta fuerza. Use la Figura 2.1, la cual le
ayudar a seguir los eventos que suceden.
Una cantidad pequea del lquido queda retenida en una
bomba de presin de vapor, tal como est ilustrado en la
Figura 2.1, y se calienta. Se estabiliza la temperatura a un
valor predeterminado y se monitorea la presin.
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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Figura 2.1 Presin de vapor
Primero, la presin se eleva, de ah se nivela y luego
permanece constante. La razn por la cual la presin se
nivela se explica a continuacin:
La vaporizacin hace que la presin en forma de gas se
acumule en el espacio sobre el lquido. Es evidente que
el lquido no dej de vaporizarse. Esto se debe a que el
calor an est presente y la fuerza de la vaporizacin
sigue trabajando dentro del lquido.
La presin que aumenta obliga a algunas de las
molculas del vapor a regresar hacia el lquido.
Entonces una cierta cantidad del vapor est
condensndose, debido a la presin.
Energa
Calrica
Bomba de
Presin de Vapor
Termmetro
Presin Manomtrica
Vapor
Lquido
Molc
ulas
en
Vap
oriz
aci
nMolculas
Cond
ensa
das
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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A una temperatura constante, la presin se vuelve
tambin constante, ya que se ha llegado a un equilibrio.
Al condensar a las molculas de vapor se equilibran de
manera exacta las molculas de evaporacin del lquido.
La lectura de la presin permanece igual, mientras la
temperatura no cambie.
Pero, si la temperatura se eleva a un nuevo punto, la
evaporacin se incrementar y la presin se elevar hasta
que se alcance un nuevo equilibrio. Sucede al revs, si la
temperatura disminuye. La presin cae hasta un nuevo valor
constante cuando se restaura el equilibrio.
NOTALa presin de vapor indica la capacidad que tiene un
lquido para evaporarse. Todos los lquidos ejercen una
presin de vapor. Aquellos con una baja BPT ejercen una
presin alta del vapor y se evaporan rpidamente. Los
lquidos con una BPT alta ejercen una presin de vapor
baja y son lentos en vaporizarse.
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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Evaporacin delPentano/Hexano
Presin de Vapor del Pentano/HexanoEl pentano y el hexano son dos hidrocarburos lquidos
comunes. El pentano es ms liviano y ms voltil que el
hexano. Cuando cada uno de estos se sella en bombas de
presin separadas, a la misma temperatura, el pentano tiene
tres veces ms presin de vapor que el hexano, ver
Figura 2.2.
Figura 2.2 Presin de Vapor del Pentano/Hexano
Presin
Manomtricas
Recipientes
Sellados
18-psig 6-psig
Pentano Hexano
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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Pentano y Hexano en Recipientes Separados y AbiertosPara la siguiente demostracin, deje que cantidades iguales
de hexano y pentano se evaporen a la misma temperatura en
recipientes abiertos, as como se muestra en la Figura 2.3. El
pentano se evaporar tres veces ms que el hexano.
Figura 2.3 Evaporacin de Pentano y Hexano
1000F
1000F
Pentano Hexano
Pentano Hexano
Recin llenado
Una hora despus
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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Evaporacin de la Mezcla de Pentano/HexanoEn la Figura 2.4, una mezcla de pentano y hexano muestra
los mismos resultados. Cuando se mezclan partes iguales de
pentano y hexano, el pentano de igual manera se vaporiza
tres veces ms rpido que el hexano. El vapor de la mezcla
contiene tres veces ms pentano que hexano.
Figura 2.4 Evaporacin de la Mezcla de Pentano/Hexano
NOTALa presin de vapor compara la capacidad de los lquidos
para vaporizarse de una manera precisa. El saber sobre las
presiones del vapor de cada componente es uno de los
indicadores de cmo se separan durante la destilacin.
Vapor:
3 Partes Pentano
1 Parte Hexano
(75%-25%)
50% Pentano
50% Hexano
Dispositivo de
Calentamiento
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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El Efecto de Cambiar la Proporcin de CadaComponenteAnalice la Figura 2.5. Muestra una mezcla de las partes
iguales de pentano y hexano (1 a 1), que se estn destilando.
La mezcla se destila para producir un vapor que contiene
75% de pentano/25% de hexano (3 a 1). En el alambique
adyacente, la proporcin del pentano se aumenta a un 75%.
Esta mezcla produce un vapor que tiene un 90% de pentano.
Figura 2.5 Incremento del Porcentaje del Pentano en la Mezcla de Pentano/Hexano
Vapor:
3 Partes Pentano
1 Parte Hexano
(75%-25%)
50% Pentano
50% Hexano
Vapor:
9 Partes Pentano
1 Parte Hexano
(90%-10%)
75% Pentano
25% Hexano
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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Al comparar las presiones del vapor de estas dos mezclas, el
pentano adicional ha creado una diferencia importante. La
figura 2.6 muestra que la presin de vapor se ha
incrementado de 12 psig a 15 psig, en el momento en el que
la proporcin del pentano se cambi del 50% al 75%.
Evidentemente, la influencia del componente ms liviano,
pentano, ha incrementado.
Figura 2.6 Presin de las Mezclas y las Presiones Parciales
La influencia que cualquier componente tiene en vaporizarse
de una mezcla depende de dos cosas:
Su presin de vapor en estado puro
Su proporcin en la mezcla
Presin Parcial La presin parcial indica de manera precisa, la capacidad decualquier componente para vaporizarse de una mezcla.
Toma en cuenta tanto la presin de vapor del componente,
como tambin su proporcin en la mezcla.
Definicin de la Presin ParcialLa presin parcial se calcula a travs de la multiplicacin de
la presin de vapor del componente por su porcentaje en la
mezcla. Cuando la presin parcial de un componente es alta,
en comparacin con los otros componentes, el vapor
destilado ser rico en ese componente.
12-psig 15-psig
50% Pentano
50% Hexano
75% Pentano
25% Hexano
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaPresin de Vapor y Presin Parcial
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Cuando todas las presiones parciales se suman juntas para
una mezcla, la suma ser igual a la presin total de vapor de
la mezcla. La figura 2.7 es una tabla que muestra estas dos
caractersticas
Presin de Pentano Puro = 18
psi
Presin de Hexano Puro = 6 psi
50 % Pentano
50% Hexano
75 % Pentano
25% Hexano
Presin Parcial de Pentano 9 psi o 75% 13.5 psi o 90%
Presin Parcial de Hexano 3 psi o 25% 1.5 psi o 10%
Presin Total del Vapor 12 psi o 100% 15.0 psi o 100%
Figura 2.7 Tabla de la Presin Parcial
NOTALa proporcin de las presiones parciales en la mezcla es la
misma que corresponde a los componentes en el vapor.
Cada componente de una mezcla suministra su proporcin
de la presin total del vapor. Esta proporcin se la conoce
como la presin parcial.
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Ebullicin y Temperatura del Punto de Ebullicin
Se realiza la destilacin exclusivamente mediante la ebullicin. La ebullicin es la manera ms
rpida de vaporizacin y cumple todas las reglas de separacin exhibidas por la evaporacin.
Existe una ventaja distintiva que la ebullicin incluye en la destilacin, la cual no se presenta en
la evaporacin. Esta ventaja consiste en que la temperatura del punto de ebullicin presenta una
indicacin de la composicin de los productos. Esta seccin explica sobre la ebullicin y su
relacin con la presin de vapor. El entender los conceptos de ebullicin es muy importante para
entender sobre la destilacin compleja.
Ebullicin La ebullicin ocurre cuando las burbujas de vapor se formanal fondo del lquido. Las burbujas suben a la superficie y se
revientan para liberar el vapor. Al momento de hervir, la
temperatura del lquido deja de elevarse y permanece
constante. A este punto se lo conoce como la BPT
(temperatura del punto de ebullicin).
El calor adicional que se aplica al lquido no afecta a la
temperatura. El calor agregado slo aumenta la proporcin
de la vaporizacin. Si se agrega una cantidad granderepentina de calor, entonces el lquido acta de manera
explosiva y una lluvia de gotitas de vapor y lquido estallar
del cuerpo del lquido. Sin embargo, la temperatura no
cambia.
El anlisis muestra que la BPT slo depende de dos factores:
La composicin del lquido
La presin impuesta sobre el lquido en ebullicin.
Relacin de la Presin deVapor con la Ebullicin
Este comportamiento de ebullicin puede explicarse
fcilmente con la presin de vapor. A continuacin se
presenta la relacin entre las dos.
La Presin de Vapor Cambia con la TemperaturaLa Figura 2.8 ilustra la presin de vapor de cualquier lquido
cambia segn la temperatura. Fjese que en el ejemplo, la
presin de vapor del pentano a 100F/38C es igual a
18 psig. Cuando la temperatura se incrementa a
120F/49C, la presin de vapor se eleva a 22 psig.
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaEbul l ic in y Temperatura del Punto de Ebul l ic in
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Figura 2.8 La Presin de Vapor Vara con la Temperatura
Cada lquido tiene una presin correspondiente de vapor
para cada temperatura. Esta relacin puede mostrarse como
una lnea en el siguiente grfico. Este ejemplo en la Figura
2.9 muestra la relacin entre la temperatura y la presin de
vapor para el agua.
Figura 2.9 Relacin de La Presin de Vapor/Temperatura para el
Agua
18-psig 22-psig
Medidores de Presin
Recipientes SelladasPentano al 100F Pentano al 120F
Temperatura, F
Pre
sin
deVapor,
PSI
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaEbul l ic in y Temperatura del Punto de Ebul l ic in
Procesos de Refinacin:
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La Presin de Vapor se Choca Contra la Presin delSistemaAnteriormente en esta leccin, usted aprendi que la presin
de vapor no es slo una lectura de un manmetro. Es una
fuerza poderosa dentro de cualquier lquido. Esta fuerza
siempre se enfrenta a la presin del sistema que est presente
sobre el lquido, ver Figura 2.10.
Presin de Vapor, Presin del Sistema y EbullicinLa ebullicin ocurre cuando la presin de vapor iguala o
excede la presin del sistema. En la segunda ilustracin de
la Figura 2.10, la temperatura del lquido se ha incrementadoa su BPT de 140F. La ebullicin ocurre debido a que la
presin de vapor del lquido iguala a la presin del sistema,
la cual es de 12 psig. Debido a que la presin de vapor est
intentando exceder la presin del sistema, grandes
cantidades de evaporacin instantnea del vapor proveniente
del lquido, que est debajo de la superficie, ascienden
rpidamente hasta la superficie en forma de burbujas.
Figura 2.10 Choque entre la Presin de Vapor y la Presin del Sistema
Presin del
Sistema
12-psi
Presin del
Sistema
12-psi
Presin de
Vapor 8-psi
Presin de
Vapor
12-psi
Temp VP
8-psi
12-psi
80F
140F
Bajo el
Punto de
Ebullicin
En el punto
de Ebullicin
Sin Hervir
80F
En Ebullicin
140F
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaEbul l ic in y Temperatura del Punto de Ebul l ic in
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Las burbujas se presentan debido a que la presin de sistema
ya no puede contener la fuerza de la presin de vapor dentro
del lquido. La temperatura ya no se incrementa debido a
que la gran cantidad de vapor que se produce se lleva el
calor del lquido inmediatamente como es suministrado. (El
vapor absorbe cien veces ms calor que el peso equivalente
del lquido).
Con relacin a la BPT, al agregar ms calor al lquido no se
incrementa la temperatura. En lugar de esto, se produce ms
vapor.
NOTALa temperatura del punto de ebullicin puede definirse
como la temperatura necesaria para elevar la presin de
vapor de un lquido hasta igualar a la presin del sistema.
La ebullicin puede ocurrir de dos maneras:
La temperatura del lquido puede incrementarse mientras
aumenta su presin de vapor e iguala la presin del
sistema.
La presin del sistema puede bajar a la presin de vapor
del lquido.
La BPT en la Tabla de Presin de VaporLa BPT puede ajustarse a la mayora de los niveles, slo con
ajustar a la presin del sistema. Refirindonos de nuevo a la
Figura 2.9, se puede usar una tabla de la presin de vapor
para determinar la BPT a cualquier presin.
La tabla nos muestra que la presin de vapor del agua a los
307F/150C es igual a 70 psig. Con una presin del sistema
de 70 psig, el agua tendra que hervir a 307F/150C. Esto
se debe a que a esa temperatura, la presin de vapor del agua
y la presin del sistema seran iguales.
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaEbul l ic in y Temperatura del Punto de Ebul l ic in
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Obtencin de la BPT Por lo general, los procesos fijan la presin de destilacinpara fijar la BPT dentro de un rango deseado. Por ejemplo,
muchos lquidos livianos a la presin atmosfrica tienen una
BPT muy debajo de la temperatura de ambiente. Si los
equipos de destilacin que produjeron estos lquidos operan
a presin atmosfrica, los condensadores tendran que
refrigerarse para condensar al producto.
Esta dificultad se supera subiendo la presin de destilacin,
hasta que el producto liviano se condense a una temperatura
ms alta que la del ambiente. Luego el agua o aire de
enfriamiento se puede utilizar como medio de condensacin.
A veces, cuando se est destilando lquidos con altas BPTs,
las altas temperaturas de destilacin ocasionan una reaccin
qumica y el material se destruye. Para prevenir esta
destruccin se lleva a cabo la destilacin al vaco, para
reducir la temperatura de destilacin hasta un nivel seguro.
El ajuste de la presin del sistema es un concepto importante
en los equipos de destilacin.
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Destilacin Compleja y Torres de Destilacin
En la Leccin 1, usted aprendi sobre la realizacin deficiente de la destilacin simple al tratar
de producir cortes de calidad. La separacin estuvo lejos de ser perfecta. Las torres de
destilacin y las fraccionadoras superan este problema a travs de la destilacin compleja. En
estas torres es posible separar a los compuestos individuales de una mezcla que contenga miles
de compuestos y el producto puede ser preparado para cumplir con las especificaciones de grado
CP (Qumicamente Puros).
Definicin de la
Destilacin Compleja
Definicin de la Torre de Destilacin y de la
FraccionadoraTorre de Destilacin y La Fraccionadora son trminos
que a veces se usan indistintamente. Ambas torres usan la
destilacin compleja. En el ms estricto sentido de la
palabra, una torre de destilacin por lo general se refiere a un
recipiente alto que separa una carga en dos productos. Uno
o ambos productos son destilados a una alta pureza, ver la
Figura 2.11.
Figura 2.11 Torre de Destilacin y Fraccionadora
Carga
Producto del Domo
Reflujo
Producto de Fondos
Calor
Rehervidor
Carga
Producto del Domo
Reflujo
Producto de Fondos
Calor
Productos de
Corriente Lateral
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Una fraccionadora es por lo general considerada una torre
que separa una carga en varios productos en un solo paso.
Los productos son extrados de la torre en forma de vapor
por el domo, y como lquidos de varias extracciones laterales
y tambin del fondo. Por lo general, el grado de separacin
no es tan exacto como lo es con la torre de destilacin.
Para que la destilacin alcance una separacin casi pura, se
deben aplicar los principios de la presin parcial. De tal
modo que para obtener un vapor puro, las presiones parciales
de los componentes destilados deben elevarse al mximo y
las presiones parciales de los componentes del residuo debenbajarse.
Mejorando el Efecto de la Presin ParcialLa destilacin compleja aintroduce dos procesos en la
destilacin simple para lograr esta meta. La destilacin
simple se mejora a travs de:
La destilacin mltiple
El reflujo
Las torres de destilacin y las fraccionadoras estn diseadas
para usar estos dos principios de manera eficiente.
Otra ventaja de la destilacin compleja es que es muy
conveniente para la operacin continua. La carga es
continuamente alimentada a la torre y los productos se
extraen continuamente.
Destilacin Mltiple La destilacin mltiple aumenta la influencia de la presinparcial sobre el componente liviano de manera muy efectiva.
Este proceso fue descrito brevemente en la Leccin 1. La
figura 2.12 nos ilustra este procedimiento con la destilacin
de una mezcla de pentano/hexano. Cada vez que se re
destila el destilado, el vapor del pentano se vuelve ms puro.
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Figura 2.12 Destilaciones Mltiples del Destilado
Esto ocurre, ya que se aumenta la presin parcial del pentano
en cada alambique consecutivo. Si se usan varios
alambiques, se puede obtener prcticamente pentano puro.
Fjese que la temperatura del punto de ebullicin disminuye
con cada destilacin consecutiva. La BPT disminuye en
cada alambique consecutivo ya que el porcentaje del pentano
est aumentando. La disminucin en la BPT es una
consecuencia que seala que la presin parcial del pentano
est aumentando en cada destilacin.
Existen varios problemas que son obvios con este
procedimiento, as como est ilustrado en la Figura 2.12.
Primero, cada vez menos destilado se produce en cadadestilacin y cada vez se acumula ms y ms residuo.
Segundo, el enfriamiento repetido de los vapores para
condensarlos y luego el recalentamiento del condensado para
hervir el siguiente alambique es un desperdicio de energa.
Carga
50% Pentano (C5)
50% Hexano (C6)
50% C550% C6
125F
110F
102F75% C525% C6
90% C510% C6
98% C5 2% C6
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Torres de Destilacin Analice la Figura 2.13, para ver cmo se han resuelto losproblemas con los alambiques mltiples. Los alambiques se
ponen uno encima del otro. No hay un condensador entre
los alambiques y no hay un recalentador. En lugar de eso,
los vapores calientes del alambique inferior suben en forma
de burbujas directamente a travs del lquido del alambique
superior. Slo se aplica el calor al alambique del fondo. Los
alambiques superiores solamente se calientan mediante los
vapores calientes.
Figura 2.13 Alambiques Mltiples Instalados en una Columna
Dispositivo de
Calentamiento
ResiduoCarga
50%C550%C6
75%C525%C6
90%C510%C6
98%C52%C6
C5= Pentano
C6= Hexano
Receptor del
Domo
Producto Destilado de
PentanoReflujo
98.8%C50.2%C6
98F
102F
110F
125F
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Esta instalacin corresponde exactamente a la operacin
continua. La carga fresca y precalentada entra
continuamente al alambique de fondo, en donde la carga es
hervida por el calentador externo. El destilado vaporizado es
extrado por la parte superior del recipiente, y el residuo
fluye continuamente desde el alambique de fondo.
El vapor generado en el alambique de fondo sube y se
contacta directamente con el lquido del alambique superior.
Debido a la diferencia en la BPT entre los alambiques, estos
vapores son condensados por el lquido de enfriamiento.
Esta transferencia de calor hierve el lquido para que seproduzca un nuevo volumen de vapor. Dicha accin se
repite en cada alambique. Se necesita de una sola fuente de
calor para la columna de los alambiques y los vapores
ascendentes hierven todo el lquido de los alambiques de
arriba.
Hasta ahora, hemos descrito el trfico de una sola va en la
columna de los alambiques. El flujo de vapor va hacia arriba
en la torre, de alambique a alambique y sale por la parte de
arriba. A continuacin se describir el establecimiento deltrfico de dos vas, el cual mejorar la separacin del
pentano y el hexano.
Cuando el vapor entra a un alambique desde abajo, a veces
hay ms vapor condensado que lquido vaporizado. La parte
del vapor que se condensa en su mayora son los
componentes ms pesados. Este condensado pesado se
acumula en el lquido de residuo del alambique y aumenta el
nivel. Cierta cantidad del lquido de residuo se desborda ycae al alambique inferior.
Entonces, el trfico de dos vas ahora funciona en la torre de
alambiques. Los componentes ms livianos estn
vaporizndose en cada alambique y ascienden a la torre. Los
componentes ms pesados se estn condensando en los
alambiques superiores y se desbordan de regreso hacia el
fondo. Esta circulacin ayuda bastante a la separacin
global.
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Reflujo La circulacin puede aumentarse con otro truco ingenioso.El reflujo ingresa por el alambique superior para aumentar al
volumen del desbordamiento de cada alambique. El reflujo
es una porcin del condensado del domo, el cual regresa a la
torre. La figura 2.13 muestra esta corriente.
Para contrarrestar este trfico adicional de desbordamiento,
se aumenta el calor al alambique de fondo para de esta
manera incrementar la proporcin de vapores que ascienden.
La adicin del reflujo y del calor aumenta la circulacin del
vapor y del lquido en la columna de los alambiques.
Es importante que la corriente del reflujo siempre sea el
producto liviano del destilado. Al usar slo este producto
como el reflujo, la presin parcial del destilado se aumenta
en el plato superior. Esto purifica an ms al destilado.
Rectificacin yDespojamiento
La operacin que se acaba de describir es conocida como
rectificacin. El propsito de la rectificacin es purificar el
producto del domo. A medida que los vapores mezclados
salen del alambique de carga (el alambique por donde entra
la carga) hacia la parte superior, los componentes pesados secondensan en los alambiques superiores. Estos componentes
descienden de regreso hacia el alambique de carga. Dicha
accin purifica el producto de vapor del domo (el destilado).
La seccin de la torre que incluye todos los alambiques que
estn arriba del alambique de carga, se conoce como la
seccin de rectificacin de la torre. Sirve para purificar el
producto liviano del domo.
Sin embargo, el producto del residuo se deja altamente
contaminado. Tomando en cuenta que la carga entra al
alambique de fondo y con el reflujo introduciendo algunos
componentes livianos, la composicin del residuo del fondo
estar lejos de ser pura.
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Los componentes livianos se pueden retirar del producto del
residuo, colocando alambiques por debajo del alambique de
carga. La figura 2.14 ilustra esta instalacin. Los
alambiques incluidos junto con el reflujo descendiente
trabajan simultneamente para vaporizar (o despojar) los
componentes livianos del residuo.
Figura 2.14 Alambiques Incluidos Debajo de los Alambiques de Carga
Residuo de
Fondos
Dispositivo de
Calentamiento
.02% C599.8% C6
2% C5
98% C6
10% C590% C6
25% C575% C6
50% C550% C6
75% C525% C6
90% C510% C6
98% C52% C6
99.4% C50.6% C6
Reflujo
Vapores del Domo al
Condensador
C5= Pentano
C6= Hexano
98F
102F
110F
125F
140F
150F
154F
156F
Seccin de
Despojamiento
Carga
50% C550% C6
Seccin de
Rectificacin
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La seccin de la torre que incluye los alambiques debajo del
alambique de carga se conoce como la seccin de
despojamiento. La seccin de despojamiento purifica al
producto pesado del residuo del fondo.
Las secciones de rectificacin y de despojamiento trabajan
conjuntamente para producir tanto un producto puro de
destilado del domo, como tambin un producto puro del
residuo del fondo.
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Sistema de Destilacin Binaria
Todo el equipo de destilacin opera bajo los mismos principios y conceptos. Sin embargo, los
sistemas de destilacin varan en sus arreglos y en sus condiciones de operacin, para superar
dificultades especficas. Esta seccin y la siguiente describen los sistemas comunes de
destilacin, los cuales se usan en la industria de proceso.
Los alambiques en la torre de destilacin tienen la apariencia de platos planos, con varios
dispositivos instalados para dar buen contacto entre los flujos de vapor y los flujos del lquido.
Por esta razn, la prctica de la industria los nombra como platos, en vez de alambiques. Este
trmino se usar durante todo el mdulo, al momento de referirse a los alambiques de la torre.
Descripcin del SistemaBinario
La figura 2.15 ilustra un sistema completo para la destilacin
binaria. Todas las caractersticas que se muestran en este
ejemplo no se usan siempre en cada sistema. Los sistemas
varan de acuerdo a la carga y otros factores, pero los
principios de la destilacin siempre son vlidos.
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Figura 2.15 Sistema de Destilacin Binaria
Carga
Bomba de Carga
Producto de Cargavs. Intercambiador
de Fondos
Agua de
Enfriamiento
Enfriador del
Producto de
Fondos
Producto de Fondos
Medio de
Calentamiento
Rehervidor
Vapores del
Rehervidor
Medio de
Calentamiento
Calentador
de Carga
Nivel del
Fondo
Plato del
Fondo
Plato de
Carga
Plato
Superior reflujo
Vapor del domo
Agua de
Enfriamiento
Recibidor del Domo
Condensador
del Domo
Venteo de
Gases
No Condensados
Nivel de la
Interfaz
de Agua
Drenaje de
Agua
Bomba del
Reflujo
Producto del Domo
carga
Torre de Destilacin
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaSistema de Desti lacin Binaria
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Flujo de la TorreLa carga precalentada se bombea al plato de carga y
desciende por la torre. Los vapores que se elevan, generados
por el rehervidor, despojan a los componentes livianos del
lquido de carga descendiente a medida que pasa de plato en
plato. El lquido que llega al fondo es el residuo del
producto que ya fue destilado segn las especificaciones.
El producto del residuo es enfriado y extrado del a tanques,
u otros procesos.
Los vapores livianos despojados de la carga ascienden en latorre. Pasan por el plato de carga, luego por la seccin de
rectificacin hacia la cima. Algunos componentes pesados
tambin se vaporizan y arrastran ms all del plato de carga
y de la seccin de rectificacin.
El reflujo se instala en el plato del domo, para frenar los
vapores pesados que se llegan con el producto destilado. El
reflujo condensa los vapores pesados que regresan al fondo
de la torre.
Los vapores de alta pureza del destilado salen por la parte
superior de la torre y entran al condensador en donde son
enfriados. El producto lquido condensado se acumula en el
recibidor del domo. Una parte de este producto es enviado
de regreso a la torre en forma de reflujo. El remanente es
bombeado del sistema hacia los tanques, o para ser
procesado en otro lugar.
La Funcin de losEquipos del Sistema La TorreLa torre ilustrada tiene tanto una seccin de despojamiento,como tambin una seccin de rectificacin. A veces una
seccin puede omitirse si la destilacin puede completarse
en otra torre.
Se determina la capacidad de la torre por su dimetro. La
dificultad de la separacin est dada por el nmero de platos
en la torre, la cual fija tambin la altura.
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La CargaLa carga que va hacia una torre de destilacin, por lo general
se precalienta. Para ahorrar energa, el calor se transfiere por
lo general desde los productos de salida hacia la carga. La
temperatura final de la carga se la obtiene con un calentador
de carga, que utiliza vapor u otro medio de calentamiento.
Idealmente, la temperatura de la carga debe estar cerca de la
temperatura de operacin del plato de carga.
El Plato de CargaUna vez que el nmero total de los platos se defina ser
importante ubicar el plato de carga. Esto divide a la torre yprovee el nmero correcto de platos de despojamiento y de
rectificacin.
El nmero de platos para cada seccin depende de la
composicin de la carga. Si el porcentaje del componente
liviano es alto, el plato de carga es ubicado ms alto en la
torre. Esto incrementa el nmero de los platos de
despojamiento para mejora el despojamiento del producto
del residuo. Cuando el porcentaje del componente liviano es
alto, se necesitan menos platos de rectificacin
Si el porcentaje de los componentes pesados es alto, el plato
de carga se ubica ms abajo en la torre, incrementando as el
nmero de platos de rectificacin. El gran nmero de platos
de rectificacin es necesario para purificar el producto
destilado de la cantidad incrementada de vapores pesados,
los cuales se atraviesan y pasan ms all del plato de carga.
Cuando el porcentaje de los componentes pesados es alto, se
necesitan menos platos de despojamiento.
Cuando las condiciones de operacin requieren un cambio
peridico en la composicin de la caga, la tubera de carga
estn acopladas para permitir el acceso a diferentes platos.
El plato de carga se adapta al tipo de carga.
NOTALa carga nunca debe entrar a ms de un plato, o la
separacin tendr graves problemas.
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaSistema de Desti lacin Binaria
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Los ProductosTodos los productos por lo general se enfran antes de ser
enviados a los tanques. El producto del fondo es casi
siempre enfriado mediante un intercambiador enfriado por
agua. El condensador sirve como el enfriador para el
producto del domo, al menos que el recibidor del domo deba
operar a una temperatura elevada. Entonces, se requiere de
un intercambiador auxiliar enfriado por agua para el
producto del domo.
El Recibidor del Domo
El recibidor del domo por lo general realiza tres tareas: Es un depsito para mantener la succin de la bomba
durante las purgas de la torre.
Elimina gases no condensables del producto del destilado
para que se puedan ventear y ser desechados.
Sedimenta al agua que entr a la torre con la carga y se
vaporiz en el domo con el destilado. El agua se drena
continuamente del recibidor. Si esta agua se bombea
como reflujo, alterara gravemente a las operaciones de
la torre.
El RehervidorEl rehervidor es un intercambiador de calor, el cual genera
vapor para realizar la destilacin. Por lo general se
encuentra instalado en la parte externa de la torre y
conectado para que una cantidad del residuo del fondo
circule a travs del intercambiador.
Cuando slo se requiere de un rehervidor pequeo, por logeneral se lo pone directamente en el nivel del lquido en el
fondo de la torre, en lugar de que construirlo externamente.
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Otros Sistemas Comunes de Destilacin
En la ltima seccin, se describi el sistema de destilacin binaria. Otros sistemas comunes
descritos en esta seccin, slo son modificaciones del sistema binario y usan los mismos
principios de operacin.
Fraccionadoras deMltiples Extracciones
La Figura 2.16 nos ilustra una fraccionadora tpica de
mltiples extracciones, la cual se usa para destilar el crudo
en sus productos base. Por lo general, las fraccionadoras de
mltiples extracciones no llevan a cabo separaciones
precisas. Este sistema es prctico para la destilacin delcrudo ya que cada producto est compuesto de miles de tipos
de molculas que hierven dentro de un rango especfico.
Figura 2.16 Torre de Fraccionamiento de Mltiples Extracciones
Producto del
Residuo
Producto
Gasleo
Vapor
Vapor
Vapor
Producto Diesel
Producto de
Kerosene
Despojadores
Reflujo
Vapores del Producto de
Gasolina al Condensador
Torre de Fraccionamiento
Horno de Carga
VaporCombustible
Carga de
Crudo
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaOtros Sistemas Com unes de Dest i lac in
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Arreglo de la TorreLas fraccionadoras de mltiples extracciones para la
destilacin de crudo tienen muy pocos platos de
despojamiento y muchos platos de rectificacin. La
vaporizacin ocurre en el plato de carga, en lugar del
rehervidor de fondo. Por lo general la carga se calienta en
un horno. Se obtienen los productos del domo y del fondo
como si fueran un sistema binario y el reflujo es enviado al
plato del domo de una manera convencional.
Los productos de extraccin lateral se obtienen de varios
platos en la seccin de rectificacin. Cada producto es unaparte del reflujo interno el cual llega al plato de extraccin
desde el plato superior. Los productos de extraccin lateral
estn bastante contaminados con componentes livianos, los
cuales pasan como vapor a travs del plato de extraccin.
Para retirar los componentes livianos y devolverlos a la
fraccionadora, cada corriente de extraccin lateral se enva a
una torre de despojamiento. Esta es una pequea torre de
destilacin con una sola seccin de despojamiento. Los
vapores livianos despojados son devueltos a la torreprincipal, justamente sobre el plato de extraccin.
Despojamiento con Vapory el Efecto de la PresinParcial
En un despojador, por lo general el vapor para la destilacin
se genera inyectando vapor en el despojador, justamente
debajo del plato del fondo. Muchas veces, el vapor no es
ms caliente que la mezcla en el despojador. Sin embargo,
no se necesita ninguna otra fuente de calor para la
vaporizacin. Sin adicionar calor adicional, esta destilacin
es causada por efecto de la presin parcial, ver Figura 2.17.
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Procesos de Refinacin:
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Figura 2.17 Despojamiento con Vapor y el Efecto de la Presin Parcial
Acurdese de que la ebullicin puede ser causada por dos
mtodos: agregando calor al lquido, o disminuyendo la
presin del sistema sobre el lquido. El efecto de la presin
parcial causa la ebullicin afectando la cada de presin, sin
bajar la presin en realidad.
50% C5- 50% C6Carga
Vapores Despojados (En su mayora
C5) y otros Gases
12
PSIG
Distribudor
Producto Despojado(En su mayora C6)
Vapores del
Despojamiento
Despojamiento de
Vapores
Efecto de Presin
Parcial
Presin Parcial de
PentanoPresin Parcial de
HexanoPresin Parcial de
Vapores
Presin Parcial en
los Hidrocarburos
Sin
Vapores
Con
Vapores
9 PSI 7.5 PSI
3 PSI 2.5 PSI
0 PSI 2.0 PSI
12 PSI 10.0 PSI
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Leccin 2: Cmo Funciona la Destilacin ComplejaOtros Sistemas Com unes de Dest i lac in
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Cuando el vapor burbujea a travs de la mezcla de carga en
un despojador, el vapor agrega presin parcial en la mezcla.
Pero la presin de vapor de la mezcla no puede aumentar,
debido a que la presin del despojador est controlada a un
valor constante.
Las presiones parciales de los componentes en la mezcla
automticamente disminuyen para crear espacio para el
vapor. La mezcla ve esto como una disminucin de la
presin del sistema. Dado que la mezcla est en su
temperatura del punto de ebullicin, comienza a hervir.
El efecto de la presin parcial slo
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