Cálculo de Torres de Destilación

Diseño Básico de una Torre de Destilación El presente es un documento que resume el procedimiento de dimensionamiento básico de una columna de destilación convencional. No intenta ser un tratado completo de un diseño final de columna, sino más bien, intenta ser una guía para aquellas personas que intenten entrar en el mundo del diseño de las columnas de destilación. Notas: o Las ecuaciones presentadas son extraídas del libro: Operaciones de Transferencia de Masa – Robert Treybal, 2da edición, a menos que explícitamente se diga lo contrario. o El método FUG (Fenske-Underwood-Gilliland) o “Shortcut” se puede encontrar en el Perry 8va Edición. Eficiencia de Platos y Caída de Presión Para calcular el número de platos reales, tenemos que hallar la eficiencia global. Para esto usaremos la fórmula 14-138 del Perry 8va Edición: EOG = 0.492 × (α LK × µ FL ) −0.245 Luego, para hallar el número de platos reales, dividimos el número de platos teóricos obtenidos por el método de FUG, entre la eficiencia:

N pr =

N pt E OG

Asumimos una caída de presión de 0.1 psi por plato. Para la sección de enriquecimiento, la presión en el tope se calculará de la siguiente manera: Ptope = Pfeed − ∆Penriquecimiento Mientras que la presión en los fondos, se calculará de la siguiente manera: Pfondos = Pfeed + ∆Pempobrecimiento Con lo que la caída de presión a lo largo de la torre será la suma de las caídas en ambas secciónes: ∆Pcolumna = ∆Penriquecimiento + ∆Pempobrecimiento

Cálculo de Diámetro y Altura de Torres de Destilación Se especifica un diámetro de orificio y una separación entre orificios en un arreglo triangular, de ahí se procede a calcular la relación:

2

Ao área _ del _ orificio d  = = 0.907 0  Aa área _ activa  p'  Luego, asumimos un espaciamiento entre platos, se toma como referencia la tabla 6.1 del Treybal. Con estos datos, vamos a la tabla 6.2 del Treybal y calculamos la siguiente relación: 0.5

L'  ρ G    G '  ρ L  Si este valor es menor que 0.1, asumimos los siguientes cálculos como si fuera 0.1. Para valores entre 0.1 y 1, calculamos los siguientes parámetros:

α = 0.0744t + 0.01173 β = 0.0304t + 0.015 Donde: t : Espaciamiento entre platos Luego hallamos la constante C F mediante la siguiente expresión:   σ  0.2 1 C F = α log + β   ( L' / G ')( ρ G / ρ L ) 0.5  0.020   Con esta constante, evalúa para hallar la velocidad superficial del gas:  ρ − ρG V F = C F  L  ρG

  

0.5

Emplearemos el 80% de la velocidad de inundación: V = 0.8V F Entonces, el área neta del plato: An =

Q V

Donde: Q : Caudal de Vapor An : Área Neta En forma tentativa, escogemos una longitud de derramadero de: W = % DT Con lo que nuestra Área Total ( AT ) y Diámetro Total ( DT ) está dado por:

AT =

An 1 − %W

y DT =

4 AT π

Finalmente verificamos que el valor hallado del Diámetro Total concuerde con el espaciamiento asumido al inicio. Para hallar la altura de torre, al número total de platos le restamos un plato si tiene condensador parcial y otro más si tiene rehervidor parcial. Z =t×Np Información Bibliográfica Para más información sobre el diseño de una columna de destilación convencional, recomiendo revisar la siguiente bibliografía: • Distillation Design – Kister • Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Volume 2 – Ludwig • Plant Design and Economics for Chemical Engineers - Peters & Timmerhaus • Operaciones de Transferencia de Masa – Robert Treybal