Destilación Flash

DISEÑO DE PLANTAS QUÍMICAS X DESTILACIÓN FLASH Dr. MONCADA ALBITRES, LUIS ORLANDO  CASTILLO RODRÍGUEZ, ANTONY JOEL

DESTILACIÓN FLASH ENUNCIADO DEL PROBLEMA: 1 kmol/hr de una corriente conteniendo benzene (40 mol%), toluene (30 mol%), and Oxylene (30 mol%) ingresa a una unidad flash a 373 K y 1 atm. Responder las siguientes interrogantes usando una simulación en CHEMCAD.

1. La unidad flash opera a 385 K y 1 atm. ¿Cuál es la composición de las corrientes líquido y vapor saliendo de la unidad flash? Solución: El problema se resolvió usando el software Chemcad. Creando un flow sheet (Figura 1) como primer paso para realizar la simulación.

Figura 1. Flow sheet para una destilación flash A continuación, se ingresaron los componentes y unidades de ingeniería, luego se seleccionó el modelo termodinámico (UNIFAC), Después se in gresó la composición de la alimentación. Se ingresaron las especificaciones de la unidad flash para esta pregunta (T = 385 K y P = 1 atm), se efectuó la simulación y se obtuvo los siguientes resultados.

a)

Composición de las corrientes Simulation: Destilación Flash STREAM PROPERTIES 1 2 Feed Vapour - - Overall - 373.0000 385.0000 1.0000 1.0000 28.511 43.900 0.0000 1.000 1.0000 0.6228 90.7380 54.5721 0.1030 0.0620 22.4136 13.9597

385.0000 1.0000 6.7851 0.0000 0.3772 36.1659 0.0411 8.4539

Flow rates in kg/h 31.2456 24.7802 27.6423 17.4205 31.8501 12.3714

6.4654 10.2218 19.4787

Stream No. Name Temp K Pres atm Enth MJ/h Vapor mole fraction Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h

Benzene Toluene O-Xylene

3 Liquid

CHEMCAD 7.1.2 22/10/2018 05:20 PM

b) Unidad de operación flash Simulation: Destilación Flash EQUIPMENT SUMMARIES Flash Summary Equip. No.

1 Name

Flash Mode Param 1 Param 2 Heat duty MJ/h

2 385.0000 1.0000 22.1744

K values: Benzene Toluene O-Xylene

2.321 1.032 0.385

CHEMCAD 7.1.2 22/10/2018 05:22 PM

2. La unidad flash opera a 385 K y se desea obtener una fracción de vapor de 40%. ¿Cuál es la presión a la cual opera la unidad flash y cuál es la composición de las corrientes líquido y vapor saliendo de la unidad flash? Solución: Se realizó el mismo procedimiento que en la pregunta 1, con la diferencia que se cambiaron las condiciones de operación en la unidad flash. En este caso en la unidad flash se seleccionó la opción 4 (Specify V/F & T; Calculate P and Heat) y se ingresó la fracción de vapor (0.4) y temperatura (385 K) como se da en el enunciado del problema. Obteniéndose los siguientes resultados. a) Composición de las corrientes Simulation: Destilación Flash

Stream No. Name Temp K Pres atm Enth MJ/h Vapor mole fraction Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h

Benzene Toluene O-Xylene

STREAM PROPERTIES 1 2 Feed Vapour - - Overall - 385.0000 373.0000 1.1341 1.0000 28.511 29.612 0.0000 1.000 1.0000 0.4000 90.7380 34.3814 0.1030 0.0390 22.4136 8.9655

385.0000 1.1341 13.685 0.0000 0.6000 56.3566 0.0640 13.4482

Flow rates in kg/h 31.2456 18.0864 27.6423 10.4455 31.8501 5.8495

13.1592 17.1968 26.0006

3 Liquid

CHEMCAD 7.1.2 22/10/2018 05:30 PM

 b) Unidad de operación flash Simulation: Destilación Flash EQUIPMENT SUMMARIES Flash Summary

Warning:

*** Equip. 1 *** Inlet pressure < UnitOp pressure

Equip. No.

1 Name

Flash Mode Param 1

4 0.4000

Param 2 Heat duty

MJ/h

385.0000 14.7872

K values: Benzene Toluene O-Xylene

2.062 0.911 0.337 CHEMCAD 7.1.2 22/10/2018 05:35 PM

3. La unidad flash opera a 1 atm y se desea obtener una fracción de vapor de 30%. ¿Cuál es la temperatura a la cual opera la unidad flash y cuál es la composición de las corrientes líquido y vapor saliendo de la unidad flash? Solución: Se realizó el mismo procedimiento que en las preguntas 1 y 2, con la diferencia que se cambiaron las condiciones de operación en la unidad flash. En este caso en la unidad flash se seleccionó la opción 1 (Specify V/F & P; Calculate T and Heat) y se ingresó la fracción de vapor (0.3) y presión (1 atm) como se da en el enunciado del problema. Obteniéndose los siguientes resultados.

a. Composición de las corrientes Simulation: Destilación Flash

Stream No. Name Temp K Pres atm Enth MJ/h Vapor mole fraction Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h

Benzene Toluene O-Xylene

STREAM PROPERTIES 1 2 Feed Vapour - - Overall - 373.0000 378.6109 1.0000 1.0000 28.511 22.491 0.0000 1.000 1.0000 0.3000 90.7380 25.5533 0.1030 0.0290 22.4136 6.7240

378.6109 1.0000 16.528 0.0000 0.7000 65.1847 0.0740 15.6896

Flow rates in kg/h 31.2456 14.3771 27.6423 7.4438 31.8501 3.7325

16.8685 20.1985 28.1176

CHEMCAD 7.1.2 22/10/2018 05:42 PM

3 Liquid

b. Unidad de operación flash Simulation: Destilación Flash EQUIPMENT SUMMARIES Flash Summary Equip. No.

1 Name

Flash Mode Param 1 Param 2 Heat duty MJ/h

1 0.3000 1.0000 10.5082

K values: Benzene Toluene O-Xylene

CHEMCAD 7.1.2

1.989 0.860 0.310

22/10/2018 05:45 PM

4. La unidad flash opera a 1 atm y se desea que la fracción separada de tolueno en la fase liquida sea 0.65. ¿Computar la temperatura a la cual opera la unidad flash y la composición de las corrientes líquido y vapor saliendo de la unidad flash? Solución: Se realizó un procedimiento similar al de las preguntas anteriores, con la diferencia que se cambiaron las condiciones de operación en la unidad flash. En este caso en la unidad flash se seleccionó la opción 2 (Specify T & P; Calculate V/F and Heat) y se ingresó la  presión (1 atm) pero se dejó el espacio de la temperatura en blanco. Nosotros necesitamos encontrar la temperatura a la cual la corriente de líquido sale del fondo de la unidad flash conteniendo 65% de tolueno en la alimentación. Por lo tanto, es necesario hacer uso de la opción sensitivity study (estudio de sensibilidad) disponible en CHEMCAD y graficar la temperatura de la columna flash versus la cantidad molar de tolueno en la corriente de líquido. Leemos la gráfica para encontrar la temperatura requerida. A continuación, se muestra el procedimiento seguido para calcular la temperatura de la columna flash.

a) En la columna flash seleccionar la opción 2 (Specify T & P; Calculate V/F and Heat) e ingresar la presión (1 atm) y dejar el espacio de la temperatura en blan co.

b) Hacer uso de la opción sensitivity study (estudio de sensibilidad) disponible en CHEMCAD.

c) Crear un nuevo análisis, luego seleccionar la temperatura de la columna flash como la variable independiente e ingresar los datos requeridos para esta variable.

d) Especificar a CHEMCAD la tasa molar de toluen o que queremos en la corriente líquida calculada para cada valor de temperatura dentro del rango dado.

e) Clic en Run all para efectuar el estudio de sensibilidad para el rango de temp eratura dado en la especificación. Obteniéndose los siguientes resultados.

Grafica 1. Análisis de sensibilidad para encontrar la temperatura en la unidad flash.

Para encontrar la composición de las corrientes líquido y vapor saliendo de la unidad flash hacemos doble click en la unidad flash e ingresamos la temperatura calculada en  paso anterior (T = 380 K).

Finalmente efectuamos la simulación y obtenemos los siguientes resultados

a. Composición de las corrientes Simulation: Destilación Flash

Stream No. Name Temp K Pres atm Enth MJ/h Vapor mole fraction Molar flow kmol/h Mass flow kg/h Std liq m3/h Std vap 0 C m3/h

Benzene Toluene O-Xylene

STREAM PROPERTIES 1 2 Feed Vapour - - Overall - 373.0000 380.0000 1.0000 1.0000 28.511 27.628 0.0000 1.000 1.0000 0.3732 90.7380 31.9810 0.1030 0.0363 22.4136 8.3651

380.0000 1.0000 13.994 0.0000 0.6268 58.7570 0.0667 14.0486

Flow rates in kg/h 31.2456 17.2045 27.6423 9.6125 31.8501 5.1640

14.0411 18.0298 26.6861

CHEMCAD 7.1.2

22/10/2018 06:10 PM

3 Liquid

b. Unidad de operación flash Simulation: Destilación Flash EQUIPMENT SUMMARIES Flash Summary Equip. No.

1

Name Flash Mode Param 1 Param 2 Heat duty MJ/h

Flash 2 380.0000 1.0000 13.1120

K values: Benzene Toluene O-Xylene

CHEMCAD 7.1.2

2.058 0.895 0.325

23/10/2018 1:51 PM

CONCLUSIONES: 

El software CHEMCAD solo es una herramienta que no s permite calcular de forma más rápida las variables desconocidas que involucran los diferentes procesos y operaciones que suelen darse en las diversas industrias.



Debemos especificar como mínimo dos variables para calcular las demás, si fuera el caso que solo conociéramos una de ellas existe una opción en CHEMCAD conocida como sensitivity study que nos permitirá realizar tal cálculo.