Software de Coumnas de Destilacion Completo

Operaciones Unitarias III

Operaciones Unitarias III

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, la simulación de procesos ha llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño y evaluación de distintos procesos relacionados a la industria química, hidrocarburos, mineria, etc. La simulación de procesos juega un papel muy importante en las industrias antes mencionadas, como herramienta adecuada y oportuna para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. En la industria, la separación de componentes volátiles se realiza por medio de destilación, ya sea en columna de platos o en columna empacada, se lleva a cabo para la recuperación de subproductos de reacciones o purificación. En este tipo de operaciones es muy importante el considerar el balance de materiales para obtener una operación estable y calidad de los productos deseada.

Operaciones Unitarias III

COLUMNAS DE DESTILACIÓN

FUNDAMENTOS: La destilación ,es su forma más simple, la separación por vaporización de los componentes de una solución que resulta de una diferencia de volatilidad de los componentes. La destilación de múltiples etapas, puede ser llevada a cabo en una simple columna de pared mojada, la cual es un cilindro vertical sobre cuyas superficies internas fluyen en contracorriente líquido y vapor. A causa de su limitada superficie interfacial, la transferencia de masa es muy limitada. Una de las formas de obtener una interfase grande consiste en llevar a cabo esta operación en una torre llena de cuerpos geométricos pequeños (empaque) que permite el contacto continuo e íntimo entre el líquido y su vapor, al desplazarse a través de la misma contracorriente. En la práctica se utilizan gran variedad de materiales para empacar torres, dentro de estos se encuentran: pedacearía de vidrio, piedras porosas, carbón, empaque estructurado, o empaque cerámico, entre los principales. Dentro de los empaques más conocidos se tienen: anillos rashing, anillos lessing, anillos de partición empaque tipo silla o silla intalox y el empaque estructurado DEFINICIÓN Una columna de destilación es una estru ctura cerrada en la cual se realiza la separación física de un fluido en dos o más fracciones. Esta separación se logra sometiendo el fluido a condiciones de presión y temperatura apropiadas a lo largo de la columna, de modo de lograr que las fracciones que se buscan separar se encuentren en dos estados diferentes. La fracción más pesada (en estado líquido) baja por gravedad, mientras que la más liviana (en estado gaseoso) sube y se condensa en las partes superiores. De esta manera se logra un buen intercambio entre ambas fases permitien do la efectiva transferencia de la parte gaseosa del líquido que baja a la fase gaseosa que sube e, igualmente, de la parte líquida que pueda arrastrar la fracción gaseosa que sube al líquido que baja como se aprecia en la figura. Este mecanismo de transferencia se optimiza al maximizar la superficie de contacto entre ambas fases. En las columnas de destilación esto se realiza

Operaciones Unitarias III

SOFTWARES DE SIMULACIONES Son herramientas que nos permiten facilitar el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de procesos industriales. Entre los principales tenemos:     

Aspen Hysys Aspen Plus Chemcad DTDF - Columna destilacion McCabe Thiele 1.8.0: MatLab (API-MatLab) VENTAJAS DEL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN

                      

La simulación interfiere en sistema del mundo real. Es un proceso relativamente eficiente y flexible. Hace posible analizar y sintetizar una compleja y extensa situación real. Permite el diseñador examinar rápidamente varias configuraciones de planta Permite la experimentación en condiciones que podrían ser peligrosas en el sistema real. Reduce el tiempo de diseño de una planta. Desventajas del uso de software de simulación Un buen modelo de simulación puede resultar bastante costoso; a menudo el proceso a desarrollar un modelo es largo y complicado para su validación. Por error se producen diferentes resultados en repetidas corridas en el computador. Cada modelo de simulación es único, las soluciones e inferencias no son usualmente transferibles a otros problemas. Se requiere gran cantidad de corridas para encontrar “Soluciones óptimas”. Aplicación de softwares de simulación Detección de cuellos de botella en la producción. Predicción de los efectos de cambio en las condiciones de operación de las variables de la planta. Optimización de las variables de proceso. Optimización del proceso cuando cambian las características de los insumos y/o las condiciones económicas del mercado. Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía. Análisis de nuevos procesos para nuevos productos Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas Análisis de factibilidad y viabilidad de nuevos procesos. Optimización para minimizar la producción de desechos y contaminantes. Entrenamiento de operados e ingenieros de procesos. Investigación de la factibilidad de la automatización de un proceso.

Operaciones Unitarias III

SOFWARE PARA EL DISEÑO DE COLUMNA DE DESTILACION

1. DTDF - Columna destilacion McCabe Thiele 1.8.0 DTDF - Diseño de columnas de destilacion por el metodo de McCabe para destilacion de mezclas binarias (incluyendo azeotropos) - Cambios interactivos de los valores sobre el grafico de McCabe-Thiele

2.

2- Diseño y una columna Hysys.

simulación de de destilación binaria de etanol-

El Diseño y Simulación de una columna de destilación binaria de etanol-agua, para la empresa Hetwen. Los objetivos consisten en recopilar la información para diseñar y simular la columna de destilación así como predecir los cambios ante variaciones en las condiciones de operación. Se utilizaron los métodos inductivo y deductivo los cuales se basaron en 3 etapas fundamentales que son: la Selección del tipo y tamaño del empaque, determinación del diámetro y altura de la columna, para la separación especificada. El software empleado para la simulación fue Aspen Hysys, el mismo que facilitó la comprensión de la operación en un entorno más real. Como resultados obtenidos tenemos que: La columna está diseñada para tratar 400 kg/h de mezcla etanol-agua. Se optó por columnas empacadas dado que el diámetro de la columna es relativamente pequeño 0,3048m. El sistema cuenta con un tanque de ebullición enchaquetado y con un sistema de agitación, para el proceso de condensación del vapor de etanol se emplea un intercambiador de calor de tubos y

Operaciones Unitarias III

coraza, a través de los tubos circulará agua helada a 5°C aproximadamente la misma que condensará el vapor de etanol. A partir del diseño concluyo que el sistema de destilación etanol-agua producirá un destilado al 85-90% en concentración de etanol partiendo de una mezcla de concentración inicial en etanol de 20%. La recomendación a la Escuela de Ing. Química es implementar un área específica para la simulación de procesos debido a la importancia que tiene la misma a nivel industrial.

3.- Chemcad Chemcad

es

un

software

para

simulación de operaciones de destilación, absorción y extracción, en el cual se integran cálculos flash, cálculos clásicos de columnas de platos y cálculos de modelos de no equilibrio que se presentan en un módulo de fácil manejo para el usuario. Uno de los aspectos más importantes de este simulador es que ofrece al usuario gran variedad de modelos de transferencia de masa y de modelos de flujo, además de extracción líquido – líquido y modelos de destilación de tres fases. Las versiones más actuales incluyen: sección de estudios paramétricos, un módulo de evaluación industrial de columnas llamado SulCol y la posibilidad de generar diagramas de equilibrio de dos y tres fases. Este simulador además incluye la posibilidad de que el usuario ingrese sus propios modelos al sistema y realice las simulaciones, ya sea de un solo equipo o de un arreglo de éstos, para evaluar su aplicabilidad. Entre los modelos que se pueden ingresar al simulador se encuentran: modelos internos de columnas, correlaciones de transferencia de masa y área interfacial, y métodos de diseño. El código para estos

Operaciones Unitarias III

modelos es compilado con OpenWatcom compilers, el cual está vinculado dinámicamente y puede ser puesto aprueba usando un debugger. La versión Lite de este simulador presenta restricciones en algunas de sus aplicaciones, ya que se encuentra disponible gratis en la web como software de prueba para la adquisición del paquete completo.

4.- VAXA SOFTWARE Simulador de columnas destilación de mezclas binarias Hasta 6 etapas consecutivas de destilación Podemos simular hasta 6 etapas de destilación consecutivas, indicando la composición de cada etapa según el porcentaje de avance de cada destilación. Gráficas con 23 parámetros Podemos representar las composiciones del destilado o el residuo en masa, moles, fracción molar o porcentaje en masa. Tablas con 23 parámetros

Operaciones Unitarias III

Podemos tabular resultados con las composiciones del destilado o el residuo en masa, moles, fracción molar o porcentaje en masa.

Equilibrio Líquido-Vapor Podemos especificar el equilibrio líquido-vapor de dos formas: 1 - Volatilidad relativa alfa (si ésta es constante). 2 - Tabla de valores. Azeótropos Podemos trabajar con mezclas binarias que tengan azeótropos. Vea las tablas de equilibrio que se incluyen con la aplicación de: - Acetato de etilo - Etanol - Acetona - Cloroformo - Etanol - Agua - n-Heptano - Tolueno

Operaciones Unitarias III

Operaciones Unitarias III

5. Programa Interfaz de Aplicación de MatLab (API-MatLab) MatLab es un ambiente matemático cuyos elementos fundamentales de operación son las matrices, lo que permite su aplicación inmediata en la solución de problemas de álgebra lineal. Él incluye capacidades gráficas, un interprete rápido y estructuras básicas de programación cuya sintaxis es similar a la de ciertos lenguajes de programación como C, Fortran y Basic. Estas estructuras han permitido el desarrollo de herramientas, las cuales constituyen una colección de algoritmos especialmente diseñados para áreas de ingeniería como los sistemas de control, el procesamiento digital de señales, las redes neuronales, el control robusto, etc. Además de estas características, MatLab posee un ambiente gráfico de programación denominado Simulink, el cual, permite el análisis y simulación de sistemas lineales y no lineales mediante un lenguaje de programación gráfica, utilizando diagramas de bloques. Al realizar un modelo de un proceso implementado en simulink y ejecutar la simulación se puede observar en graficos en función del tiempo el comportamiento de una determinada variable. Si se desea interactuar con simulink a través de otra aplicación, una opción es utilizar el protocolo DDE. Para ello MatLab puede ser un cliente o un servidor. Si MatLab es un cliente es necesario construir una caja de dialogo en simulink con funciones que puedan iniciar una conversación DDE para intercambiar datos. Cuando MatLab es un cliente DDE dispone de las funciones siguientes: ddeinit: Inicia una conversación DDE ddepoke: Envía datos a una aplicación ddereq: Requiere datos de una aplicación ddeadv: Coloca un enlace aconsejado ddeexec: Envía una cadena para ejecución. Ddeunadv: Libera enlace aconsejado Ddeterm: Termina una conversación DDE Estas funciones son utilizadas para componer la función que permita el enlace con Lookout y LabVIEW. De manera que Matlab será un cliente DDE. Si MatLab actúa como servidor DDE, MATLAB es el nombre del servicio y los temas son System y Engine.

Operaciones Unitarias III

6. Programa Interfaz de Aplicación de Looko Lookout es un programa para automatización industrial que permite el desarrollo de HMI/SCADA con alto desempeño bajo Windows, Windows 95 y Windows NT. Lookout es un sistema orientado a objeto. Así que para crear una HMI simplemente se configuran los objetos y se colocan en la pantalla gráfica. Entre las ventajas a destacar de Lookout esta la de permitir una auténtica configuración en línea. Mientras se van creando y modificando los objetos, éstos reflejan de forma inmediata el comportamiento real, incluso al operar en modo edición. Esta capacidad permite realizar cambios a la interfaz del operador sin detener o interrumpir el proceso industrial. Adicionalmente Lookout posee una arquitectura basada en eventos, de forma que las aplicaciones son rápidas y aprovechan de manera eficaz los recursos del PC Al modelo de un proceso implementado en simulink, se le agrega una función que agrupa los datos relevantes del proceso para iniciar una conversación con Lookout que se desempeña como la aplicación servidora. La función incorporada al programa en simulink esta programada para incluir las funciones propias de MatLab que permiten establecer un enlace DDE. En la figura 2 se muestra un diagrama de flujo de la función ddeula implementada para integrar un proceso virtual en Matlab con Lookout

7.

MODELO COLUMNA

DE DE

DESTILACIÓN RADFRAC-ASPEN PLUS Existen columnas

varios modelos de en ASPEN PLUS para simular en estado estacionario una destilación. Estos son los nueve modelos disponibles: 1. DSTWU

4. Extract

Operaciones Unitarias III

7. PetroFrac 2. Distl 5. MultiFrac 8. RateFrac 3. RadFrac 6. SCFrac 9. BatchFrac Cuando se vaya a simular una columna, la elección del modelo depende del tipo de aplicación que se trate en el problema, de cuanta complejidad se quiera introducir en el diseño o ajuste de la columna, de si lo que se quiere es efectuar un estudio riguroso o simplemente preliminar y depende asimismo del volumen de resultados que se desee obtener una vez ejecutada la simulación. RadFrac es un modelo aplicable en un amplio número de situaciones y, además, ofrece suficiente complejidad y rigor en el cálculo, compatibles ambos con la sencillez en la construcción del modelo de columna en ASPEN PLUS. Es un modelo de columna de destilación bastante más riguroso que los basados en UnderwoodFenske o similares y más sencillo que los usados para destilaciones de crudo; pero tiene el suficiente rigor para destilaciones convencionales.

Operaciones Unitarias III

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS A. Marcilla Gomis, Introducción a las operaciones deseparación, 1998.Editorial Compobell, S. L. Murcia. Christie J. Geankoplis, Proceso de transpote y operaciones unitarias, Edición, 1998.Editorial Continental.

Tercera

Robert E. Treybal, Operaciones de transferencia demasa, Segund Edición, 1998. Editorial McCraw-Hill. E. J. Henley, J. D. Seader, Operaciones de separaciónpor etapas De equilibrio en ingeniería química, 1988.Editorial Reverte,S.A. Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriot,Operaciones Unitarias en Ingeniría Química, Cuarta Edición,1991. Editorial McCraw-Hill. LITTE, dym, El proceso de diseño en ingeniería. 2002.Editorial Lernusa S.A. México DF. Robert H. Perry, Perry’s Chemical Engeneers’Handbook, Sétima Edición, 1999. Editorial The Mac Graw-Hill, New York Humphey,J,L y G.E Keller II.(1997), Separation Process Techology. McGraw Hill, 36p. Wankat, Phillip C..(2007), Ingeniería de los Procesos de Separación. Prentice Hall, 245-255p. Triantafyllou, C., y Smith, R., (1992), The Design and Optimization of Fully Thermally Coupled Distillation Columns, Trans. Inst. Chem. Eng., 70, 118-132. Hernández, S., Pereira-Pech, S., Jiménez, A., y Rico-Ramírez, V., (2003), Energy Efficiency of an Indirect Thermally Coupled Distillation Sequence. The Can. J. Chem. Eng., 2003; 81 (5) 1087 [5] Hernández, S., y Jiménez, A., (1996), Design of Optimal ThermallyCoupled Distillation Systems Using a Dynamic Model. Trans Inst. Chem. Eng., 74, 357. Linkografia:

https://www.youtube.com/watch?v=1COIBRNdllw https://www.youtube.com/watch?v=nrfwebEYjM4 https://www.youtube.com/watch?v=1COIBRNdllw

Operaciones Unitarias III

https://www.youtube.com/watch?v=oLQ-K0yosRA