Diseño de torres de destilación

4. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

4.1 Destilación

La destilación es una operación unitaria cuyo funcionamiento se basa en el
equilibrio líquido-vapor, considerando que en la fase gaseosa existe una alta
concentración de componentes ligeros y en la fase líquida alta concentración de
componentes pesados, y su objetivo es la separación de una mezcla para obtener alguno
de los compuestos de lamezcla con un grado de pureza determinado.

En la figura 1 se muestra el esquema de una columna de destilación con sus
partes más importantes.

Figura 1. Diagrama de una torre de destilación

Una columna de destilación está compuesta en su interior de platos, en cada uno
de los cuales ocurre un equilibrio líquido-vapor y se favorece la transferencia de masa
entre las dos fases, con elobjetivo de que al llegar la mezcla al domo de la torre, se
tenga una mayor pureza del componente ligero. Dentro de la torre existe un flujo de
vapor que sube de plato en plato y un flujo de líquido que proviene de la parte superior

de la torre y desciende también de plato en plato. En el domo de la torre existe un
condensador, el cual tiene la función de condensar el vapor que sale del domo de latorre, obteniendo así el destilado. Una parte de este regresa a la torre para favorecer la
transferencia de masa entre las fases y mantener el flujo de líquido. A la relación entre el
líquido que regresa a la torre y el destilado que se toma como producto se le llama
relación de reflujo, y es un parámetro de suma importancia para el análisis y diseño de la
torre de destilación.

Paraanalizar o diseñar una torre de destilación existen varios métodos, y se
clasifican en métodos gráficos, métodos cortos y métodos rigurosos.

En los métodos gráficos, sólo es posible el análisis de una torre de destilación
con una mezcla binaria, y sólo son útiles para un diseño muy preeliminar. Los métodos
gráficos más empleados son McCabe-Thiele y Ponchon-Savarit. El primero emplea un
diagramade fracciones mol en líquido y vapor para el análisis, mientras que el segundo
utiliza un diagrama entalpía contra fracción mol a presión constante.

Los métodos cortos emplean ecuaciones que relacionan los parámetros
importantes en la torre, sin integrar métodos de predicción de propiedades en sus
cálculos, y son aplicables a destilación multicomponente. Algunos de estos métodos sonFenske-Underwood-Gilliland (FUG) y Edminster.

Los métodos rigurosos involucran modelos matemáticos de predicción de
propiedades en sus cálculos para obtener los parámetros de la torre. Este tipo de
métodos son bastante complejos, de tal manera que ya se encuentran programados en
simuladores de procesos. Estos métodos son cada vez más usados dada su exactitud y
también a que, si bien lasdesventajas son su laboriosidad y prolongado tiempo de
cálculo, los programas computacionales ahora dejan de lado estos aspectos. Algunos
ejemplos de estos métodos son: punto de burbuja, corrección simultánea e inside-out.

4.2 Método corto de diseño Fenske-Underwood-Guilliland (FUG)

Los métodos cortos son empleados para realizar un diseño aproximado de una
torre de destilación. Estos métodos hacensuposiciones tales que simplifican de manera
significativa el cálculo de los parámetros de la torre. Sin embargo, esto los vuelve menos
exactos, aunque sus resultados son bastante aceptables, y su aplicación es conveniente
si no se tiene un método riguroso programado o si no se dispone del tiempo para
programarlo.

El método Fenske-Underwood-Gilliland (FUG) está basado principalmente encuatro ecuaciones, las cuales predicen los parámetros de la torre dando como datos la
distribución de los componentes claves en el fondo y el domo de la torre, la relación de
reflujo en la torre, el plato de alimentación y el perfil de presiones en la torre.

Las ecuaciones que integran el método FUG son las siguientes:

•

Ecuación de Fenske: calcula el número mínimo de etapas de...