Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  1 de 16
Universidad Nacional del Callao
Facultad de Ingeniería Quím...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  2 de 16 
INTRODUCCIÓN 
En la industria, la  separación de component...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  3 de 16 
COLUMNAS DE DESTILACIÓN 
FUNDAMENTOS 
La destilación es,  ...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  4 de 16 
mediante dos tipos de estructuras mecánicas básicas: las e...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  5 de 16 
lo general cerca del centro de la columna. La parte por ar...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  6 de 16 
líquido  más  rico  en  el  componente  más  volátil  que ...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  7 de 16 
En cada plato se pone en contacto el líquido que desciende...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  8 de 16 
La  columna  consta  de  tres  partes  principalmente,  la...
Balance de Materia y Energía 
Columnas de destilación  9 de 16 
Figura 1: Diagrama esquemático de la columna de destilació...
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Columnas de destilación  10 de 16 
PERFILAJE GAMMA 
El perfilaje gamma es una técnica de dia...
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Columnas de destilación  11 de 16 
La  figura  ilustrada  arriba  representa  esquemáticamen...
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APLICACIONES INDUSTRIALES 
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PET...
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la temperatura de ebullición los productos obtenidos a pa...
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Mezclas  Naftas  Gasolina  motor,  extra  y 
corriente 
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la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de Materia P...
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· Los vapores producidos van a pasar a través de una ducha...
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  1. 1. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  1 de 16 Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Química BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Tema: Columnas de destilación Profesor: Zavaleta Ortiz Jack Grupo: N°9 Integrantes: Ruck Puerta Gisella 030739­E Sedano Merlo Deysi 030792­C Tolentino Patiño Shirley 030759­F 2007
  2. 2. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  2 de 16  INTRODUCCIÓN  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.
  3. 3. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  3 de 16  COLUMNAS DE DESTILACIÓN  FUNDAMENTOS  La destilación es,  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 estructura 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 permitiendo 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
  4. 4. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  4 de 16  mediante dos tipos de estructuras mecánicas básicas: las estructuras de platos  o  bandejas  y  las  estructuras  de  empaques.  Ambas  estructuras  pueden  encontrarse en una misma columna dependiendo de su diseño y utilización.  Estructura de platos  En  la  figura  de  la  derecha  se  muestra  un  corte  longitudinal de un sector de una torre con estructuras  de platos de un solo bajante. Tal como se aprecia, los  bajantes de los platos van alternándose a un lado y al  otro de la torre sucesivamente obligando al líquido a  recorrer un largo camino zigzagueante hacia la parte  inferior de la torre. El gas se desplaza en la dirección  contraria, es decir hacia arriba, tal como lo indican las  flechas  y  pasa  de  un  plato  a  la  región  del  plato  inmediato superior a través de unos ductos ubicados  en la parte activa de los mismos donde se realiza el  contacto entre el líquido que baja y el gas que sube.  Los ductos pueden ser simples orificios o estructuras  compuestas  por  partes  rígidas  o  movibles  cuya  función  es  ayudar  a  impedir  el  desplazamiento  del  líquido hacia abajo a través de los ductos, facilitando  el transporte del gas hacia arriba de modo de forzar  el contacto gas­líquido sobre la parte activa del plato.  Existen  platos  con  dos  y  tres  bajantes  cada  uno,  platos  de  chimeneas  y  otros  para  funciones  especiales.  Estructura de empaques  Una  zona  de  empaque,  está  compuesta  por  un  agregado  de  pequeños  elementos  de  empaque  que  pueden  ser  metálicos,  cerámicos  o  plásticos  y  que  se  acumulan  en  una  región  de  la  torre  donde  cumplen  la  función  de  maximizar el contacto entre el líquido que baja y el gas que sube. Las zonas  empacadas  se  usan  preferentemente  en  procesos  de  destilación  al  vacío  donde  se  requieren  bajas  diferencias  de  presión.  Esta  acumulación  de  las  pequeñas  estructuras  en  la  zona  de  empaque  puede  ser  ordenada  o  desordenada dependiendo de la función que deba cumplir.  Desde  mediados  del  siglo  pasado los  equipos  más  utilizados industrialmente  estaban  hechos  de  acero  o  de  otro  tipo  de  metal  y  recibieron  el  nombre  de  columnas de rectificación o columnas de destilación. Se trata de un equipo que  consta de un calderín o rehervidor (en el cual se genera vapor), una columna  con  platos  o  con  empaques  (en  la  cual  se  lleva  a  cabo  la  rectificación,  al  ponerse los vapores en contracorriente con el líquido) y un condensador (en el  cual  se  condensan  los  vapores  salientes  del  domo,  se  regresa  parte  de  ese  líquido  como  ‘‘reflujo’’  y  se  extrae  parte  del  mismo  como  un  destilado  o  producto del domo), figura 3. En estas columnas, la alimentación se efectúa por
  5. 5. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  5 de 16  lo general cerca del centro de la columna. La parte por arriba de la alimentación  recibe el nombre de sección de rectificación o de enriquecimiento y la parte de  abajo sección de agotamiento.  El aparato utilizado en la actualidad en la destilación continua está constituido  por tres equipos integrados: un generador de vapor, rehervidor o calderín, un  elemento  que  pone  en  contacto  vapor  y  líquido,  columna  de  platos  o  empacada, y un condensador, que es un cambiador de calor enfriado por agua  o por un refrigerante (figura 3).  La  rectificación  o  destilación  continua  con  etapas  y  con  reflujo  puede  considerarse,  de  forma  simplificada,  como  un  proceso  en  el  cual  se  lleva  a  cabo  una  serie  de  evaporaciones  y  condensaciones.  Estos  fenómenos  se  llevan a cabo en los platos o charolas de la columna de destilación. Para ello, el  líquido de cada etapa fluye por gravedad a la etapa inferior y el  vapor de cada  etapa lo hace hacia arriba, a la etapa superior. Por consiguiente, en cada etapa  entra una corriente de vapor G y una corriente líquida L, las que se mezclan  para transferir masa y tratar de alcanzar el equilibrio. La forma de lograrlo es la  creación  de  una  interfase  líquido­vapor  lo  más  extensa  posible.  La  principal  resistencia a la transferencia de masa está en la fase vapor, por lo que se han  diseñado  aparatos  y  dispositivos  en  los  que  el  vapor  burbujee  dentro  del  líquido, para obtener así una mayor superficie de transferencia. Sin embargo,  no  es  posible  lograr  que  las  corrientes  que  salen  de  una  etapa  estén  en  equilibrio,  de  allí  que  se  hable  de  eficiencia,  que  es  una  medida  del  acercamiento al equilibrio. Los platos reales de una columna tienen eficiencias  menores  que  100  por  ciento.  Como  ya  se  mencionó,  el  principio  de  funcionamiento de la columna (figura 3) es poner en contacto un vapor con un
  6. 6. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  6 de 16  líquido  más  rico  en  el  componente  más  volátil  que  el  correspondiente  al  equilibrio. Al mezclarse íntimamente, el vapor tenderá a ponerse en equilibrio  con  el  líquido,  condensándose  parte  del  componente  menos  volátil  y  evaporándose  el  más  volátil.  Mediante  la  repetición  de  esos  contactos  a  contracorriente, el vapor se irá enriqueciendo y el líquido empobreciendo (en el  componente más volátil) hasta alcanzar las composiciones del destilado y del  residuo respectivamente. Como el proceso consiste en poner en contacto vapor  con líquido  y  a la  columna  no  le  entra  más  que la alimentación,  el  vapor  se  genera  evaporando  parte  del  residuo  o  fondos,  y  el  líquido  retornando  a  la  columna  parte  del  destilado,  que  son  las  mezclas  más  pobres  y  más  ricas,  respectivamente, en el componente más volátil. La energía para que la torre  funcione así es proporcionada por el calor que se introduce en el rehervidor, el  cual causa la evaporación de parte del líquido que llega a éste. La corriente de  vapor,  conforme  asciende  por  la  torre,  se  enriquece  en  el  componente  más  volátil.  Esta  corriente  se  condensa  en  el  condensador  y  una  parte  de  ese  líquido se regresa ­ refluja ­  hacia la columna y otra parte se extrae del domo  como destilado o producto. La corriente del líquido que se refluja desciende por  gravedad y se va enriqueciendo con el componente más pesado. Este proceso  de enriquecimiento y empobrecimiento en determinados componentes se lleva  a  cabo  en  etapas  sucesivas  de  la  torre.  Para  entender  más  fácilmente  este  mecanismo es conveniente referirse a la figura 6, en la que se representa un  plato  y  las  concentraciones  del  líquido  volátil  en  las  corrientes  líquidas  y  de  vapor.
  7. 7. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  7 de 16  En cada plato se pone en contacto el líquido que desciende del plato superior,  Ln­1,  con  el  vapor  que  sube  del  plato  inferior,  Gn+1.  Cuando  la  etapa  se  comporta de manera ideal se alcanza el equilibrio y las concentraciones son las  correspondientes a la temperatura de equilibrio alcanzada, es decir, cuando la  temperatura  de  ambas  corrientes  es  la  misma  (tn).  En  estas  condiciones,  la  concentración del componente ligero en el líquido (Xn) y la concentración en el  vapor  (Yn)  son  las  concentraciones  en  el  equilibrio.  Aquí  se  puede  apreciar  también  el  efecto  del  empobrecimiento  y  enriquecimiento  mencionados.  La  concentración  del  líquido  que  desciende,  X  n­1,  es  mayor  que  Xn,  pero  la  concentración del vapor que sube aumenta, es decir, Yn es mayor que Y n­1.  COLUMNA DE DESTILACIÓN BATCH MULTICOMPONENTE  Descripción del Proceso  La columna tiene 162 mm de diámetro, y está rellena con un material Sulzer  Mellapack 250 Y. La altura de la columna es de 8  m, y consta de 20 platos  incluyendo  rebolier  y  condensador.  La  entrada  al  sistema  es  la  denominada  relación de reflujo, en tanto que las variables de salida son las concentraciones,  a la salida de la columna, de las tres componentes de la mezcla.  Una  dificultad  que  se  presenta  para  la  identificación  de  una  columna  de  destilación  es  que  usualmente  la  medición  de  las  variables  de  interés  (e.g.,  composiciones) es costosa y en general no puede realizarse online.  Esto hace que la cantidad de datos disponibles para realizar la identificación  sea en general escasa, lo que dificulta el uso de los métodos tradicionales de  identificación.  Se  recurre  entonces  al  empleo  de  algún  paquete  software  (específico  para  Control  de  Procesos)  que  permita  implementar  un  modelo  riguroso  de  la  columna,  basado  en  principios  físicos,  y  luego  utilizar  este  modelo  para  generar  (via  simulación)  suficientes  datos  para la identificación.  Como resultado del proceso de identificación se obtiene entonces un modelo  de orden reducido del proceso, que es apropiado para su uso en el diseño de  controladores (en contraposición al modelo riguroso que es en general de un  orden elevado).  RECTIFICACION EN COLUMNA EMPACADA  Entre las características del empaque que son necesarias para el diseño de la  torre están:  El  porcentaje de huecos %  El área especifica.  El número de piezas por metro cúbico.  La densidad aparente.
  8. 8. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  8 de 16  La  columna  consta  de  tres  partes  principalmente,  la  columna  propiamente  dicha, el condensador en la parte superior y el calderón o  hervidor en la parte  inferior.  El  vapor  sale  por  la  parte  superior  de  la  columna  hacia  el  condensador  de  donde una parte se retira como destilado y la otra regresa a la columna como  reflujo.      El  líquido  desciende  por la  columna  hacia  el  hervidor  en  el  que  se  evapora  parcialmente.      Los  vapores    regresan  a  la  columna  y  el  líquido  residual se queda en el fondo para ser retirado posteriormente.  En este caso se trabaja con una destilación  por lote, esto es, que la carga de  alimentación  se  hará  al  inicio  de  la  corrida  y    se  irán  retirando  el  producto  deseado por el corte de domo, manteniendo el   reflujo constante.  En esta destilación el vapor  que  sale en cualquier momento, está en equilibrio  con e1 líquido, de manera que tanto la composición como el punto de ebullición  de éste último varían continuamente durante la operación.  Para  el  caso  de  una  mezcla  binaria,  la  relación  entre  la  cantidad  de  liquido  inicial Lo y el líquido al final de la destilación t, viene dada por la ecuación de  Lord Rayleigh, la cual resulta de efectuar un balance de materia en el proceso:  sea  una  mezcla  de  dos  componentes  solubles,  designemos  por  L al  número  total de moles, de la misma, por x a la fracción mal del componente más volátil  del liquido y por y a la fracción molar del mismo componente en el vapor de  equilibrio con el liquido original. Sean dL las moles que hay que vaporizar el  liquido perderá una cantidad diferencial del componente más  volátil  y el vapor  lo ganara.  La columna de destilación binaria que se considera es la denominada Columna  A, La columna tiene 40 platos y produce la separación de una mezcla binaria  con una volatividad relativa de 1.5, en productos con un 99 % de pureza. El  modelo  se  realizó  basándose  en  balance  de  masa  y  balance  de  energía  en  estado  estacionario,  y  consiste  de  un  conjunto  de  ecuaciones  diferenciales  algebraicas  no  lineales.  Las  siguientes  hipótesis  fueron  usadas  para  la  construcción del modelo: mezcla binaria; presión constante; volatividad relativa  constante; equilibrio en todas las etapas; flujo molar constante; no existencia de  vapor holdup; dinámica de líquido linealizada, pero que afecta al flujo de vapor  (el denominado efecto "K2") ha sido incluido. La columna tiene 40 platos, un  recalentador en la base y un condensador del flujo de salida en el tope de la  columna. Un diagrama esquemático de la columna se representa en la Figura1.
  9. 9. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  9 de 16  Figura 1: Diagrama esquemático de la columna de destilación binaria.  Este  proceso  ha  sido  estudiado  por  diversos  investigadores  y  representa  un  problema paradigmático de control de procesos. Las entradas del sistema son  el  flujo  de  alimentación  F  (feed  flow  rate),  la  composición  del  flujo  de  alimentación zF  (feed composition), el flujo de vapor V (vapor flow rate), y el  factor de reflujo L (reflux ratio). Típicamente, las variables manipuladas son el  factor  de  reflujo  y  el  flujo  de  vapor,  en  tanto  que  las  otras  entradas  se  mantienen  constantes,  y  sus  variaciones  alrededor  del  valor  nominal  son  consideradas como perturbaciones. Las salidas del sistema son el flujo en el  tope de la columna D, la composición en el tope de la columna xD, el flujo en la  base  de  la  columna  B,  y  la  composición  en  la  base  de  la  columna  xD.  Las  salidas de interes (i.e., las variables controladas) son las composiciones en el  tope y en la base de la columna, y típicamente el objetivo de control es lograr  un  determinado  porcentaje  de  pureza  en  la  composición  en  el  tope  de  la  columna y en la base de la columna. Este problema se conoce como problema  de  control  de  composición  dual  y  la  configuración  de  Figura  1,  denomina  configuración L­V.  Condiciones nominales de operación
  10. 10. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  10 de 16  PERFILAJE GAMMA  El perfilaje gamma es una técnica de diagnóstico que se aplica, principalmente,  al  estudio  de  columnas  de  destilación.  Se  basa  en  el  diferente  grado  de  atenuación  que  sufre  la  radiación  gamma  cuando  atraviesa  materiales  de  distinta densidad. Por medio del análisis de un perfil vertical de densidad es  posible identificar problemas sin detener el proceso en estudio y sin contacto  físico,  mejorando  así  la  eficiencia  operativa  del  mismo  y  reduciendo  los  tiempos de parada para mantenimiento.  Principio de funcionamiento  Cuando se interpone un material entre una fuente emisora de radiación gamma  y un detector, la intensidad de radiación original resulta reducida en razón de  las  diversas  interacciones  que  tienen  lugar  entre  los  fotones  gamma  y  los  átomos  del  material.  A  igualdad  de  otros  factores,  el  grado  de  atenuación  sufrida por la radiación incidente resulta ser función de la densidad del material  interpuesto.  El  perfilaje  gamma  consiste  en  desplazar,  en  forma  simultánea,  una  fuente  radiactiva y un detector a lo largo de la columna bajo estudio. Ambos suelen  estar  ubicados  (aunque no  es la  única  posibilidad)  en  forma  diametralmente  opuesta, de manera de que la columna se interponga entre ambos.  Líquido, gas, espuma, platos, empaques y cualquier otro componente que se  encuentre  en  el  interior  de  la  columna  atenuará  el  haz  de  radiaciones  en  diferente  grado.  En  consecuencia,  si  se  grafica la  respuesta  del  detector  en  función de la altura se obtendrá un perfil vertical de densidad en el que, con  cierta práctica, puede reconocerse cada componente.  Gas  Gas  Espuma  Plato  Líquido
  11. 11. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  11 de 16  La  figura  ilustrada  arriba  representa  esquemáticamente  algunos  de  los  componentes  que  pueden  encontrarse  en  una  columna  y  la  respuesta  ideal  que  se  obtendría  al  efectuar  un  perfil  gamma.  Pero  en  una  columna  de  destilación  real  existen  muchas  otras  regiones  en  su  interior  formadas  por  materiales  diversos,  unos  de  tipo  estructural  fijo  como  bandejas,  tuberías  y  chimeneas,  y  otros  compuestos  por  los  fluidos  bajo  tratamiento,  los  cuales  pueden  estar  en  fase  líquida  o  gaseosa  y  que  pueden  desplazarse  continuamente a lo largo de la estructura interna de la columna o torre. De este  modo la representación de un perfilaje gamma de un sistema real dinámico, así  como su interpretación, resulta mucho más compleja que el diagrama expuesto  en la figura anterior.  Detección de problemas  La figura siguiente muestra el perfil gamma que se obtendría en condiciones  reales  en  una  columna  con  estructura  de  platos  en  perfecto  estado  de  funcionamiento.  La  existencia  de  problemas  que  afecten  el  correcto  funcionamiento  de  la  torre  se  traduce  en  diversas  alteraciones  en  el  perfil  presentado  en  dicha  figura.  A  la  derecha  de  la  misma,  se  enumerarán  distintas  causas  de  mal  funcionamiento  de  una  torre  que  pueden  ser  identificadas a través del análisis de un perfil gamma.  Caída  de  un  plato:  se  produce  cuando  uno  de  los  platos  se  desprende  total  o  parcialmente.  Inundación:  se  presenta  cuando  una  obstrucción  impide  o  dificulta  el  normal  desplazamiento de líquido hacia los platos  inferiores.  Arrastre:  ocurre  cuando  la  diferencia  de  presión  entre  un  plato  y  el  inmediato  superior es muy elevada, de modo que el  líquido que entra es arrastrado hacia arriba  mezclando  nuevamente  gases  con  líquidos.  Lluvia:  es  el  desplazamiento  del  líquido  por  los  ductos  de  gas,  probablemente  dañados,  de  la  parte  activa  de  un  plato  hacia el inferior.  Formación  de  espuma:  la  aparición  de  burbujas  de  gas  sobre  la  superficie  del  líquido  dificulta  el  desplazamiento  del  gas  hacia  arriba,  reduciendo  la  calidad  de  separación del plato.
  12. 12. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  12 de 16  APLICACIONES INDUSTRIALES  APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA  El petróleo, por si mismo es un conjunto de hidrocarburos. Sin embargo, los  derivados del petróleo se pueden obtener luego de algunos procesos químicos.  Un modo para destilar el petróleo crudo es la destilación fraccionada. Mediante  este modo se obtienen fracciones y no productos puros.  Para destilar el petróleo se utilizan las conocidas refinerías. Estas son enormes  complejos donde se somete al petróleo crudo a procesos de separación  en los  cuales se extrae gran variedad de sus derivados.  Las torres de destilación industrial para petróleo poseen alrededor de 100  bandejas.  Dentro  del  petróleo  existen  varios  compuestos  de  los  cuales  se  obtienen alrededor de 2.000 productos.  La destilación fraccionada se realiza principalmente basándose en temperatura  ebullición.  Cada  sustancia  dentro  del  petróleo  destila  a  distinta  temperatura.  Entonces,  a  partir  de  una  temperatura  fija  se  obtiene  una  sustancia  predeterminada. Por ejemplo: se calienta el crudo hasta los 100 ªC de donde  se obtiene nafta, luego se sigue calentando el petróleo restante para obtener  otras  sustancias  buscadas  en  temperaturas  hasta  llegar  a  los  350­400  C,  temperatura en la cual el petróleo empieza a descomponerse. Es por esto que  dentro  de  las  refinerías  se  somete  al  petróleo  crudo  a  determinadas  temperaturas en distintas instancias. De este modo, los componentes se van  desprendiendo de una manera ordenada.  En el siguiente cuadro se pueden ver distintos derivados (los más importantes)  del petróleo. El porcentaje de extracción respecto a la cantidad total del crudo,
  13. 13. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  13 de 16  la temperatura de ebullición los productos obtenidos a partir de la cantidad de  homos de carbono de cada componente, se pueden ver en la siguiente tabla:  % Salida  Temp. de  Ebullición( C)  homos de C  Productos  Obtenidos  2  < 30  1 a 5  Hidrocarburos  ligeros  15 a 20  30 200  5 a12  Gasolinas, naftas  5 a 20  2 300  12 a 15  Queroseno  10 a 40  300  400  15 a 25  Gas­oil  Residuo  + de 400  + de 25  Lubricantes,  alquitrán  Las refinerías están compuestas por altas torres que contienen varios platos en  los cuales se lleva a cabo el contacto entre la fase líquida y vapor. El vapor es  generado por medio de calentamiento del líquido de fondos que se compone  básicamente  de  la  sustancia  menos  volátil  del  sistema  y  por  tanto  está  a  la  mayor temperatura de la torre, mientras que el líquido que va descendiendo a  través de la torre desde el primer plato, el cual es más rico en el componente  más  volátil  y  está  con  la  menor  temperatura  de  la  torre,  es  obtenido  del  condensado del vapor más ligero. La alimentación de la torre puede consistir  desde  líquido  subenfriado  hasta  vapor  sobrecalentado,  lo  cual  modifica  el  número de platos necesarios para la separación deseada.  Recorrido del crudo  El  petróleo  crudo  pasa  primero  por  un  horno,  donde  se  calienta  (hasta  un  mínimo 400 C), y se convierte en vapor, pasando luego hacia las altas torres.  Una vez en las torres, los vapores ingresan (por debajo) y suben hasta llegar a  las  bandejas.  Mientras  los  vapores  van  subiendo,  se  van  enfriando,  ya  que  pierden  calor  y  se  depositan  automáticamente  en  sus  respectivas  bandejas.  Luego de entrar en las bandejas, cada sustancia tiene ya su lugar determinado,  mientras  que  el  resto  del  petróleo  que  no  se  evaporo  (crudo  reducido)  cae  hacia la base.  De  esta  manera  se  obtienen:  grasas,  acpm,  queroseno,  turbosina,  nafta  y  gases  ricos  en  butano  y  propano.  Los  demás  derivados  del  petróleo  se  obtienen luego, al realizarse otros procesos químicos al crudo reducido.  Las diferentes torres de destilación se podrán clasificar de la siguiente manera:  Proceso  Material Entrante  Producto Final  Destilación al vacío  Crudo reducido  Gases, parafinas, residuos  Craqueo catalico  Gases, crudo reducido  Gasolina, gas propano  Recuperación de Vapores  Gases  ricos  de  otras  plantas  Combustible,  gas  propano,  butano y propileno
  14. 14. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  14 de 16  Mezclas  Naftas  Gasolina  motor,  extra  y  corriente  Unidad de parafinas  Destilados  paraficos  y  naftacos  Parafinas  y  bases  lubricantes,  azufre,  combustible.  En promedio, por cada barril de petróleo que entra a una refinería se obtiene 40  y 50 por ciento de gasolina.  Producción de gasolina y similares  Tras la desalinización y purificación del crudo, se procede a fraccionarlo en sus  componentes individuales en columnas de destilación. El crudo, a temperaturas  que  pueden  alcanzar  hasta  400°C  (752°F),  y  en  su  mayor  parte  en  forma  gaseosa,  se  introduce  en  la  columna  de  destilación,  donde  se  condensa  en  bandejas intermedias a temperaturas diferentes. Cuanto más bajo sea el punto  de ebullición de los productos, más ascenderá cada condensado. La medición  de  la  temperatura,  de  la  presión  y  del  nivel  del  producto  es  de  capital  importancia  para  asegurar  un  funcionamiento  óptimo  de  la  columna  de  destilación.  APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA CERVECERA  El  proceso  de  Elaboración  de  Cerveza  consta  de  tres  etapas  claramente  definidas,  que  son  Cocimiento, Fermentación  y  Reposo las  cuales  dependen  exclusivamente del tipo de cerveza que se piensa elaborar, debido a que según
  15. 15. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  15 de 16  la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de Materia Prima. Esta es una de  las  causas  principales  por  las  cuales  existen  tantas  variedades  de  cerveza.  Siendo las otras él. · Tipo y naturaleza de Agua cervecera · Tipo y naturaleza de levadura cervecera · Tiempos y Temperaturas en Cocimiento · Tiempos y Temperaturas en Fermentación  Luego pasa por  el proceso de destilación y deshidratación:  El mosto se destila  en dos etapas. En ambas se utiliza además de vapor el calor residual de otras  zonas. El número recomendado de platos para la separación agua etanol es de  60 platos separados distancias que van desde los 600 mm a los 500 mm.  La  primera  etapa  es  en  una  columna  de  destilación  y  una  columna  destrozadora  que  produce  vapores  de  alcohol  con  un  contenido  del  45%  de  alcohol y el bagazo más los vinazos que serán objeto de proceso de obtención  del pienso.  La columna de destilación tiene 22 platos separados a una distancia de 600  mm.  A  esta  columna  es  a la  que  entra  el  flujo  de  cerveza  proveniente  de la  fermentación. Los flujos de salida que vamos a tener van a ser: · Cerveza con un grado alcohólico entorna al 25%, parte de este flujo se  recirculará  y  se  condensará  para  provocar  una  lluvia  en  la  torre  de  destilación. · Vinazos que irán al proceso de secado y evaporación. · Parte del condensado que tenemos en la parte baja de la torre pasará a  través de un hervidor que lo convertirá en gas por medio de un aporte de  vapor de agua. · La columna destrozadora cuenta con 16 platos separados a 500 mm. A  esta  columna  llega  el  flujo  de  cerveza  proveniente  de  la  columna  de  destilación. · Cerveza con un grado alcohólico entorno al 45%, parte de este flujo se  recirculará  y  se  condensará  para  provocar  una  lluvia  en  la  columna  destrozadora. · Vinazas que irán al proceso de secado y evaporación. · Parte del condensado que tenemos en la parte baja de la torre pasará a  través de un hervidor que lo convertirá en gas por medio de un aporte de  vapor de agua.
  16. 16. Balance de Materia y Energía  Columnas de destilación  16 de 16 · Los vapores producidos van a pasar a través de una ducha de vahos  con compacto, el condensado se va a recircular.  La segunda etapa eleva el grado de la solución alcohólica a 95% mediante su  paso  por  una  columna  rectificadora.  El  número  de  platos  es  de  22  y  la  separación entre ellos es de 500 mm.  En la columna rectificadora vamos a tener también el rehervidor en la base de  la columna y la recirculación de parte del alcohol húmedo que tenemos en la  parte superior de la columna.  Estos vapores con contenido alcohólico de 95­96% se recalientan de nuevo y  se introducen en el tamiz molecular. Estas, tienen en su interior un lecho de  zeolitas específicamente, muy absorbente capaz de absorber a la temperatura  y  presión  del  proceso,  el  agua  de  los  vapores  alcohólicos  elevando  la  concentración a más del 99,75%.  Una  columna  trabaja  en  modo  deshidratación  mientras  la  otra  regenera.  La  regeneración  del  lecho  se  efectúa  por  inmersión  en  alcohol  deshidratado,  obteniéndose una solución alcohólica de 60ºC de concentración que se envía a  la columna rectificadora.  El  alcohol  así obtenido,  se enfría  y  se  manda  a los  tanques  del  almacén  de  alcohol para su expedición  REFERENCIAS  http://www.fquim.unam.mx/sitio/edquim/72/72­pol­2.pdf  http://www.noldor.com.ar/noldorweb/detalles/perfilaje.htm  http://www.vega.com/esn/5376.htm

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