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8/16/2019 05 Dest Cont Cont v4
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DESTILACIÓN POR
CONTACTO CONTINUO
Destilación por contacto continuo Descripción del sistema
Análisis de los diferentes problemas: Diseño /Operación / Control
Planteamiento del cálculo
Extensiones al modelo
Ejemplo
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Planteamiento inicial
Misma estructura general
En vez de etapas, relleno
Las condiciones de trabajo “opuestas”: Inmediatamente después del contacto, cambiamos de
condiciones
Rellenos
Anillos Fenske
Hélices
Sillas Intalox
Anillos Pall
Sillas BerlAnillos de vidrio
Anillos Raschig
Objetivo
Dar área / tiempo de contactoCon un coste mínimo
Con unas pérdidas de carga mínimas
Con un mantenimiento mínimo
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Caracterización de la columna
Relleno Tipo y disposición (aleatoria vs. estructurada) Características resultantes
Área de contacto equivalente (“a” m2/m3 de volumen) Correlaciones para determinar la pérdida de carga Coste (por unidad de volumen)
Volumen área de contacto y tiempo de contacto
Diámetro y altura velocidad
Pérdida de carga
Características de contacto coeficientes de transporte
Situación de los puntos de entrada y salida
(NC+2) + 5 (+ tcontacto – eqtransporte) Alimentación Conocida (NC+2)
Alimentación “donde toca”
Condensador Total sin subenfriamiento
Rel. reflujo Optimización económica
2 especificaciones Independientemente del número de componentes
Grados de libertad
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Situaciones típicas:Diseño Dadas dos especificaciones de pureza (cabeza y colas,
Clave Ligero y Clave Pesado)
Determinar las características necesarias de la (mejor)columna que las cumpla Hipótesis: tipo de relleno, RRóptima, Cond. Total, zalim Datos: equilibrio, transferencia, propiedades
Cálculos básicos: entalpía Otros cálculos: pérdidas de carga, pérdidas de calor, eficiencia ?,…
Determinar el “modo de funcionamiento”
Incluyendo las corrientes internas ¿Optimización ? ¿Especificaciones ? ¿Rróptima?
Situaciones típicas:Operación Dadas las características de la columna Cantidad y características del relleno
Dimensiones de la columna y punto(s) de alimentación
Y dado el modo de funcionamiento p. ej.: RR , Qcald y Qcond (o “tipo” de condensador)
Determinar los productos (P, T, composición, caudal) Incluyendo la distribución por la columna
¿No hay optimización ?
¿Hay DOFs?
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Situaciones típicas:Control Dadas las características de la columna
Cantidad y características del relleno Dimensiones de la columna y punto(s) de alimentación
Y dadas unas especificaciones de pureza Eventualmente priorizadas y valoradas: Tal vez no se puedan cumplir
todas
Determinar el (mejor) modo de funcionamiento para cumplir lasespecificaciones p. ej.: RR , Qcald y Qcond
Determinar los productos (P, T, composición, caudal) Incluyendo la distribución por la columna
¿Optimización? ¿Hay DOFs ? Normalmente se desean más cosas que DOFs Priorización (pero no “absoluta” Optimización económica)
Planteamiento inicial Dividir la columna en secciones “infinitesimales”
En cada rebanada Caracterización de la transferencia
Mismos balances y procedimientos que para el modelo deetapas
V y
V y+d(Vy)≅V(y+dy)
SdZaPPk N GiGG
)( −=
dZ
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[ ] [ ]
[ ] [ ]∫∫ ∫ =
−
⋅
=
−
⋅⋅
=
⋅⋅−⋅=⋅⋅−⋅=⋅
... y y
dy
ak
V
y y
dy
Pak
V SdZ
adZ S y yk adZ S PPk dyV
i yiT G
Gi yGiG
[ ]
[ ]∫ ∫ −
⋅⋅
=
⋅⋅−⋅=⋅
y y
dy
Pak
V SdZ
adZ S PPk dyV
iT G
GiG
Planteamiento del cálculo
)()( Li LiGG C C k PPk −=−
V y
V (y+dy)
SdZaPPk N GiGG )( −=
dZ
ContradifusiónEquimolar
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Estrategia general de cálculo
Muchas ecuaciones (sistema “en banda”) Transferencias No lineales
Difíciles de caracterizar (k NO son necesariamente “constantes”)
Muchas de ellas acopladas (Propiedades Condiciones) MÉTODO ITERATIVO
O iteramos nosotros, o itera el ordenador
Vista global (FUNDAMENTAL) para estimar Balances de masa
En más fácil de razonar sobre “Balances de masa” que sobre“composiciones”
EPS ! Claro ! No hay “balance de composiciones”
Fijar DOFs Hipótesis sobre D
O SOBRE LO QUE QUERAMOS !
Ir hacia adentro progresivamente Estimar lo que haga falta (pero apuntarlo !) Resolver y seguir
Al final, lo que no cuadre nos dirá como cambiar lo que seha “estimado”
Probar nuevos valores de los DOFs (OPTIMIZAR!)
Resolución: Bucle básico
F, xF
D’, xD
B’, xB
S e c t o r d e
e n r i q u e c i m i e n t o
S e c t o r d e
a g o t a m i e n t o
Ln, xn
Vn+1 yn+1
Lm xm Vm+1 ym+1
Superficie I
Superficie II
[ ]∫ ∫ −
⋅
=⋅
y y
dy
ak
V dZ S
i y
...'... ++=+ D LV
x y V L xi yi S∆zCab.
F
Cola
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Casos particulares
F, xF
D, xD
B, xB
S e c t o r d e
e n r i q u e c i m i e n t o
S e c t o r d e
a g o t a m i e n t o
Ln, xn
Vn+1 yn+1
Lm xm Vm+1 ym+1
Superficie I
Superficie II
[ ]
ak
K
ak aK Kx y
y y
dy
aK
V dZ S
x y y
T y
+=→=
−
⋅
=⋅∫ ∫
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*
...'... ++=+ D LV x y V L y* S∆z
Cab.
F
Cola
Situaciones típicas Problema de diseño Las especificaciones permiten empezar la iteración sobre
datos seguros….
Problema de operación Un punto inicial incorrecto puede provocar resultados
absurdos problemas de convergencia
Problema de control El rango de variación de las variables es muy limitado
El cambio de caudales, además de eventuales problemas deinundación, puede provocar que las condiciones de transportevaríen
Aumentar RR no siempre “mejora” la separación ¿Por qué ?
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Tipos de condensadores
Agua de
enfriamiento
VVVV1111
LoLoLoLo
DDDD
Agua de
enfriamiento
VVVV1111
LoLoLoLo
DDDDVVVV1111
LoLoLoLo DDDD
Agua de
enfriamientoVVVV1111
LoLoLoLo DDDD
Agua de
enfriamiento
a) Condensador parcial b) Condensador total
Más Configuraciones Otras entradas / salidas
Modificar los balances cada vez que haya unaperturbación
Destilación discontinua
Primera aproximación: Calderín mucho más grande Solo hay que seguir la dinámica del calderín
El resto de la columna pasa por diferentes estadosestacionarios
Entrada de vapor
Idéntico a una entrada adicional
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Más termodinámica
Multicomponente
Todo lo que se ha hecho es directamente multicomponente…(o casi: contradifusión equimolar)
Seguimos teniendo solo dos DOFs Componentes “claves” Equilibrios más complicados (y menos datos!)
Transporte “mucho” más difícil de prever (y sin datos) Experimentar
Hay que iterar mucho más: La hipótesis inicial implica estimar muchascomposiciones… pero eso lo hace el ordenador
Destilación azeotrópica / extractiva
Termodinámica más complicada Convergencia matemática complicada (hay muchas hipótesis
iniciales que llevan a soluciones infactibles)
Relleno vs. platos Modelos (Transferencia de masa) más difíciles de aplicar
Velocidades de flujo Propiedades (f(x,P,T)) Tipo de relleno
Características in-situ Sistemas para asegurar flujo uniforme
Escalabilidad menos precisa (consecuencia de lo anterior) Especialmente si el relleno es aleatorio
Pruebas / planta piloto
Pérdidas de carga reducidas Diámetros inferiores Coste inferior (a menos que se estructure el relleno) Mantenimiento relativamente sencillo
Problemas de “ensuciamiento”
Poca flexibilidad para cambiar el punto de alimentación
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EFICACIA (¿eficiencia ?)
Eficacia global
Corrección al volumen (altura) calculado
Equivalente a tener “buenos” valores de los coeficientesde transferencia
Ejemplo: enunciado
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Ejemplo: cálculos previos
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-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
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Destilación por contacto continuo
Descripción del sistema
Análisis de los diferentes problemas: Diseño /Operación / Control
Planteamiento del cálculo
Extensiones al modelo
Ejemplo