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DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO
ORIGEN DEL PETRÓLEO
El origen del petróleo es a partir de animales y plantas que perecieron y se acumularon sus restos orgánicos, mediante sedimentación. Por transformaciones sucesivas de la materia orgánica, por descomposición en presencia de bacterias anaeróbicas y en condiciones inusuales de presión y temperatura más el factor tiempo, resultó en la producción de petróleo.
CARACTERIZACIÓN DEL PETRÓLEO CRUDO
Factor de Caracterización Kuop
K= 13 base parafinica
K= 12 base mixta
K= 11 base naftenica
K= 10 base aromatica
Gravedad API
Punto Inicial Punto Final Punto Inflamación
DEFINICIONES Torres Fraccionadoras
Se producen condensaciones controladas, estableciéndose transferencias de energía y masa adecuadas para obtener los combustibles específicos.
Las etapas de equilibrio se logran con dispositivos que permiten un intimo contacto entre la fase vapor (ascendente) y la fase liquida (descendente). Los más comunes son campanas de burbujeo, platos de válvulas, platos perforados, rellenos, etc.
DEFINICIONES
Torres PreflashSon equipos donde no es necesario obtener un fraccionamiento de alta calidad.
StrippersSon pequeñas torres cuya función principal es eliminar los componentes de bajo peso molecular (volátiles) .
FUNDAMENTOS DEL PROCESO
La destilación del crudo, se basa en la transferencia de masa entre las fases líquido - vapor de una mezcla de hidrocarburos.
Para que se produzca la "separación o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases líquido-vapor
La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la columna fraccionadora.
La fase liquida se logra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornados a la torre.
La diferencia fundamental entre las unidades de Topping y Vacío es la presión de trabajo.
VARIABLES DEL PROCESO
Temperatura de transferencia Presión de trabajo Temperatura de cabeza Temperatura del corte Inyección de vapor
UNIDAD DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA O TOPPING
El petróleo desgasificado que se recibe en las Refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para los equipos, productos y procesos. Las impurezas son: Sales Óxidos de hierro Arcilla, arena, sólidos en general Compuestos organometálicos Cristales de sal u óxidos en suspensión
Para evitar o minimizar los efectos perniciosos de estas impurezas se realizan fundamentalmente tres tratamientos: Decantación en Tanques Desalado Inyección de Hidróxido de Sodio
DESALADO DE CRUDO
•Los productos obtenidos por la parte superior o cabeza son gases y nafta.•El primer corte lateral es el kerosene•El segundo corte lateral es el gas oíl liviano•El tercer y último corte lateral es el gas oíl pesado de Topping •El producto de fondo es el residuo que no se vaporizo en el horno
Los dispositivos o elementos mecánicos para producir el contacto liquido vapor, son rellenos especiales (flexi rings, ubicados en lechos ordenados) que permiten incrementar la superficie de interface
FLEXIRING que permite incrementar la superficie de Interfase
PRODUCTOS FINALES:
•Los residuos sólidos asfaltos, betunes y ceras•Los aceites pesados lubricación de máquinas, parafina, la vaselina y ciertos extractos aromáticos•Los gasóleos combustible para calefacción y en los motores Diesel•El querosenocombustible en los motores de los aviones.•Las gasolinascombustibles en multitud de vehículos•Los productos gaseososcombustibles domésticos.
MODELAMIENTO DE DESTILACION MULTICOMPONENTE
MODELAMIENTO DE DESTILACION MULTICOMPONENTE
Equilibrio Termodinámico.
ji
jisatji
jij
jiji
j
ji
jisatjijijiji
P
PK
L
lK
V
óPxPy
)1(
Balance de Materia.
)2(
0
)11(0
)22(0
0
,,1
,,,1,1
,,,,1,1
,,1,1,2,
,,,1,1
,1,2
iiNiN
ijijijij
iFifififif
iFifififif
ijijijij
iii
bl
Njfll
lll
ll
fjll
ld
MODELAMIENTO DE DESTILACION MULTICOMPONENTE
Se define una relación semejante al factor de absorción (Aji):
)3(ji
ji
jji
jji
l
VK
LA
Combinando las ecuaciones (2) y (3), se tiene la siguiente distribución matricial de los balances de materia, del componente i, del plato 1 al j:
Ai vi = - ₤i (4)
MODELAMIENTO DE DESTILACION MULTICOMPONENTE
Balance de Energía.
)5()1...,1,(
)2,...,2,1(
11
11
11
RCDB
RBjjjj
CDffFFff
CDjjjj
QQHDhBHF
NffjQhBhLHV
QHDhLHVHV
fjQHDhLHV
FORMULACION DEL MÉTODO DE CONVERGENCIA
)8(cai
i
coi
i
d
b
d
b
)10()9(1
DdbdFXC
icoicoicoii
FORMULACION DEL MÉTODO DE CONVERGENCIA
)11(
1cai
i
icoi
d
b
FXd
De tal forma que, combinando las ecuaciones (8) y (9), se tiene:
Así para el caso en el que se seleccione un inadecuado, la ecuación (10), se transforma en:
)12()(1
DdgC
icoi
)13()()()()1(
ddggkk
)14(
/1
/)(
12
c
i caii
icaii
db
FXdb
d
dg
FORMULACION DEL MÉTODO DE CONVERGENCIA
Con el valor correcto de , las composiciones molares de cada etapa, se calculan de la siguiente forma:
)16()(/
)(/)15(
)(/
)(/
11
C
icoicaiji
coicaiji
jiC
icoicaiji
coicaiji
ji
dd
ddy
ddl
ddlx
EJEMPLO: D = 31.6, V2 = 94.8 (todas las velocidades de flujo se dan en Ib mol/h)
alimentación líquida a su punto de ebullición, condensador parcial, presión de la columna = 300 lb/pulg2 abs, N = 12 y f = 5. Los datos de equilibrio y entalpia para todos los componentes aparecen en las tablas 2 y 3. El perfil de temperatura inicial se supondrá lineal respecto al número de platos entre T1 = 610 °R y T13 = 910 °R. Se considera que los perfiles iniciales de velocidad de vapor son Vj = 94.8 (j = 2, 3,... 13), y que el perfil correspondiente de velocidad de líquido se determina por un balance de materiales. El componente i-C4H10 se tomó como componente base y los valores a y b en la ecuación (17) se determinaron de acuerdo con los valores de K para i-C4H10 a 510 y 960 °R.
Componente F.Xi
CH4 2
C2H6 10
C3H6 6
C3H8 12.5
i-C4H10 3.5
n-C4H10 15
n-C5H12 15.2
n-C6H14 11.3
n-C7H16 9
n-C8H18 8.5
400* 7
SOLUCIÓN
Etapa
Perfiles de temperatura (ºR)Iteración
1 2 3 4 5 6
1 (destilado) 573.59 567.84 567.56 567.56 567.56 567.57
2 596.60 590.67 594.54 594.42 594.42 594.33
3 607.01 606.81 612.61 611.99 611.99 611.89
4 612.65 627.85 631.10 629.91 630.26 630.25
5 (alimentación) 617.02 695.72 658.24 670.53 665.95 668.04
6 647.02 709.68 681.56 691.68 687.53 689.20
7 670.05 717.92 697.73 705.76 702.37 703.69
8 689.59 724.20 709.70 716.11 713.40 714.46
9 707.47 730.07 719.35 724.47 722.32 723.17
10 725.93 737.58 728.94 732.96 731.25 731.92
11 747.73 749.93 742.09 745.17 743.78 744.32
12 777.47 774.19 766.54 768.84 767.70 768.13
13 (fondos) 833.68 833.41 825.47 827.21 826.36 826.68
D (calculado) 41.5475 30.4606 32.3414 31.37940 31.6940 31.5598
θ 22.4131 0.303676 2.34622 0.835224 1.07461 0.968934
SOLUCIÓN
Etapa
Perfiles de temperatura (ºR)Iteración
7 8 9 10 11 12
1 (destilado) 567.57 567.57 567.57 567.57 567.57 567.57
2 594.38 594.36 594.37 594.37 594.37 594.37
3 611.95 611.92 611.93 611.93 611.93 611.93
4 630.27 630.26 630.27 630.27 630.27 630.26
5 (alimentación) 667.14 667.53 667.37 667.44 667.41 667.41
6 688.47 688.79 688.65 688.71 688.68 688.69
7 703.11 703.36 703.25 703.30 703.28 703.28
8 714.00 714.19 714.11 714.14 714.13 714.13
9 722.79 722.95 722.88 722.91 722.90 722.90
10 731.63 731.75 731.70 731.72 731.71 731.71
11 744.08 744.18 744.13 744.15 744.15 744.15
12 767.94 768.02 767.99 768.00 767.99 768.00
13 (fondos) 826.53 826.59 826.56 826.58 826.57 826.57
D (calculado) 31.6175 31.5925 31.6031 31.5986 31.60057 31.59977
θ 1.01356 0.994182 1.00243 0.998940 1.00042 1.00000
Los perfiles de temperatura obtenidos por el uso del método Kb con base en las composiciones corregidas determinadas por el uso del método θ (ecuaciones 12 y 14) se presentan en la tabla anterior. Los valores de θ y los valores calculados de D al final de cada ensayo también aparecen en esta tabla. Las velocidades de vapor calculadas aplicando el método de composición constante, las temperaturas determinadas por el método Kb y las composiciones corregidas se presentan a continuación:
SOLUCIÓN
Etapa
Velocidades de vapor (lb mol/h)Iteración
1 2 3 4 5 6
2 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80
3 94.63 93.23 93.06 93.29 93.29 93.29
4 94.13 88.11 89.31 89.41 89.45 89.41
5 93.13 72.10 82.71 79.25 80.51 79.94
6 140.71 108.19 117.18 109.35 111.52 110.55
7 143.80 125.43 129.81 125.40 126.79 126.13
8 146.69 137.24 138.81 136.34 137.20 136.78
9 148.52 145.60 145.39 144.16 144.60 144.38
10 148.03 150.07 149.13 148.83 148.94 148.87
11 144.63 150.08 149.09 149.59 149.59 149.50
12 137.74 143.88 142.75 143.97 143.97 143.77
13 120.86 123.86 122.24 123.93 123.93 123.60
Etapa
Velocidades de vapor (lb mol/h)Iteración
7 8 9 10 11 12
2 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80 94.80
3 93.29 93.29 93.29 93.29 93.29 93.29
4 89.41 89.41 89.42 89.42 89.42 89.42
5 80.18 80.08 80.12 80.10 80.11 80.11
6 110.92 110.75 110.82 110.79 110.81 110.80
7 126.36 126.25 126.29 126.24 126.28 126.27
8 136.91 136.84 136.87 136.86 136.86 136.86
9 144.44 144.41 144.42 144.42 144.42 144.41
10 148.89 148.87 148.88 148.88 148.88 148.87
11 149.47 149.48 149.47 149.48 149.47 149.47
12 143.70 143.73 143.72 143.72 143.72 143.72
13 123.49 123.54 123.52 123.53 123.52 123.52
SOLUCIÓN
Los conjuntos de soluciones {di} y {bi} (velocidades de flujo), por comparación en el destilado y los fondos, son:
SOLUCIÓN
Componente di bi
CH4 0.200000 x 10 0.11163 x 10-8
C2H6 0.999990 x 10 0.11627 x 10-3
C3H6 0.597230 x 10 0.27665 x 10-1
C3H8 0.124560 x 102 0.15358
i-C4H10 0.74216 0.27578 x 10
n-C4H10 0.53699 0.14462 x 102
n-C5H12 0.20153 x 10-2 0.15197 x 102
n-C6H14 0.94035 x 10-5 0.11299 x 102
n-C7H16 0.94025 x 10-5 0.89999 x 10
n-C8H18 0.63427 x 10-7 0.84999 x 10
400 0.65162 x 10-12 0.69999 x 10
QC = 3.9628 x 105 BTU/hQR = 1.3278 x 106 BTU/hCriterio de convergencia: | g(1) | <= 10-5