En la industria de los procesos químicos, los ingenieros a expensas de muchas horas de trabajo e investigación han logrado optimizar ciertas operaciones con cambios, que en algunos casos incluyen sustitución de equipos por otros totalmente distintos que cumplen con la misma finalidad, pero sin importar que cambios se efectúen, el destilador, ocupa una posición central en todo proceso. Alrededor de este se encuentran los equipos para el tratamiento físico de las corrientes de alimentación y salida, tales como bombas para transporte de fluidos, intercambiadores de calor, equipos de separación y mezclado entre otros.
Índice de Contenidos
1. Introducción.
2. Antecedentes.
3. Marco Teórico.
3.1. Destilación.
3.2. Separador de fases.
3.3. Destilación flash.
3.3.1. Procesos de separación.
3.3.2. Flujo de entrada y salida.
3.3.3. Balance de materia en el separador flash.
3.4. Simulador Hysys.
3.4.1. Modelos matemáticos.
3.4.2. Elementos a utilizar en la simulación.
3.5. Método analítico.
4. Planteamiento del problema.
4.1. Métodos de resolución.
4.1.1. Simulación en Hysys.
4.1.2. Método analítico.
4.2. Resultados.
5. Conclusiones.
6. Recomendaciones.
7. Bibliografía.
Objetivos y Temas de Investigación
Esta publicación tiene como objetivo principal realizar el diseño y cálculo de una operación de destilación flash para una mezcla de hidrocarburos, comparando los resultados obtenidos mediante una simulación computacional en Aspen Hysys frente a una resolución matemática analítica utilizando el método de Rachford-Rice y monogramas de DePriester.
- Fundamentos termodinámicos del equilibrio líquido-vapor en procesos químicos.
- Aplicación de ecuaciones de estado, específicamente Peng-Robinson, para la estimación de propiedades físicas.
- Modelado y simulación de procesos industriales (compresores, enfriadores y separadores flash).
- Resolución numérica de balances de materia mediante el algoritmo de Newton-Raphson.
- Comparativa de precisión entre métodos computacionales modernos y métodos analíticos tradicionales.
Auszug aus dem Buch
3.3. Destilación flash.
Destilación Flash es un proceso típicamente usado para separar una mezcla de componentes. El proceso involucra calentamiento y expansión del flujo a alimentar en una válvula manteniéndolo a baja presión. (Valenzuela, 1994)
Una unidad de destilación calcula el estado termodinámico de cualquier flujo de entrada cuando dos especificaciones (por ejemplo, temperatura y presión) son dadas. Una vez que el equilibrio de fase es determinado, las fases pueden ser separadas en distintos flujos de salida. (Walas, S)
En la destilación gobierna la diferencia relativa de volatilidad; el vapor que sale de la parte superior contiene en mayor proporción el compuesto de mayor volatilidad. (Perry. 1996)
Un proceso de destilación binaria involucra un equilibrio entre dos fases líquido y vapor. Para una mezcla, un equilibrio de fase existe sobre un rango de temperatura. (Skogestad, 2004)
Resumen de Capítulos
Introducción: Presenta la relevancia de los procesos de separación y el rol central del destilador en la industria química y petroquímica.
Antecedentes: Analiza el contexto energético actual, destacando la importancia del gas natural como fuente económica y la necesidad de optimizar los sistemas de procesamiento.
Marco Teórico: Define los conceptos fundamentales de destilación, separadores de fases, destilación flash y los modelos termodinámicos (Redlich-Kwong-Soave y Peng-Robinson) aplicados en la simulación.
Planteamiento del problema: Describe el caso de estudio técnico, detallando los dos métodos (simulación Hysys y analítico) utilizados para resolver la separación de una corriente de hidrocarburos.
Conclusiones: Resume la eficacia del software HYSYS y la validez del paquete de fluidos Peng-Robinson para simular el comportamiento de sustancias apolares.
Recomendaciones: Sugiere la importancia de incentivar el uso de herramientas de simulación profesional en la formación del ingeniero petrolero.
Palabras Clave
Destilación multicomponente, Separador flash, Aspen Hysys, Equilibrio líquido-vapor, Ecuación de estado Peng-Robinson, Hidrocarburos, Simulación de procesos, Método de Rachford-Rice, Newton-Raphson, Termodinámica, Gas natural, Compresores, Enfriadores, Balance de materia, Constante de equilibrio.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es el propósito central de este estudio?
El propósito es demostrar y comparar dos métodos para calcular el equilibrio y la separación de una mezcla de hidrocarburos: uno basado en la simulación mediante el software Aspen Hysys y otro mediante un cálculo analítico manual asistido por monogramas y métodos numéricos.
¿Qué temas principales aborda el documento?
El documento cubre los principios de la destilación flash, el funcionamiento de equipos de procesamiento de gas, la aplicación de ecuaciones de estado termodinámicas y el modelado matemático para la resolución de balances de materia.
¿Cuál es la pregunta de investigación principal?
La investigación busca determinar los flujos y las composiciones finales de las corrientes resultantes de un proceso de separación flash al someter una mezcla de etano, propano y butanos a condiciones específicas de presión y temperatura.
¿Qué metodología científica se emplea?
Se utiliza una metodología dual: una vía computacional mediante el simulador comercial Hysys y una vía analítica que emplea la ecuación de Rachford-Rice, resuelta mediante iteraciones con el algoritmo de Newton-Raphson.
¿Qué temas se discuten en el cuerpo principal?
El cuerpo principal detalla los fundamentos teóricos del equilibrio termodinámico, describe la configuración de equipos como compresores y enfriadores dentro de la simulación, y presenta el desarrollo paso a paso del cálculo matemático para la validación de resultados.
¿Qué palabras clave definen mejor este trabajo?
Destilación multicomponente, separación flash, simulación termodinámica, Hysys, Peng-Robinson y balances de materia son los términos técnicos que mejor caracterizan el contenido.
¿Qué modelo termodinámico se recomienda para estas simulaciones?
El autor destaca la ecuación de estado de Peng-Robinson como la recomendada para petróleo, gas y aplicaciones petroquímicas debido a su capacidad para predecir con alta precisión densidades en fase líquida de compuestos apolares.
¿Cómo se validan los resultados del simulador?
Los resultados del simulador se validan comparándolos con un cálculo manual mediante el método analítico, presentando finalmente un cálculo de error experimental para medir la desviación entre ambos procedimientos.
- Arbeit zitieren
- Edith Choque (Autor:in), 2015, Petroquímica Básica. Proceso y Simulación de la Destilación Multicomponente, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/909706
