UNIDAD III


1. Destilación multicomponente.
Esta destilación multicomponente se basa en los mismos principios de equilibrio de fases que la destilación binaria. El diseño o análisis de una torre de destilación de multicomponentes utiliza relaciones de equilibrio y balances de masa y energía (Foust,1998).
Sin embargo, la mayoría de los procesos de destilación a nivel industrial involucran mezclas de dos o más componentes, por lo que en estos casos no es aplicable los métodos gráficos y una solución analítica es difícil de obtener. Por ello; en la actualidad existen métodos cortos, semi rigurosos y rigurosos de cálculos disponibles para el diseño de columnas de sistemas multicomponentes.


2. Selección de dos componentes claves
En una columna con una sola alimentación, destilado y fondo, se separa una mezcla de multicomponentes en dos fracciones. Los fondos contienen los componentes “pesados”, menos volátiles de la alimentación; el destilado contiene los componentes “ligeros”, más volátiles de la alimentación. Los componentes de volatilidad intermedia aparecen en ambos productos en cantidades apreciables (Foust,1998).
- Componentes Clave: pueden ser o no aquellos cuyas separaciones se han especificados 
- Componente Clave Ligero: Es el componente mas pesado entre los componentes livianos 
- Componente Clave Pesado: Es el componente mas liviano entre los componentes pesados 
- Componentes no Clave Distribuido: 
• Es aquel componente cuya volatilidad se encuentra entre la volatilidad de los componentes clave.
• Es aquel componente cuya volatilidad esta cercanamente igual a la volatilidad del  componente clave.

3. Presión de operación y tipo de condensador
Para determinar la presión de la columna se deben considerar los siguientes factores:

- Consideración en el condensador
-Refrigerante accesible (agua): mínima T=120ºF (49ºC) 
-Presión permisible:0 –415 psia (2,86MPa)
- 0–215psia: Se recomienda un Condensador total
- 215–365 psia: Se recomienda un Condensador parcial 
- >365psia: se recomienda un condensador parcial y el uso de un refrigerante.

- Consideración en el rehervidor:
-La temperatura en el fondo de la columna no debe exceder la condición de descomposición o la condición cercana a la critica.

Los limites de presión y temperatura son solo una aproximación y dependen de los factores económicos.Se supone que las caídas de presión en la columna y en el condensador son de 5psia. Sin embargo,cuando se determina el numero de platos necesarios se deben realizar cálculos más rigurosos que permitan:

- Caída de presión:
-En el condensador: 0 a 2 psia
-En la columna: 0,1psi/plato para operación de la columna a presión atmosférica o superatmosférica 0,05psi/plato para operación de columnas a vacío. 

Con la columna operando a las presiones establecidas,la alimentación puede someterse a un Flash Adiabático para una presión del plato de alimentación de PD + 7,5 psia con el fin de determinar la condición fásica de la alimentación(Seader y Henley,1998).


4. Métodos rigurosos
Entre los métodos mas utilizados para el análisis de columnas de destilación para la separación de soluciones ideales y no ideales se pueden mencionar (Holland, 2000):

- Método θ de convergencia: se recomienda para cualquier tipo de destilación siempre y cuando las mezclas no se desvíen demasiado de las soluciones ideales (método mejorado de Thiele - Geddes).
- Método de punto de burbuja (BP): se recomienda cuando la alimentación esta constituida por componentes de volatilidad parecida (Método de Admunson - Pontinen modificado).
- Método de suma de flujos (SR): se recomienda cuando la alimentación esta constituida por componentes de muy diferente solubilidad o volatilidad (puntos de ebullición alejados).
- Método 2N de Newton - Raphson: este método permite una considerable flexibilidad en la elección de las variables especificadas y por lo general, es capaz de resolver todos los problemas.


5. Métodos aproximados
Estos métodos permiten la determinación del numero de etapas teóricas como una función de la relación de reflujo, etapas mínimas y reflujo mínimo y, en la practica son utilizados como diseño preliminar. Entre los métodos aproximados se mencionan:

- Método de Fenske – Underwood – Gilliland y sus variantes: para determinar el reflujo y las etapas necesarias en la destilación de sistemas multicomponentes.
- Método de Kremser y sus variantes: para separaciones en las que intervienen varias cascadas simples en contracorriente, tales como absorción, agotamiento y extracción líquido - líquido.
-  Método de Edmister: para separaciones en las que intervienen cascadas en contracorriente con alimentaciones intermedias, tales como destilación. (Carrasquero, 2011).

5.1 Método de Fenske: El método de Fenske da una rápida estimación para las etapas teóricas mínimas con reflujo total,  si se considera la volatilidad relativa constante:
 B: subíndice para producto de fondo 
D: subíndice para producto de tope 
HK: subíndice para clave pesado 
LK: subíndice para clave liviano 
Nmin: Etapas teóricas mínimas 
XLK: Fracción molar del componente clave liviano 
XHK: Fracción molar del componente clave pesado 
αLK/HK: Volatilidad relativa del componente liviano en comparación con el componente clave pesado

5.2. Método de Underwood: Este método da una rápida estimación de los requisitos de reflujo mínimo, cuando se especifican las composiciones del destilado y los productos de cola. Cosiste en determinar el valor de una constante θ, que satisface la ecuación,
Los valores de θ deben estar entre las volatilidades relativas de los componentes clave. 
5.3. Gilliland y sus variantes: son correlaciones de etapas - reflujo. Las correlaciones más usadas son las de Gilliland y Erban - Maddox y muchos de los diseñadores recomiendan ambas. La correlación de Erban - Maddox es considerada más adecuada, especialmente en relaciones de reflujo bajas; sin embargo la correlación de Gilliland es más fácil para el uso de computadoras y además ambos métodos son consistentes con el método de Fenske y el de Underwood.


En el  siguiente archivo pueden descargar material de interés acerca de las gráficas de Gilliland y Erban - Maddox: https://app.box.com/s/5ibez3w8nidym0dj5cm0
EJERCICIOS DE APLICACIÓN (RESUELTOS) DE DESTILACIÓN COMPONENTE.

- Ejercicio # 1. (Libro CHEMICAL ENGINEERING. Coulson and Richardson’s)

- Ejercicio # 2. (Libro PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS. Christie J. Geankoplis)
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