DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO
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DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO
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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.
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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
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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.
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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) .
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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.
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VARIABLES DEL PROCESO
Temperatura de transferencia Presión de trabajo Temperatura de cabeza Temperatura del corte Inyección de vapor
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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
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DESALADO DE CRUDO
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•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
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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
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FLEXIRING que permite incrementar la superficie de Interfase
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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.
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MODELAMIENTO DE DESTILACION MULTICOMPONENTE
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
![Page 26: DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061322/5571f8c249795991698e06c6/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061322/5571f8c249795991698e06c6/html5/thumbnails/27.jpg)
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