Evaluación del rendimiento de la unidad de fraccionamiento de butanos en una planta de olefinas (parte IV) - Análisis de sensibilidad sobre una columna desbutanizadora

in spanish •  2 years ago 

Buen día amigos de Steemit, continuo con el tema de las torres desbutanizadora, en este post definiré el análisis de sensibilidad en una columna desbutanizadora, y para ello, utilizare el programa de simulación Aspen Plus, pero debido a que la conclusión es un poco extensa lo hare en dos partes. A continuación la primera fase para definir la evaluación de una torre desbutanizadora en una planta de Olefinas.

Análisis de sensibilidad sobre una columna desbutanizadora.

A través de un análisis de sensibilidad, se estudió el desempeño del proceso realizando modificaciones a las variables de operación requeridas por el simulador. Un gran número de intentos iterativos forman parte de esta actividad, logrando obtener un apreciable control de las desviaciones y mejorar el rendimiento operacional de las torres desbutanizadoras con alternativas viables.

Atendiendo a estas consideraciones, cabe destacar que el control del contenido de pesados que comúnmente fluyen en las corrientes de fondo de las columnas desbutanizadoras son parámetros de suma importancia, ya que influye directamente en la calidad del destilado producido. Un exceso en componentes pesados, tales como cadenas de pentanos podrían incrementar las impurezas que afectan la especificación de los productos.

Partiendo de los supuestos anteriores, para la evaluación con relación al contenido de pesados y su efecto sobre la calidad del producto destilado generado por este tipo de columnas, se incrementó el flujo de alimentación con mayores porcentajes de pentanos, manteniendo las especificaciones típicas de diseño en los otros componentes. Por otra parte, el análisis se desarrolló ajustando las cantidades en este caso de pentano y penteno, con rangos entre 1 y 20 kmol/h a 10 y 60 kmol/h en la alimentación de la columna tomada como modelo, siendo el flujo típico de pentano 1,3 kmol/h y el penteno 10,1 kmol/h.

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Figura 1. Comportamiento del buteno en el destilado con respecto a la variación del flujo de pentano en la alimentación de una columna desbutanizadora.
Fuente: @rossanavictora

En la figura 1, se puede ver que no hay cambios considerables de la pureza del buteno en el destilado con relación al gran cambio del flujo molar del pentano. Siendo la composición típica del pentano en la alimentación de 1,3 kmol/h, al aumentarlo a un punto mayor de 3 kmol/h se aprecia en la gráfica los cambios de fracciones molares del buteno decayendo muy poco para la variación del pentano. Sin embargo, se debe prestar mucha atención a los compuestos que ingresan en la torre para hacer los controles pertinentes, derrivando los problemas que esto pueda ocasionar en el sistema de destilación de butanos.

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Figura 2. Comportamiento del buteno en el destilado con respecto a la variación del flujo de penteno en la alimentación de una columna desbutanizadora.
Fuente: @rossanavictora

Del mismo modo, en la figura 2, se visualiza como responde el producto destilado de buteno al incrementarse la cantidad de penteno en la corriente de entrada de la torre, siendo este componente en general el clave de los pesados que normalmente fluye en las corrientes de las desbutanizadoras. La composición típica de pentano en la alimentación es de 10,1 kmol/h en este ejemplo, así pues; como se puede ver en la gráfica en un punto mayor de 14 kmol/h se comienza a desfavorecer moderadamente afectando en pequeñas milesimas la calidad del producto tope.

De igual forma, al presentarse este tipo de inconvenientes se hace necesario aumentar la energía suministrada a través del rehervidor para mantener la mayor concentración de los componentes pesados en la corriente de fondo de las columnas desbutanizadoras dentro de las especificaciones usualmente requeridas.

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Figura 3. Comportamiento de la carga del rehervidor con respecto a la variación del flujo de penteno en la alimentación de una columna desbutanizadora.
Fuente: @rossanavictora

Por tanto, en la figura 3, se muestra como al tener composiciones altas de pesados en las líneas de alimentación, se va aumentando la carga energética del intercambiador de calor de fondo. Desde una composición mayor a la de 20 kmol/h, se observa que puede haber un incremento de energía que proporcionaría a la industria mayores gastos para realizar el proceso de destilación de butanos en las especificaciones requeridas.

De estas evidencias, se concluyó que los intercambiadores de calor cumplen una importante actuación en estos procesos, ya que influyen de forma directa en el comportamiento de todos los fluidos que comúnmente entran como alimentación a estas columnas de destilación, cumpliendo con la función principal de generar un producto tope con el mayor grado de pureza separando correctamente los componentes según su volatilidad, y asimismo obtener los perfiles deseados en el producto final.

A este respecto, es ineludible realizar un análisis donde interfieren como conjunto de variables la energía dispuesta por un condensador, el rehervidor, producto de tope y fondo de la columna, modificando la relación de reflujo para la obtención de porcentajes de pureza competentes en los destilados de las torres de fraccionamiento de butanos

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Figura 4. Comportamiento del flujo de tope de buteno con respecto a las alteraciones de la relación de reflujo de una columna desbutanizadora.
Fuente: @rossanavictora

En la figura 4, se denota que una disminución permisible entre 1 a 1,6 de la relación de reflujo en el proceso, restaría muy pequeñas cantidades de fracciones molares del flujo de buteno en el tope de las columnas desbutanizadoras, lo que indica que no provocaría afectar la capacidad de la torre si ésta disminuyera. Del mismo modo, un incremento en la relación de reflujo propagaría pequeños aumentos en milésimas del grado de separación, por lo que no es factible aumentar esta variable; ya que no produciría mayores cambios favorables, solo sumaria costos adicionales de energía, debido a que el vapor generado por el rehervidor tiene que proporcionarse tanto en el tope como en el reflujo.

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Figura 5. Comportamiento de los intercambiadores de calor con respecto a la relación de reflujo de una columna desbutanizadora.
Fuente: @rossanavictora

Ante estas observaciones, se muestra en esta gráfica (figura 5), donde se alcanza a ver los cambios que pueden generarse en los intercambiadores de calor al alterarse la relación de reflujo. El condensador en el caso de una reducción en la relación de reflujo tiende a disminuir sus capacidades energéticas Si la relación de reflujo aumentara, la carga energética del condensador aumenta debido a que debe suministrar mayor enfriamiento al destilado para su posterior condensación. Por otro lado, unificada a esta gráfica se muestra el comportamiento de la carga calorífica del rehervidor, demostrando que la misma aumenta paralelamente con la relación de reflujo, lo cual perturba la eficiencia y los costos de producción, e igual que el condensador si la relación de reflujo disminuye, el calor del rehervidor se reduce con ella.

Resulta asimismo interesante, saber la conducta del destilado y de los intercambiadores de calor al ser modificada la presión y temperatura de las corrientes que generalmente entran como alimento a las columnas separadoras de butanos. El equilibrio liquido-vapor, depende principalmente de estos parámetros termodinámicos del sistema. De manera, que la condiciones de los mismos al ingresar en la carga de alimentación, debe desarrollarse en forma controlada para que se cumplan cada procedimiento requerido por el sistema para la obtención de los productos dentro de los rangos deseados.

En efecto, en la figura 6, se percibe que al disminuirse la presión de alimentación de la columna en pequeñas proporciones de entre 11,5 bar a 10 bar, las fracciones del destilado sufren ciertas desviaciones discontinuas, aumentando parcialmente en pequeñas milésimas su pureza. No obstante, al ser incrementada la presión en un rango de entre 12 bar a 15 bar se visualiza, que las fracciones molares del destilado son continuas manteniendo el destilado con un porcentaje de pureza alrededor de 95,29%.

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Figura 6. Comportamiento del destilado con respecto a la variación de presión en la alimentación de una columna desbutanizadora.
Fuente: @rossanavictora

De igual manera; en la próxima publicación se mostraran otras graficas representativas con relación a la temperatura, con el fin de visualizar por separado los comportamientos de las condiciones operacionales que se ejecutan en el proceso de las fraccionadoras de butanos, y así entender que ocasiona las diferentes alteraciones de la temperatura en determinados parámetros.

Referencias:

  • http://www.venezuelagas.net/documents/2010-ST-17-spa.pdf
  • R. Treybal. (2007). Operaciones de transferencia de masa. Septima Edición. Ciudad de México, México.
  • Warren I. Mc cabe – Julian C. Smith – Peter Harriot (2006). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Cuarta edición. Editorial McGraw Hill. España.

@rossanavictora

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Siendo un SteemStem Estados

Que bueno que compartas tus experiencias de investigación en esta comunidad científica #stem-espanol.
Me hiciste recordar las clases de Química cuando tenía la duda si eran butanos, butenos, pentanos o pentenos y la única manera de resolver esta confusión fue recurrir a la FÓRMULA QUÍMICA.
Buen trabajo estimada @rossanavictora

Jajajaja si, la verdad es que la primera vez que te explican la diferencia entre alcanos, alquenos y alquinos todo se hace mas facil. Muy agardecida por su buena recepción del tema. :)

  ·  2 years ago Reveal Comment