Eficiencia-multicomponente-en-una-torre-de-destilacion-propano-propileno

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
 
 
“EFICIENCIA MULTICOMPONENTE EN UNA TORRE DE DESTILACIÓN 
PROPANO-PROPILENO” 
 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERA QUÍMICA 
 
 
PRESENTA 
KARINA LÓPEZ HUITRÓN 
 
 
 
 MÉXICO, D.F. AÑO 2015 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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JURADO ASIGNADO: 
 
 
PRESIDENTE: Profesor: Antonio Valiente Balderas. 
 
VOCAL: Profesor: Néstor Noé López Castillo. 
 
SECRETARIO: Profesor: Juan Manuel Anzaldo Trejo. 
 
1° SUPLENTE: Profesor: Carlos Álvarez Maciel. 
 
2° SUPLENTE: Profesor: Daniel Bobadilla Ocampo. 
 
 
SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: 
Colaboración con el Instituto Mexicano del Petróleo. 
 
ASESOR DEL TEMA: 
 
_____________________________ 
 Ing. Juan Manuel Anzaldo Trejo. 
 
SUSTENTANTE: 
 
____________________________ 
Karina López Huitrón. 
 
 
 
 
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“ UNA GOTA DE AGUA PERFORA LA ROCA, 
NO POR SU FUERZA, SINO POR SU CONSTANCIA”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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TABLA DE CONTENIDO 
1 INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................................. 1 
2 MÉTODOS APROXIMADOS PARA SEPARACIONES EN MÚLTIPLES ETAPAS DE SISTEMAS 
MULTICOMPONENTES. ................................................................................................................................ 4 
2.1 SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES CLAVE. ...................................................................................................... 5 
2.2 PRESIÓN DE OPERACIÓN DE LA COLUMNA Y TIPO DE CONDENSADOR. ................................................................... 5 
2.3 NÚMERO MÍNIMO DE ETAPAS DE EQUILIBRIO .................................................................................................. 6 
2.4 DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES NO CLAVE A REFLUJO TOTAL............................................................................ 9 
2.5 REFLUJO MÍNIMO. ................................................................................................................................... 10 
2.6 RELACIÓN REAL DE REFLUJO Y ETAPAS TEÓRICAS. ........................................................................................... 14 
2.7 MÉTODOS RIGUROSOS PARA SEPARACIONES MULTICOMPONENTES EN ETAPA MÚLTIPLE ........................................ 16 
2.7.1 Modelo teórico para una etapa de equilibrio. .......................................................................... 16 
2.7.2 Estrategia general de resolución matemática. ......................................................................... 19 
2.7.3 Algoritmo de matriz tridiagonal. .............................................................................................. 20 
3 ELEMENTOS PARA UNA TORRE DE DESTILACIÓN. ............................................................................. 22 
3.1 TIPOS DE PLATO Y APLICACIONES CARACTERÍSTICAS. ....................................................................................... 22 
3.2 COMPARACIÓN DE LOS PLATOS TÍPICOS. ....................................................................................................... 25 
3.3 PLATOS UOP MD. PLATO NORMAL CONTRA PLATO DE ALTA CAPACIDAD. .......................................................... 27 
3.3.1 Funcionamiento de un plato de alta capacidad........................................................................ 30 
3.3.2 Sellos dinámicos. ....................................................................................................................... 31 
3.3.3 Importancia de los sellos dinámicos. ........................................................................................ 32 
3.3.4 Fallas con el sello dinámico. ..................................................................................................... 33 
3.3.5 Desventajas de los platos de alta capacidad. ........................................................................... 34 
4 DISEÑO DE TORRES DE DESTILACIÓN ................................................................................................ 35 
4.1 DIMENSIONAMIENTO DE LA TORRE. ............................................................................................................ 35 
4.2 MODELO HIDRÁULICO CLÁSICO. ................................................................................................................. 37 
4.3 DIAGRAMA DE ESTABILIDAD DEL PLATO. ....................................................................................................... 38 
4.4 MECANISMOS DE INUNDACIÓN DEL PLATO. .................................................................................................. 39 
4.4.1 Factores que afectan la inundación .......................................................................................... 40 
4.5 TAMAÑO DE ORIFICIO Y ESPACIAMIENTO ...................................................................................................... 42 
4.6 ESPACIAMIENTO ENTRE PLATOS. ................................................................................................................. 42 
4.7 DEFINICIÓN DE LA CARGA DE VAPOR. ........................................................................................................... 42 
 
 
 
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4.8 DEFINICIÓN DE LA CARGA DE LÍQUIDO. ......................................................................................................... 43 
4.9 DEFINICIÓN DE LA CARGA DE LÍQUIDO EN LA BAJANTE. .................................................................................... 43 
4.10 INUNDACIÓN A CHORRO (JET FLOODING) POR ARRASTRE ............................................................................ 44 
4.11 INUNDACIÓN POR ACUMULACIÓN DE LÍQUIDO EN LA BAJANTE...................................................................... 46 
4.12 INUNDACIÓN DE LA BAJANTE POR OBSTRUCCIÓN. ...................................................................................... 49 
4.13 LAGRIMEO DE PLATOS PERFORADOS. ...................................................................................................... 51 
4.14 VERTIDO ........................................................................................................................................... 54 
4.15 PARÁMETROS HIDRÁULICOS DEL PLATO. .................................................................................................. 55 
4.15.1 Caída de presión................................................................................................................... 55 
4.15.2 Caída de presión seca .......................................................................................................... 56 
4.15.3 Caída de presión a través del líquido aireado. ..................................................................... 56 
4.15.4 Pérdida de carga debajo de la bajante ................................................................................ 59 
4.15.5 Altura de líquidoclaro y densidad de espuma ..................................................................... 59 
4.15.6 Relación de reducción (turndown) ....................................................................................... 62 
4.16 PERIFÉRICOS Y ACCESORIOS. ................................................................................................................. 63 
4.16.1 Mallas eliminadoras de niebla. ............................................................................................ 63 
4.16.2 Separador líquido-vapor (tambor de reflujo) ....................................................................... 64 
4.16.3 Rehervidores ........................................................................................................................ 67 
5 MODELOS DE TRANSFERENCIA DE MASA. ......................................................................................... 71 
5.1 NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA BINARIA....................................................................................... 72 
5.1.1 Método de AIChE. ..................................................................................................................... 73 
5.1.2 Método de Chan y Fair. ............................................................................................................. 74 
5.1.3 Método de Zuiderweg ............................................................................................................... 75 
5.2 NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA PARA SISTEMAS MULTICOMPONENTES ............................................... 77 
6 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN.............................................................................................................. 79 
6.1 EFICIENCIA PUNTUAL. ............................................................................................................................... 81 
6.2 EFICIENCIA DE PLATO. .............................................................................................................................. 83 
7 METODOLOGÍA. ................................................................................................................................ 86 
7.1 SIMULACIÓN EN ASPEN PLUS CON EL MODELO DSTWU (MÉTODO APROXIMADO) .............................................. 92 
7.2 SIMULACIÓN EN ASPEN PLUS CON EL MODELO RADFRAC EN EQUILIBRIO (MÉTODO RIGUROSO) ........................... 95 
7.3 DIMENSIONAMIENTO DE LA COLUMNA ( ELABORACIÓN DE CUATRO ENSAYOS) ................................................... 102 
7.4 SIMULACIÓN EN ASPEN PLUS CON EL MODELO RADFRAC EN MODO “RATE-BASED” .......................................... 131 
7.5 CÁLCULO DE LA EFICIENCIA MULTICOMPONENTE POR PLATOS, EMPLEANDO EL MÉTODO MATRICIAL. ...................... 140 
 
 
 
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7.5.1 Comparativa de las 3 correlaciones (Fair, Murphee, Vaporización y AIChE, nomograma) .... 141 
7.6 COMPARACIÓN DE LA EFICIENCIA MULTICOMPONENTE DEL MÉTODO MATRICIAL EN EXCEL CON EL MODELO RADFRAC 
“RATE-BASED” ............................................................................................................................................... 145 
8 RESULTADOS .................................................................................................................................. 148 
9 CONCLUSIÓN. ................................................................................................................................. 160 
10 ANEXO ............................................................................................................................................ 165 
11 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 175 
 
 
 
 
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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Y GRÁFICO 
ILUSTRACIÓN 1.- ALGORITMO PARA DESTILACIÓN DE SISTEMAS MULTICOMPONENTES POR UN MÉTODO EMPÍRICO. .................... 5 
ILUSTRACIÓN 2.- ALGORITMO PARA ESTABLECER LA PRESIÓN DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN Y EL TIPO DE CONDENSADOR. ........ 6 
ILUSTRACIÓN 3.- OPERACIÓN DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN A REFLUJO TOTAL. ............................................................... 7 
ILUSTRACIÓN 4.- ZONA DEL PUNTO DE CONTACTO DE LA SECCIÓN DE RECTIFICACIÓN. .......................................................... 12 
ILUSTRACIÓN 5.- COMPARACIÓN DE LA CORRELACIÓN DE GILLAND CON CÁLCULOS RIGUROSOS. ............................................ 15 
ILUSTRACIÓN 6.- CASCADA GENERAL EN CONTRACORRIENTE PARA N ETAPAS. .................................................................... 16 
ILUSTRACIÓN 7.- ETAPA GENERAL DE EQUILIBRIO. ........................................................................................................ 17 
ILUSTRACIÓN 8.- CACHUCHAS DE BURBUJEO. (UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA) ......................................... 22 
ILUSTRACIÓN 9.- PLATO PERFORADO SIN BAJANTE (DOUBLE-FLOW) (SULZER PRODUCT & SERVICES) ..................................... 24 
ILUSTRACIÓN 10.- FLUJO DE VAPOR A TRAVÉS DE ORIFICIOS. (A) PLATO CON CACHUCHAS DE BURBUJEO, (B) PLATOS PERFORADOS, 
(C) PLATO TIPO VÁLVULA. .............................................................................................................................. 24 
ILUSTRACIÓN 11.- PLATO ESTÁNDAR. ........................................................................................................................ 28 
ILUSTRACIÓN 12.- VISTA ISOMÉTRICA DE UN PLATO DE ALTA CAPACIDAD……………………………………………………..……..…….....29 
ILUSTRACIÓN 13.- VISTA LATERAL DE LA BAJANTE PARA PLATOS DE ALTA CAPACIDAD………………………………………………..….....29 
ILUSTRACIÓN 14.- COMPARACIÓN DEL ESPACIAMIENTO ENTRE PLATOS Y FLEXIBILIDAD DE LA BAJANTE ENTRE UN PLATO 
CONVENCIONAL Y UNO DE ALTA CAPACIDAD....................................................................................................... 33 
ILUSTRACIÓN 15.- FALLA DE LOS PLATOS DE ALTA CAPACIDAD TRABAJANDO A FLUJO DUAL…………………………………................33 
ILUSTRACIÓN 16.- UNO Y DOS PASOS………………………………………………………………………………………………………..............37 
ILUSTRACIÓN 17.- ESQUEMA DE OPERACIÓN DINÁMICO. ............................................................................................... 38 
ILUSTRACIÓN 18.- DIAGRAMA DEL COMPORTAMIENTO DE UN PLATO PERFORADO. ............................................................. 39 
ILUSTRACIÓN 19.- ESQUEMA GENERAL DE APLICACIÓN DEL MECANISMO DE INUNDACIÓN. ................................................... 41 
ILUSTRACIÓN 20.- CORRELACIÓN DE INUNDACIÓN POR ARRASTRE DE FAIR ........................................................................ 45 
ILUSTRACIÓN 21.- CORRELACIÓN DE INUNDACIÓN POR ARRASTRE DE SMITH. .................................................................... 46 
ILUSTRACIÓN 22.- FRACCIÓN DE ARRASTRE POR FAIR. .................................................................................................. 47 
ILUSTRACIÓN 23.- VALORES DE TIEMPOS DE RESIDENCIA EN LA BAJANTE USADOS EN LAS CORRELACIONES DE NUTTER Y KOCH PARA 
DETERMINAR LA VELOCIDAD MÁXIMA EN LA BAJANTE. ......................................................................................... 50 
ILUSTRACIÓN 24.- CORRELACIÓN DEL PUNTO DE LAGRIMEO DE ACUERDO A FAIR. .............................................................. 52 
ILUSTRACIÓN 25.- CORRELACIÓN DEL PUNTO DE VERTIDO DE PRINCE Y CHAN. ................................................................... 55 
ILUSTRACIÓN 26.- CAÍDA DE PRESIÓN. COEFICIENTE DE DESCARGA PARA EL FLUJO DE GASES EN PLATOS PERFORADOS. .............. 57 
ILUSTRACIÓN 27.- PREDICCIÓN DEL FACTOR DE AIREACIÓN Β EN LA BANDEJA PARA EL CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN…….…57 
ILUSTRACIÓN 28.- FACTOR DE CORRECIÓN DE CEJA PARA BAJANTES SEGMENTADAS EN EL CÁLCULO DEL LÍQUIDO POR ENCIMA 
DE LA CEJA. .................................................................................................................................................59 
 
 
 
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ILUSTRACIÓN 29.- DIMENSIONES TÍPICAS PARA TAMBORES KNOCKOUT CON COJINES DE MALLA. (A) TAMBORES VERTICALES 
KNOCKOUT, (B) TAMBORES HORIZONTALES KNOCKOUT. ....................................................................................... 64 
ILUSTRACIÓN 30.- TAMBOR KNOCKOUT. DIMENSIONES TÍPICAS PARA SEPARADORES VERTICALES Y HORIZONTALES. .................. 66 
ILUSTRACIÓN 31.- REHERVIDOR DE CIRCULACIÓN NATURAL. (A) ONCE-THROUGH, (B) RECIRCULANTE. ................................... 67 
ILUSTRACIÓN 32.- REHERVIDOR DE CIRCULACIÓN FORZADA…………………………………………………………………………………… .…68 
ILUSTRACIÓN 33.- TERMOSIFÓN VERTICAL CONECTADO A LA TORRE................................................................................. 68 
ILUSTRACIÓN 34.- TERMOSIFÓN CONECTADO HORIZONTALMENTE A LA COLUMNA. ............................................................ 68 
ILUSTRACIÓN 35.- ARREGLO DE UN REHERVIDOR KETTLE. ............................................................................................. 69 
ILUSTRACIÓN 36.- GUÍA RÁPIDA DE SELECCIÓN DE REHERVIDOR. .................................................................................... 69 
ILUSTRACIÓN 37.- TEORÍA DE LA DOBLE RESISTENCIA A LA TRANSFERENCIA DE MASA. ......................................................... 71 
ILUSTRACIÓN 38.- EFICIENCIA DE MURPHEE PARA PLATOS. (A) BASADA EN LA FASE VAPOR, (B) BASADA EN LA FASE LÍQUIDA. .... 80 
ILUSTRACIÓN 39.- VERSIÓN DE LOCKHART Y LEGGETT DE LA CORRELACIÓN DE O´CONELL PARA LA EFICIENCIA GLOBAL DE PLATOS 
FRACCIONADORES, ABSORBEDORES Y DESORBEDORES. ......................................................................................... 85 
ILUSTRACIÓN 40.- ESPECIFICACIÓN DE LAS CONDICIONES EN EL MÉTODO APROXIMADO DSTWU. ......................................... 95 
ILUSTRACIÓN 41.- CONFIGURACIÓN DEL MODELO RIGUROSO RADFRAC EN EL SIMULADOR ASPEN PLUS. .............................. 96 
ILUSTRACIÓN 42.- ESPECIFICACIÓN DE LAS CORRIENTES EN EL MODELO RADRAC. ............................................................. 97 
ILUSTRACIÓN 43.- ESPECIFICACIÓN DE LAS CONDICIONES DE PRESIÓN EN EL MODELO RADFRAC. ......................................... 97 
ILUSTRACIÓN 44.- CONFIGURACIÓN DEL TIPO DE REHERVIDOR EN ASPEN PLUS. ................................................................. 98 
ILUSTRACIÓN 45.- CONVENCIÓN DE CORRIENTES DE ALIMENTACIÓN EN ASPEN PLUS (ABOVE STAGE) ..................................... 99 
ILUSTRACIÓN 46.- CONVENCIÓN DE CORRIENTES DE ALIMENTACIÓN EN ASPEN PLUS(ON-STAGE) ........................................ 100 
ILUSTRACIÓN 47.- ESPECIFICACIÓN DE PUREZA DE DISEÑO EN EL MODELO RADFRAC. ...................................................... 100 
ILUSTRACIÓN 48.- ESQUEMA DEL PROCESO EN EL SIMULADOR ASPEN PLUS. ARRIBA. MÉTODO DSTWU. ABAJO. MÉTODO 
RADFRAC. .............................................................................................................................................. 101 
ILUSTRACIÓN 49.- RESULTADOS DEL MODELO RADFRAC DEL COMPORTAMIENTO DEL CONDENSADOR Y REHERVIDOR. ........... 102 
ILUSTRACIÓN 50.- DIAGRAMA DEL DISEÑO DE LA BAJANTE. (A) BAJANTE SEGMENTADA LATERAL, (B) BAJANTE CENTRAL. ......... 111 
ILUSTRACIÓN 51.- ESQUEMA DE PLATOS PERFORADOS. ............................................................................................... 112 
ILUSTRACIÓN 52.- ESPECIFICACIÓN RATE-BASED SECCIÓN SUPERIOR. ............................................................................. 131 
ILUSTRACIÓN 53.- ESPECIFICACIÓN RATE-BASED SECCIÓN INFERIOR. ............................................................................. 132 
ILUSTRACIÓN 54.- EFICIENCIA MULTICOMPONENTE POR PLATO EN EL SIMULADOR ASPEN PLUS. ......................................... 133 
ILUSTRACIÓN 55.- BULK PROPERTIES SEGÚN EL MODELO DE FLUJO EN ASPEN PLUS. ......................................................... 146 
GRÁFICO 1.- PASOS CORRESPONDIENTES A LA METODOLOGÍA DE CÁLCULO PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA MULTICOMPONENTE 
POR PLATO SIGUIENDO EL MÉTODO MATRICIAL……………………………………………………………………………………………………..…86 
 
 
 
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ÍNDICE DE TABLAS 
TABLA 1.- COMPARACIÓN DE PLATOS TÍPICOS COMUNES. .............................................................................................. 25 
TABLA 2.- TENDENCIA A LA FORMACIÓN DE ESPUMA .................................................................................................... 48 
TABLA 3.- VELOCIDADES SUGERIDAS EN LA BAJANTE ..................................................................................................... 49 
TABLA 4.- TENDENCIA A LA FORMACIÓN DE ESPUMA .................................................................................................... 51 
TABLA 5.- EFICIENCIA DE UNA MALLA METÁLICA EN FUNCIÓN DE LOS VALORES K. ............................................................... 63 
TABLA 6.- CONSTANTES PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES LÍQUIDO- VAPOR VERTICALES ................................... 65 
TABLA 7.- MODELOS DE MEZCLADO PARA EL LÍQUIDO Y EL VAPOR EN UN PLATO ................................................................. 82 
TABLA 8.- ESPECIFICACIONES DE DISEÑO DE LA COLUMNA C3 SPLITTER ESPECIFICADAS POR UOP ......................................... 87 
TABLA 9.- CONDICIONES DE LA CORRIENTE DE ALIMENTACIÓN DE PROCESO ....................................................................... 88 
TABLA 10.- CONDICIONES DE LA CORRIENTE DE DESTILADO DEL PROCESO. ........................................................................ 89 
TABLA 11.- CONDICIONES DE LA CORRIENTE DE FONDOS DEL PROCESO. ............................................................................ 90 
TABLA 12.- CONDICIONES DEL DESTILADO PARA CONOCER LA PRESIÓN DEL CONDENSADOR .................................................. 93 
TABLA 13.- ETAPAS SELECCIONADAS PARA EL CÁLCULO HIDRÁULICO. ............................................................................. 104 
TABLA 14.- RESUMEN DISEÑO PRELIMINAR DE LA TORRE PARA EL SEGUNDO ENSAYO ........................................................ 108 
TABLA 15.- REVISIÓN DE LA INUNDACIÓN/KISTER Y HASS ............................................................................................ 113 
TABLA 16.- REVISIÓN DE LA BAJANTE ...................................................................................................................... 113 
TABLA 17.- REVISIÓN DE LA INUNDACIÓN/CORRELACIÓN FAIR ..................................................................................... 114 
TABLA 18.- REVISIÓN DE LA INUNDACIÓN/CORRELACIÓN SMITH .................................................................................. 114 
TABLA 19.- REVISIÓN HIDRÁULICA/ CORRELACIÓN DE HOFHUIS ................................................................................... 115 
TABLA 20.- REVISIÓN DE ARRASTRE/CORRELACIÓN DE FAIR ......................................................................................... 116 
TABLA 21.- REVISIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA ...................................................................................................... 116 
TABLA 22.- CAÍDA DE PRESIÓN SECA ....................................................................................................................... 117 
TABLA 23.- CAÍDA DE PRESIÓN HÚMEDA .................................................................................................................. 117 
TABLA 24.- CAÍDA DE PRESIÓN TOTAL...................................................................................................................... 117 
TABLA 25.- REVISIÓN DEL RETORNO DE LÍQUIDO EN LA BAJANTE ................................................................................... 118 
TABLA 26.- CAMBIOS EN EL SEGUNDO ENSAYO DEL DISEÑO. ........................................................................................ 120 
TABLA 27.- CORRELACIÓN DEINUNDACIÓN KISTER Y HASS CUARTO ENSAYO ................................................................... 121 
TABLA 28.- REVISIÓN INUNDACIÓN/CORRELACIÓN KISTER & HAAS .............................................................................. 121 
TABLA 29.- REVISIÓN DE INUNDACIÓN POR OBSTRUCCIÓN /KOCH ................................................................................ 122 
TABLA 30.- REVISIÓN DE INUNDACIÓN/CORRELACIÓN FAIR ......................................................................................... 122 
TABLA 31.- REVISIÓN DE INUNDACIÓN/CORRELACIÓN SMITH ...................................................................................... 122 
TABLA 32.- RÉGIMEN OPERATIVO/HOFHUIS ............................................................................................................. 123 
TABLA 33.-REVISIÓN DE ARRASTRE/CORRELACIÓN DE FAIR ......................................................................................... 123 
 
 
 
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TABLA 34.- REVISIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA ...................................................................................................... 123 
TABLA 35.- CAÍDA DE PRESIÓN ............................................................................................................................... 124 
TABLA 36.- REVISIÓN DEL RETORNO DE LÍQUIDO EN BAJANTE ....................................................................................... 124 
TABLA 37.- RELACIÓN DE LA CARGA DE REDUCCIÓN ................................................................................................... 125 
TABLA 38.- REVISIÓN DEL PUNTO DE LAGRIMEO/CORRELACIÓN DE FAIR ........................................................................ 126 
TABLA 39.- REVISIÓN DEL PUNTO DE VERTIDO/CORRELACIÓN DE PRINCE & CHAN ........................................................... 127 
TABLA 40.- CÁLCULO DE LA FRACCIÓN DE LAGRIMEO/CORRELACIÓN DE HSIEH & MCNULTY .............................................. 128 
TABLA 41.- REVISIÓN DE LA VELOCIDAD DE LAGRIMEO/CORRELACIÓN DE LOCKETT & BANIK .............................................. 129 
TABLA 42.- REVISIÓN DE SELLO .............................................................................................................................. 129 
TABLA 43.- ESPECIFICACIONES DEL PLATO PARA EL CÁLCULO DE LA EFICIENCIA MULTICOMPONENTE. .................................... 134 
TABLA 44.- PROPIEDADES FÍSICAS PARA EL CÁLCULO DE LA EFICIENCIA MULTICOMPONENTE ............................................... 135 
TABLA 45.- VALORES TÍPICOS DE EFICIENCIA Y PLATOS DE ACUERDO AL SERVICIO DE LA COLUMNA ....................................... 143 
TABLA 46.- RESULTADOS OBTENIDOS DEL MÉTODO APROXIMADO DSTWU EN ASPEN PLUS .............................................. 148 
TABLA 47.- RESUMEN DEL DISEÑO DE LOS PLATOS. .................................................................................................... 148 
TABLA 48.- LAYOUT FINAL DE PLATOS ...................................................................................................................... 149 
TABLA 49.- DISEÑO FINAL DEL PLATO. CUARTO ENSAYO……………………………………………………………………..……………………152 
TABLA 50.- RESUMEN DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO......................................................................................... 151 
TABLA 51.- RESUMEN DEL DISEÑO DE PLATOS DE LA SECCIÓN INFERIOR DE ASPEN PLUS, CONTEMPLANDO VALORES DE 
COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO. .................................................................................................................. 151 
TABLA 52.- RESUMEN DEL DISEÑO DE PLATOS DE LA SECCIÓN SUPERIOR DE ASPEN PLUS ................................................... 152 
TABLA 53.- RESULTADOS DE LA EFICIENCIA MATRICIAL PUNTUAL POR PLATO EN EXCEL. ..................................................... 152 
TABLA 54.- RESULTADOS DE EFICIENCIA POR COMPONENTE Y POR PLATO EN ASPENPLUS………………………………………………..156 
TABLA 55.- EFICIENCIA MULTICOMPONENTE POR SECCIONES Y EFICIENCIA GLOBAL PARA LA COLUMNA POR MÉTODO MATRICIAL EN 
EXCEL. ..................................................................................................................................................... 159 
TABLA 56.- ALTURA DE LA TORRE REAL CALCULADO CON LA EFICIENCIA GLOBAL POR CORRELACIÓN...................................... 159 
TABLA 57.- CARGAS DE FLUJOS MÁSICOS Y VOLUMÉTRICOS DE LÍQUIDO Y VAPOR Y PROPIEDADES FÍSICAS POR ETAPAS. ............ 167 
TABLA 58.- VARIABLES DE DISEÑO RECOMENDADAS Y PERMITIDAS ................................................................................ 171 
TABLA 59.- CONDICIONES SELECCIONADAS PARA EL CÁLCULO HIDRÁULICO ...................................................................... 172 
TABLA 60.- ENSAYOS PARA EL DISEÑO DEL PLATO ...................................................................................................... 172 
TABLA 61.- CÁLCULO MATRICIAL EN EXCEL PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA PUNTUAL POR COMPONENTE. .......................... 174 
 
 
 
 
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 LISTA DE ECUACIONES 
ECUACIÓN 2.1.- COMPOSICIÓN DE PARA CORRIENTES PARALELAS. ............................................................................ 7 
ECUACIÓN 2.2.- COMPOSICIÓN DE PARA CORRIENTES QUE SE CRUZAN. ...................................................................... 7 
ECUACIÓN 2.3.- COMPOSICIÓN DE PARA CORRIENTES PARALELAS. ............................................................................ 7 
ECUACIÓN 2.4.- COMPOSICIÓN DE PARA CORRIENTES QUE SE CRUZAN. ...................................................................... 7 
ECUACIÓN 2.5.- COMPOSICIÓN DE . ................................................................................................................... 8 
ECUACIÓN 2.6.- COMPOSICIÓN DE . ................................................................................................................... 8 
ECUACIÓN 2.7.- RELACIÓN DE COMPOSICIÓN DE Y . ..................................................................................... 8 
ECUACIÓN 2.8.- RELACIÓN DE COMPOSICIÓN EN DOMOS Y FONDOS PARA UNA VOLATILIDAD VARIABLE. ................................... 8 
ECUACIÓN 2.9.- RELACIÓN DE COMPOSICIÓN EN DOMOS Y FONDOS PARA UNA VOLATILIDAD CONSTANTE. ................................ 8 
ECUACIÓN 2.10.- ECUACIÓN DE FENSKE. ..................................................................................................................... 8 
ECUACIÓN 2.11.- ECUACIÓN DE FENSKE EN TÉRMINOS DE FLUJOS MORALES. ...................................................................... 8 
ECUACIÓN 2.12.- MEDIA GEOMÉTRICA DE LA VOLATILIDAD RELATIVA. ............................................................................... 9 
ECUACIÓN 2.13.- ECUACIÓN DE WINN. ...................................................................................................................... 9 
ECUACIÓN 2.14.- FLUJO MOLAR DEL COMPUESTO NO CLAVE EN FONDOS. .......................................................................... 9 
ECUACIÓN 2.15.- FLUJO MOLAR DEL COMPUESTO NO CLAVE EN DOMOS. ........................................................................... 9 
ECUACIÓN 2.16.- RELACIÓN DE REFLUJO INTERNO PARA SISTEMAS MULTICOMPONENTES CLASE I. ........................................ 10 
ECUACIÓN 2.17.- ECUACIÓN DE UNDERWOOD PARA COMPUESTOS LK, HK. ..................................................................... 10 
ECUACIÓN 2.18.- ECUACIÓN DE UNDERWOOD PARA COMPUESTOS NO CLAVE. ................................................................. 10 
ECUACIÓN 2.19.- RELACIÓN DE REFLUJO INTERNO MÍNIMO. .......................................................................................... 11 
ECUACIÓN 2.20.- RELACIÓN DE REFLUJO INTERNO PARA LA ZONA DE RECTIFICACIÓN CLASE II. .............................................. 11 
ECUACIÓN 2.21.-RELACIÓN DE REFLUJO INTERNO PARA LA ZONA DE AGOTAMIENTO CLASE II. ............................................. 11 
ECUACIÓN 2.22.- RELACIÓN DE FLUJO DE LÍQUIDO MOLAR PARA EL SISTEMA DE CLASE II. .................................................... 12 
ECUACIÓN 2.23.- RAÍZ COMÚN PARA SISTEMAS DE CLASE II........................................................................................... 13 
ECUACIÓN 2.24.- RELACIÓN DE REFLUJO INTERNO PARA LA ZONA DE AGOTAMIENTO Y RECTIFICACIÓN CLASE II. ....................... 13 
ECUACIÓN 2.25.- PRIMER ECUACIÓN LINEAL PARA UN SISTEMA DE CLASE II. ..................................................................... 13 
ECUACIÓN 2.26.- SEGUNDA ECUACIÓN LINEAL PARA UN SISTEMA DE CLASE II. .................................................................. 13 
ECUACIÓN 2.27.- TERCER ECUACIÓN LINEAL PARA UN SISTEMA DE CLASE II. ..................................................................... 14 
ECUACIÓN 2.28.- ECUACIÓN DE MOLOKANOV. .......................................................................................................... 15 
ECUACIÓN 2.29.- ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIA POR COMPONENTE CORRESPONDIENTE AL MÉTODO RIGUROSO. ............ 18 
ECUACIÓN 2.30.- ECUACIÓN DE EQUILIBRIO ENTRE FASES CORRESPONDIENTE AL MÉTODO RIGUROSO. ................................... 18 
ECUACIÓN 2.31.- ECUACIONES S DEL MÉTODO MESH FASE VAPOR. ............................................................................... 18 
ECUACIÓN 2.32.- ECUACIONES S DEL MÉTODO MESH FASE LÍQUIDA. ............................................................................. 18 
ECUACIÓN 2.33.- ECUACIÓN DE BALANCE DE ENERGÍA CORRESPONDIENTE AL MÉTODO RIGUROSO. ....................................... 18 
 
 
 
Página 
xiii 
 
 
ECUACIÓN 2.34.- ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIA TOTAL CORRESPONDIENTE AL MÉTODO RIGUROSO. ............................. 19 
ECUACIÓN 2.35.- ECUACIÓN M MODIFICADA PARA I COMPONENTES Y N ETAPAS. ............................................................. 20 
ECUACIÓN 2.36.- TÉRMINO DE LA ECUACIÓN M MODIFICADA. .................................................................................. 20 
ECUACIÓN 2.37.- TÉRMINO DE LA ECUACIÓN M MODIFICADA. .................................................................................. 20 
ECUACIÓN 2.38.- TÉRMINO DE LA ECUACIÓN M MODIFICADA. .................................................................................. 20 
ECUACIÓN 2.39.- TÉRMINO DE LA ECUACIÓN M MODIFICADA................................................................................... 20 
ECUACIÓN 2.40.- MATRIZ TRIDIAGONAL. MÉTODO DE THOMAS. .................................................................................. 21 
ECUACIÓN 4.1.- RELACIÓN ENTRE EL ESPACIAMIENTO DE PLATO Y LA ALTURA DE LÍQUIDO CLARO. ......................................... 42 
ECUACIÓN 4.2.- FACTOR F. ..................................................................................................................................... 42 
ECUACIÓN 4.3.- FACTOR . .................................................................................................................................. 43 
ECUACIÓN 4.4.- CONSTANTE . ............................................................................................................................. 43 
ECUACIÓN 4.5.- CARGA DE LÍQUIDO EN EL PLATO. ....................................................................................................... 43 
ECUACIÓN 4.6.- PARÁMETRO DE FLUJO. .................................................................................................................... 43 
ECUACIÓN 4.7.- CARGA DE LÍQUIDO EN LA BAJANTE. .................................................................................................... 44 
ECUACIÓN 4.8.- VELOCIDAD DE INUNDACIÓN DEL VAPOR. ............................................................................................. 44 
ECUACIÓN 4.9.- CONSTANTE DE INUNDACIÓN DADA POR SOUDERS Y BROWN. .......................................................... 44 
ECUACIÓN 4.10.- VELOCIDAD DE INUNDACIÓN CON LA CORRELACIÓN DE FAIR. ................................................................. 45 
ECUACIÓN 4.11.- CONSTANTE DE INUNDACIÓN DADA POR LA CORRELACIÓN DE KISTER Y HASS. ................................... 45 
ECUACIÓN 4.12.- FRACCIÓN DE ARRASTRE. ................................................................................................................ 46 
ECUACIÓN 4.13.- ALTURA DE ESPUMA RESPECTO AL ESPACIAMIENTO ENTRE PLATOS Y ALTURA DE CEJA EXTERNA. .................... 46 
ECUACIÓN 4.14.- ALTURA DE LÍQUIDO AIREADO EN TÉRMINOS DEL FACTOR DE AIREACIÓN. .................................................. 47 
ECUACIÓN 4.16.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO. ............................................................................................................ 48 
ECUACIÓN 4.17.- CORRELACIÓN DE GLISCH PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD MÁXIMA EN LA BAJANTE. ................................ 49 
ECUACIÓN 4.18.- CORRELACIÓN DE KOCH Y NUTTER PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD MÁXIMA EN LA BAJANTE. .................... 50 
ECUACIÓN 4.19.- BALANCE DE FUERZAS DE ACUERDO A FAIR. ........................................................................................ 52 
ECUACIÓN 4.20.- CAÍDA DE PRESIÓN DEBIDO A LA FORMACIÓN DE BURBUJAS. .................................................................. 52 
ECUACIÓN 4.21.- ECUACIÓN MODIFICADA DEL BALANCE DE FUERZAS POR FAIR. ................................................................ 52 
ECUACIÓN 4.22.- CORRELACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LAGRIMEO POR LOCKETT Y BANIK PARA FR MENORES A 0.2. .................. 53 
ECUACIÓN 4.23.- NÚMERO DE FROUDE PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD DE LAGRIMEO. ................................................... 53 
ECUACIÓN 4.24.- CORRELACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LAGRIMEO POR LOCKETT Y BANIK PARA FR MAYORES A 0.2. .................. 53 
ECUACIÓN 4.25.- CORRELACIÓN DE HSIEH Y MCNULTY PARA SISTEMAS DE ALTA PRESIÓN (>165 PSIA) ................................. 53 
ECUACIÓN 4.26.- TÉRMINO DE LA CORRELACIÓN DE HSIEH Y MCNULTY. .................................................................. 53 
ECUACIÓN 4.27.- TÉRMINO DE LA CORRELACIÓN DE HSIEH Y MCNULTY. .................................................................. 53 
ECUACIÓN 4.28.- TÉRMINO PARA EL CÁLCULO DE . ............................................................................................ 53 
ECUACIÓN 4.29.- FRACCIÓN DE LAGRIMEO EN UNA BANDEJA. ........................................................................................ 54 
 
 
 
Página 
xiv 
 
 
ECUACIÓN 4.30.- CAÍDA DE PRESIÓN TOTAL. .............................................................................................................. 55 
ECUACIÓN 4.31.- CAÍDA DE PRESIÓN SECA EN LA BANDEJA. ........................................................................................... 56 
ECUACIÓN 4.32.- CONSTANTE K PARA EL CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN SECA. ............................................................ 56 
ECUACIÓN 4.33.- CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LA MASA AIREADA. ............................................................................. 56 
ECUACIÓN 4.34.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO…………………………………………………………………………………………………………57 
ECUACIÓN 4.35.- ALTURA DEL LÍQUIDO POR ENCIMA DE LA CEJA CON LA FÓRMULA DE FRANCIS. ........................................... 58 
ECUACIÓN 4.36.- PÉRDIDA DE CARGA POR FRICCIÓN PARA BAJANTES SEGMENTADAS. ......................................................... 59 
ECUACIÓN 4.37.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO EN TÉRMINOS DE LA DENSIDAD Y ALTURA DE ESPUMA. ..................................... 60 
ECUACIÓN 4.38.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO PARA EL RÉGIMEN DE ESPUMA. CORRELACIÓN DE COLWELL. ............................. 60 
ECUACIÓN 4.39.- COEFICIENTE PARA LA CORRELACIÓN DE COLWELL CON < 8.135. .......................................60 
ECUACIÓN 4.40.- COEFICIENTE PARA LA CORRELACIÓN DE COLWELL CON > 8.135. ....................................... 60 
ECUACIÓN 4.41.- CÁLCULO DE ...................................................................................................................... 60 
ECUACIÓN 4.42.- CÁLCULO DE ............................................................................................................................. 60 
ECUACIÓN 4.43.- DENSIDAD DE ESPUMA. .................................................................................................................. 61 
ECUACIÓN 4.44.- NÚMERO DE FROUDE EN EL RÉGIEM DE ESPUMA. ................................................................................ 61 
ECUACIÓN 4.45.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO PARA EL RÉGIMEN DE TRANSICIÓN DE ESPUMA A EMULSIÓN- CORRELACIÓN DE 
HOFHUIS. ................................................................................................................................................... 61 
ECUACIÓN 4.46.- PARÁMETRO DE TRANSICIÓN DE FLUJO. ............................................................................................. 61 
ECUACIÓN 4.47.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO PARA EL RÉGIMEN DE TRANSICIÓN DE ESPUMA A SPRAY. CORRELACIÓN DE JERÓNIMO 
Y SAWISTOWSKI. .......................................................................................................................................... 61 
ECUACIÓN 4.48.- CÁLCULO DE PARA LA CORRELACIÓN DE JERÓNIMO Y SAWISTOWSKI. .................................................... 62 
ECUACIÓN 4.49.- CÁLCULO DE LA ALTURA DE LÍQUIDO CLARO DEL AGUA PARA LA CORRELACIÓN DE JERONIMO Y SAWISTOWSKI. 62 
ECUACIÓN 4.50.- ECUACIÓN DE STOKES PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD MÁXIMA DE ASENTAMIENTO DE UNA GOTA DE LÍQUIDO.
 ................................................................................................................................................................ 65 
ECUACIÓN 5.1.- MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA LOCAL EN LA FASE VAPOR. ....................................................... 72 
ECUACIÓN 5.2.- MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA LOCAL EN LA FASE LÍQUIDA....................................................... 72 
ECUACIÓN 5.3.- MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA GLOBAL EN LA FASE VAPOR. ..................................................... 72 
ECUACIÓN 5.4.- MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MASA GLOBAL EN LA FASE LÍQUIDA. ................................................... 72 
ECUACIÓN 5.5.- RESISTENCIA TOTAL A LA TRANSFERENCIA DE MASA. ............................................................................... 73 
ECUACIÓN 5.6.- FACTOR DE AGOTAMIENTO. .............................................................................................................. 73 
ECUACIÓN 5.7.- RESISTENCIA TOTAL A LA TRANSFERENCIA DE MASA MATRICIAL. ................................................................ 73 
ECUACIÓN 5.8.- NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA BINARIA PARA LA FASE VAPOR. MÉTODO AICHE. ........................ 73 
ECUACIÓN 5.9.- NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA BINARIA PARA LA FASE LÍQUIDA. MÉTODO AICHE. ...................... 74 
ECUACIÓN 5.10.- CÁLCULO DE SEGÚN EL MÉTODO DE BENNETT. ............................................................................ 74 
ECUACIÓN 5.11.- CÁLCULO DE SEGÚN EL MÉTODO DE BENNETT. ............................................................................... 74 
 
 
 
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xv 
 
 
ECUACIÓN 5.12.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO SEGÚN EL MÉTODO DE BENNETT. ................................................................ 74 
ECUACIÓN 5.13.- TIEMPO DE RESIDENCIA DE LA FASE LÍQUIDA SEGÚN AICHE. .................................................................. 74 
ECUACIÓN 5.14.- NÚMERO DE TRANSFERENCIA DE MASA DE LA FASE VAPOR SEGÚN CHAN Y FAIR. ........................................ 74 
ECUACIÓN 5.15.- FRACCIÓN DE ACERCAMIENTO A LA INUNDACIÓN. ................................................................................ 75 
ECUACIÓN 5.16.- TIEMPO DE RESIDENCIA DE LA FASE VAPOR. ........................................................................................ 75 
ECUACIÓN 5.17.- COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA PARA LA FASE VAPOR. ........................................................... 75 
ECUACIÓN 5.18.- COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA PARA LA FASE LÍQUIDA. ......................................................... 75 
ECUACIÓN 5.19.- PARÁMETRO DE FLUJO. .................................................................................................................. 75 
ECUACIÓN 5.20.- PARÁMETRO DE TRANSICIÓN DE RÉGIMEN SPRAY A EMULSIÓN MIXTA. ..................................................... 76 
ECUACIÓN 5.21.- RELACIÓN DE LONGITUD DE BANDEJA POR UNIDAD DE ÁREA DE BURBUJEO. .............................................. 76 
ECUACIÓN 5.22.- ALTURA DE LÍQUIDO CLARO SEGÚN ZUIDERWEG. ................................................................................. 76 
ECUACIÓN 5.23.- ALTURA INTERFACIAL PARA EL RÉGIMEN DE SPRAY. .............................................................................. 76 
ECUACIÓN 5.24.- ÁREA INTERFACIAL PARA EL RÉGIMEN DE EMULSIÓN MIXTA DE ESPUMA. .................................................. 76 
ECUACIÓN 5.25.- UNIDADES DE TRANSFERENCIA DE LA FASE VAPOR CORRELACIÓN DE ZUIDERWEG ....................................... 77 
ECUACIÓN 5.26.- UNIDADES DE TRANSFERENCIA DE LA FASE LÍQUIDA CORRELACIÓN DE ZUIDERWEG. .................................... 77 
ECUACIÓN 5.27.- MÉTODO MATRICIAL MULTICOMPONENTE PARA EL PAR II...................................................................... 77 
ECUACIÓN 5.28.- MÉTODO MATRICIAL MULTICOMPONENTE PARA EL PAR IJ. .................................................................... 77 
ECUACIÓN 5.29.- NÚMERO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MASA EN UN SISTEMA MULTICOMPONENTE PARA J NÚMERO DE PLATOS.
 ................................................................................................................................................................ 78 
ECUACIÓN 6.1.- EFICIENCIA GLOBAL DE LA COLUMNA. .................................................................................................. 79 
ECUACIÓN 6.2.- EFICIENCIA DE MURPHEE EN SISTEMAS MULTICOMPONENTES PARA LA FASE VAPOR...................................... 80 
ECUACIÓN 6.3.- COMPOSICIÓN ARRIBA DE LA ESPUMA. ................................................................................................ 82 
ECUACIÓN 6.4.- CÁLCULO DE EN TÉRMINOS DE ................................................................................................ 82 
ECUACIÓN 6.5.- EFICIENCIA PUNTUAL DE MURPHEE DEL COMPUESTO 1. ......................................................................... 82 
ECUACIÓN 6.6.- EFICIENCIA PUNTUAL DE MURPHEE DEL COMPUESTO 2. ......................................................................... 82 
ECUACIÓN 6.7.- EFICIENCIA PUNTUAL DE MURPHEE DEL COMPUESTO 3. ......................................................................... 83 
ECUACIÓN 6.8.- FUERZA IMPULSORA DE DIFUSIÓN....................................................................................................... 83 
ECUACIÓN 6.9.- EFICIENCIA DE PLATO CON EL MODELO DE TANQUES MEZCLADOS. ............................................................. 84 
ECUACIÓN 6.10.- COEFICIENTE DE DIFUSIÓN DE EDDY. ................................................................................................. 84 
ECUACIÓN 6.11.- MODELO DE TANQUES DE MEZCLADO POR GAUTREAUX Y O´CONNEL. ..................................................... 84 
ECUACIÓN 8.1.- CÁLCULO DE PITCH. ....................................................................................................................... 107 
ECUACIÓN 8.2.- UNIDAD DE TRANSFERENCIA BINARIA FASE VAPOR PARA EL PAR BINARIO PROPILENO-ISOBUTANO SEGÚN LA 
CORRELACIÓN AICHE. .................................................................................................................................137 
ECUACIÓN 8.3.- UNIDAD DE TRANSFERENCIA BINARIA FASE LÍQUIDA PARA EL PAR BINARIO PROPILENO- ISOBUTANO SEGÚN LA 
CORRELACIÓN DE AICHE. ............................................................................................................................ 137 
 
 
 
Página 
xvi 
 
 
ECUACIÓN 8.4.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 11 EN LA FASE VAPOR. .................................................. 137 
ECUACIÓN 8.5.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 22 EN LA FASE VAPOR. .................................................. 137 
ECUACIÓN 8.6.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 12 EN LA FASE VAPOR. .................................................. 137 
ECUACIÓN 8.7.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 21 EN LA FASE VAPOR. .................................................. 137 
ECUACIÓN 8.8.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 11 EN LA FASE LÍQUIDA. ................................................ 138 
ECUACIÓN 8.9.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 22 EN LA FASE LÍQUIDA. ................................................ 138 
ECUACIÓN 8.10.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 12 EN LA FASE LÍQUIDA. .............................................. 138 
ECUACIÓN 8.11.- NUT MULTICOMPONENTE PARA EL PAR BINARIO 21 EN LA FASE LÍQUIDA. .............................................. 138 
ECUACIÓN 8.12.- NÚMERO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MASA MULTICOMPONENTE. ................................................... 139 
ECUACIÓN 8.13.- EFICIENCIA GLOBAL PARA LA COLUMNA DADA POR UOP. .................................................................... 140 
ECUACIÓN 8.14.- DEFINICIÓN DE EFICIENCIA GLOBAL DEL PLATO POR ASPEN PLUS. .......................................................... 146 
ECUACIÓN 8.15.- DEFINICIÓN DE EFICIENCIA POR COMPONENTE POR ASPEN PLUS. .......................................................... 146 
 
 
 
 
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xvii 
 
 
NOMENCLATURA 
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1 
 
 
1 INTRODUCCIÓN. 
 
El objetivo general de la tesis, es realizar el cálculo riguroso de la eficiencia 
multicomponente por plato en una torre de destilación propano-propileno. Mientras 
que los objetivos particulares son realizar el cálculo y dimensionamiento de una 
torre de destilación propano- propileno, así como comparar el valor de la altura de 
la torre reportado por el tecnólogo UOP con la altura calculada en la tesis. 
Al calcular de forma rigurosa la eficiencia multicomponente por plato, se esperaría 
optimizar el número de etapas de separación necesarias que cumplan con el 
requerimiento de pureza del proceso. 
Para el dimensionamiento y cálculo de la eficiencia multicomponente de una torre 
de destilación propano-propileno, se toma como referencia las condiciones de 
proceso de la Unidad de Recuperación de Propileno, que es parte del Proyecto de 
Conversión de Residuales (PCR) de la Refinería “Ingeniero Antonio M. Amor” en 
Salamanca,Gto. El requerimiento de pureza del propileno a la salida del domo es 
de 97.9% mol. La torre de destilación propano-propileno fue diseñado por el 
tecnólogo UOP, sin embargo, la torre aún no está físicamente disponible. 
Respecto a la estructura teórica de la tesis, esta se divide principalmente en dos 
rubros. Primero se redactan las consideraciones para el diseño de la torre de 
destilación, en la cual se hace mención de las definiciones, correlaciones y 
parámetros hidráulicos que serán empleados para el cálculo del dimensionamiento 
de la torre. Posteriormente se habla acerca las correlaciones para determinar el 
número de unidades transferencia de masa binarias (AIChE, Chan y Fair, 
Zuiderweg) y la eficiencia de separación. La explicación de cómo se transforma la 
ecuación para calcular el número de transferencia de masa binaria a 
multicomponente, empleando el método matricial, se reserva para la sección de la 
metodología de cálculo. 
Para el desarrollo de la tesis se emplea el simulador comercial Aspen Plus. 
Dentro del esquema de refinación, el proceso de separación del propano y el 
propileno es uno de los más difíciles, debido a la escasa diferencia en volatilidades 
 
 
 
Página 
2 
 
 
de estos compuestos. Esta dificultad provoca que la torre de destilación 
involucrada sea una de las de mayor altura en la refinería, y por lo tanto, involucra 
un alto costo en su construcción. 
Aunado a esta alta inversión, se tiene un gran consumo de servicios auxiliares 
(agua, vapor y energía eléctrica). Con el fin de disminuir la inversión, se propone 
calcular rigurosamente la eficiencia multicomponente por platos. Para ello, se 
plantea primero un dimensionamiento de la torre, seguido de la elaboración del 
cálculo de la eficiencia multicomponente en cada una de las etapas de separación, 
haciendo uso de las dimensiones previamente calculadas. 
Resaltando primero que se requiere la geometría del plato para ser usada en los 
cálculos de la eficiencia multicomponente. 
Desglosando más a detalle los temas que comprenden la tesis, se aborda primero 
el marco teórico, dando una breve explicación de los métodos aproximados para 
determinar las siguientes variables: el número de etapas teóricas, el reflujo mínimo 
y la localización de la alimentación, los cuales serán la base para el siguiente 
apartado que es el método riguroso para separaciones multicomponentes. 
Posteriormente, en la sección de metodología se mencionan las condiciones del 
caso de estudio y se introducen al simulador Aspen Plus. Como primer paso, se 
emplea el modelo aproximado DSTWU, del cual se obtienen el número de etapas 
teóricas, el reflujo operativo, la localización de la etapa de alimentación y el flujo 
interetapas. 
Contando con el flujo interno a través de las etapas, se procede a realizar el 
dimensionamiento de la columna, empleando una metodología iterativa de cálculo. 
Primeramente, se propone un primer ensayo respecto a las dimensiones de la 
torre, se llevan a cabo pruebas de su comportamiento hidráulico (porcentaje de 
inundación, fracción de arrastre, caída de presión en la bandeja, altura de líquido 
claro de retorno, etc.) y, de no cumplir dentro de los límites aceptados, se regresa 
a proponer otras dimensiones, hasta garantizar que se opere en condiciones 
estables. Una vez aceptados los parámetros hidráulicos y contando con el 
dimensionamiento final, se procede a realizar la simulación rigurosa de la torre en 
Aspen Plus. 
 
 
 
Página 
3 
 
 
Para obtener las condiciones finales de operación de la torre (flujo de líquido y 
vapor a través de la torre, composiciones, presión, temperatura, números 
adimensionales, etc.) se emplea el modelo riguroso RADFRAC. Así mismo, se 
mencionan algunas definiciones que son importantes tener en mente antes de 
usar el simulador para evitar cometer errores al momento de introducir los valores 
o suponer la conducta del equipo. En esta sección también se evalúa con Aspen 
Plus el comportamiento hidráulico del diseño final propuesto. 
Para el cálculo de la eficiencia multicomponente por unidad de separación, se 
requierenpreviamente los parámetros adimensionales (difusividades y número de 
Schmidt) obtenidos del modelo RADFRAC y las dimensiones de la columna ya 
calculados. Al tener dichos valores, se calculan los números de unidades de 
transferencia binarias de las correlaciones, para transformarlas a un sistema 
multicomponente, se utiliza el método matricial. Finalmente, en base a los valores 
obtenidos de las tres correlaciones para el cálculo de la eficiencia 
multicomponente, se selecciona un valor una eficiencia global de la torre que 
tenga más similitud con el valor dado por Aspen Plus y otros dos parámetros. Con 
éste valor de eficiencia global y el número de platos teóricos, se determina la 
altura de la torre, valor que es comparado con el valor reportado de UOP. 
Para concluir, se presentan los resultados obtenidos con el simulador, seguido de 
la conclusión, en donde se redacta si fue posible o no cumplir con el objetivo. 
Se espera que éste documento sea una guía de consulta práctica y básica para 
los estudiantes que se encuentran dentro de la carrera de Ingeniería Química. 
 
 
 
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4 
 
 
2 MÉTODOS APROXIMADOS PARA SEPARACIONES EN MÚLTIPLES ETAPAS DE SISTEMAS 
MULTICOMPONENTES. 
Para el diseño riguroso de la torre de destilación, se necesita conocer previamente 
un aproximado del número de platos, determinar el plato de alimentación óptima, 
así como una aproximación del reflujo externo a usar, en base a un factor de 
multiplicación respecto al reflujo mínimo, con el fin de conocer el tráfico de vapor y 
líquido interno en la torre. Este método es un diseño preliminar que sigue una 
serie de pasos para especificar las condiciones óptimas de diseño para sistemas 
multicomponentes, representado en la Ilustración 1. 
En esta sección se explicará únicamente el método aproximado de Fenske-
Underwood-Gilland (FUG), para la determinación de las etapas necesarias en la 
destilación de sistemas multicomponentes y el cálculo del reflujo mínimo. 
Existen otros dos métodos. El método Kremser se utiliza para separaciones en las 
que intervienen varias cascadas a contracorriente, como los sistemas de 
absorción, agotamiento y extracción líquido-líquido, y el método Edmister, para 
separaciones en las que intervienen cascadas en contracorriente con 
alimentaciones intermedias, tales como la destilación. Para realizar el cálculo de 
las tres ecuaciones del método FUG, se debe tener en cuenta que hay un orden 
en el procedimiento que se detalla a continuación: 
 
 
 
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5 
 
 
 
Ilustración 1.- Algoritmo para destilación de sistemas multicomponentes por un 
método empírico. 
2.1 SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES CLAVE. 
Para sistemas multicomponentes resulta útil especificar un compuesto que se 
extraerá en el destilado, conocido como clave ligero, que posee una volatilidad 
menor respecto a otro compuesto del cual se quiere separar, cuyo punto de 
ebullición es mayor. 
2.2 PRESIÓN DE OPERACIÓN DE LA COLUMNA Y TIPO DE CONDENSADOR. 
Para conocer la presión que se tendrá en el acumulador de reflujo, comprendido 
entre 0 y 415 psia para una temperatura de 120 °F, se seguirán las 
recomendaciones de la Ilustración 2. 
Se tiene que la caída de presión por plato en una torre atmosférica y a presión, es 
de 0.1 psi, con una caída de presión en el condensador de 5 psia. El primer paso 
 
 
 
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es conocer la presión de burbuja de la corriente de destilado a 120 °F. El valor de 
presión obtenido nos dirá si se necesita un condensador parcial o condensador 
total. 
Se debe de tener atención con la temperatura de fondos, y cuidar que no 
sobrepase la temperatura de descomposición de los compuestos. 
 
Ilustración 2.- Algoritmo para establecer la presión de la columna de destilación y 
el tipo de condensador. 
2.3 NÚMERO MÍNIMO DE ETAPAS DE EQUILIBRIO 
La separación de dos componentes clave en una mezcla multicomponente, que 
cuente con un número mínimo de etapas de equilibrio, corresponde a la condición 
de reflujo total. 
En estado estacionario, el suministro de calor al rehervidor y la salida de calor del 
condensador son iguales (suponiendo que no hay pérdidas de calor). 
Según el balance de materia, las corrientes de vapor y de líquido que cruzan entre 
dos etapas, serán iguales en flujo y composición , 
considerando así la primicia del flujo equimolar. 
 
 
 
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7 
 
 
 
Ilustración 3.- Operación de la columna de destilación a reflujo total. 
Para el componente en la etapa 1 de la Ilustración 3, se tiene: 
 
Ecuación 2.1.- Composición de para corrientes paralelas. 
Para las corrientes que cruzan: 
 
Ecuación 2.2.- Composición de para corrientes que se cruzan. 
Combinando las ecuaciones 
 
Ecuación 2.3.- Composición de para corrientes paralelas. 
Análogamente para la etapa 2: 
 
Ecuación 2.4.- Composición de para corrientes que se cruzan. 
 
 
 
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8 
 
 
Ampliando para el compuesto y : 
 
Ecuación 2.5.- Composición de . 
 
Ecuación 2.6.- Composición de . 
Combinando: 
 
 
 (
 
 
) 
Ecuación 2.7.- Relación de composición de y . 
O bien: 
(
 
 
)(
 
 
) ∑ 
 
 
 
Ecuación 2.8.- Relación de composición en domos y fondos para una volatilidad 
variable. 
Considerando la volatilidad constante en el rango de temperaturas a las que opera 
la columna, se simplifica la ecuación anterior de la siguiente forma. 
 
 
 
(
 
 
)(
 
 
) 
Ecuación 2.9.- Relación de composición en domos y fondos para una volatilidad 
constante. 
 
 [(
 
 
) (
 
 
)]
 
 
Ecuación 2.10.- Ecuación de Fenske. 
La ecuación 2.10 se conoce como ecuación de Fenske. En términos de flujos 
molares para los domos y fondos, y respectivamente, tenemos: 
 
 [(
 
 
) (
 
 
)]
 
 
Ecuación 2.11.- Ecuación de Fenske en términos de flujos morales. 
 
 
 
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9 
 
 
Siendo la media geométrica de los valores correspondientes a la etapa del 
domo y de fondos: 
 *( ) ( ) +
 
 
Ecuación 2.12.- Media geométrica de la volatilidad relativa. 
Con , . Referido al compuesto más y menos 
volátil, respectivamente. 
Cuando la volatilidad varía, la ecuación de Winn es más exacta (Henley & Seader, 
2000), ya que emplea parámetros empíricos para intervalos de temperatura 
y presión adecuados, representada como: 
 
 [(
 
 
) (
 
 
)]
 
 
 
Ecuación 2.13.- Ecuación de Winn. 
2.4 DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES NO CLAVE A REFLUJO TOTAL. 
La ecuación de Fenske no es exclusiva para el cálculo de compuestos clave, 
puesto que con el valor conocido de , es posible calcular las fracciones 
molares en domos ( ) y fondos ( ) para los compuestos no clave. Para la 
ecuación de Fenske: 
 
 
 (
 
 
) ( ) 
 
 
Ecuación 2.14.- Flujo molar del compuesto no clave en fondos. 
 
 
 (
 
 
) ( ) 
 
 (
 
 
) ( ) 
 
 
Ecuación 2.15.- Flujo molar del compuesto no clave en domos. 
Con y , 
que se representa por . 
 
 
 
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10 
 
 
2.5 REFLUJO MÍNIMO. 
Shiras, Hanson y Gibson (Henley & Seader, 2000) clasificaron los sistemas 
multicomponentes como Clase I si tienen un punto de contacto, o como Clase II, si 
cuentan con dos puntos de contacto. En la Clase I, todos los compuestos de 
alimentación estarán repartidos entre el destilado y los fondos. Para la Clase II, 
uno o más compuestos solo aparecen en uno de los productos. Si ni en el 
destilado o en el fondo se tienen todos los compuestos de la alimentación, se 
presentarán dos puntos de contacto lejos de la alimentación. 
Si se consideraun punto de contacto, tendremos para la clase I, un punto de 
contacto en la sección de rectificación mostrado en la Ilustración 4. Si se 
relaciona el equilibrio entre fases y los balances de materia, se obtiene la relación 
de reflujo interno:1 
 
 
 
[
 
 
 ( ) 
 
 
]
( ) 
 
Ecuación 2.16.- Relación de reflujo interno para sistemas multicomponentes clase 
I. 
La composición de la zona de contacto de alimentación es idéntica a la del 
equilibrio flash , por lo tanto tendremos: 
 
 
 
 
 
 [
 
 
 ( ) 
 
 
]
( ) 
 
Ecuación 2.17.- Ecuación de Underwood para compuestos LK, HK. 
Para conocer la distribución de los componentes no claves, como una ecuación 
análoga a la anterior, se denomina al componente como : 
 
 
 [
( ) 
( ) 
](
 
 
) [
( ) ( ) 
( ) 
] (
 
 
) 
Ecuación 2.18.- Ecuación de Underwood para compuestos no clave. 
 
1 Para una mayor noción del desarrollo de las ecuaciones, consultar (Henley & Seader, 2000). 
 
 
 
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11 
 
 
Para una separación Clase I: 
 (
 
 
) 
Para un valor mayor a cero el componente estará en domos, para un valor menor 
a uno el componente estará en fondos. 
Para condiciones de reflujo molar constante: 
 
 
 
 
Ecuación 2.19.- Relación de reflujo interno mínimo. 
La Ecuación 2.17 es conocida como la ecuación de Underwood para reflujo 
mínimo con un punto de contacto. 
Para el caso de la clase II, se consideran dos puntos de contacto, en la zona 
rectificación y de agotamiento, con una magnitud en común: 
 ∑
( ) 
( ) 
 
Ecuación 2.20.- Relación de reflujo interno para la zona de rectificación clase II. 
Para la sección de agotamiento, Underwood definió : 
∑
( ) 
( ) 
 
Ecuación 2.21.- Relación de reflujo interno para la zona de agotamiento clase II. 
 
 
 
 
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12 
 
 
 
Ilustración 4.- Zona del punto de contacto de la sección de rectificación. 
Donde: 
 
 
 para las condiciones de agotamiento. 
En estas deducciones Underwood supuso: 
 Volatilidades relativas constantes, en la región comprendida entre las dos 
zonas de contacto y, 
 y están relacionadas por su suposición de flujo molar 
constante, entre la entrada de la alimentación y las zonas de contacto de 
cada sección. 
Por ende se tendrá una raíz en común : 
 
Ecuación 2.22.- Relación de flujo de líquido molar para el sistema de clase II. 
Con estas suposiciones, Underwood demostró que existe por lo menos una raíz 
común siendo . Resultando igual a la fracción de vaporización. 
Para expresar en una sola ecuación la raíz en común que comparten las 
secciones de agotamiento y rectificación, se usan las ecuaciones anteriores para 
manejar la siguiente ecuación general: 
 
 
 
 
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∑
( ) 
( ) 
 
 
 
 
Ecuación 2.23.- Raíz común para sistemas de clase II. 
Se obtiene entonces la relación de reflujo interno : 
∑
( ) 
( ) 
 
 
 
 
Ecuación 2.24.- Relación de reflujo interno para la zona de agotamiento y 
rectificación clase II. 
Cuando se sospecha que hay distribución de algún componente no clave, se 
calcula la relación ( 
 
). Si se tiene un valor negativo, indica que también se 
distribuye en fondos. Con lo anterior, se procede a determinar raíces de de 
acuerdo a la ecuación anterior, siendo 
 . Para el ejemplo de que 
existan tres componentes distribuidos tendríamos dos raíces. Por ejemplo: 
 
Siendo el compuesto no clave sospechado de distribuirse. 
En el caso de tener tres compuestos distribuidos se plantearía un sistema de tres 
ecuaciones lineales con dos ecuaciones de la siguiente forma: 
 ∑
( ) 
( ) 
 
 
 
Ecuación 2.25.- Primer ecuación lineal para un sistema de clase II. 
 ∑
( ) 
( ) 
 
 
 
Ecuación 2.26.- Segunda ecuación lineal para un sistema de clase II. 
Obteniéndose previamente con la Ecuación 2.23 las raíces de .2 
Y una tercera ecuación: 
 
2 Para una mayor noción del desarrollo de las ecuaciones, consultar (Henley & Seader, 2000). 
 
 
 
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14 
 
 
 ∑ 
Ecuación 2.27.- Tercer ecuación lineal para un sistema de clase II. 
Teniendo así tres incógnitas: Con como la fracción mol del 
compuesto no clave sospechado de distribuirse. 
2.6 RELACIÓN REAL DE REFLUJO Y ETAPAS TEÓRICAS. 
Para hacer realidad la separación de los dos componentes clave, se debe trabajar 
a una relación real de flujo, que se establece como un múltiplo del reflujo mínimo 
determinado mediante consideraciones económicas. 
En la práctica, los fraccionadores que requieren un gran número de etapas se 
diseñan habitualmente para un valor de 
 
 de aproximadamente 1.10, mientras 
que las separaciones que requieren un pequeño número de etapas se diseñan 
para un valor de 
 
 de aproximadamente 1.50. Para casos intermedios, una 
regla utilizada es tomar 
 
 como 1.30. (Henley & Seader, 2000) 
Una correlación muy utilizada para sistemas multicomponentes casi ideales, es la 
correlación de Gilland, con la cual se determinan el número de etapas actuales, en 
función del reflujo operativo: 
 { { } { } } 
Para hacer uso de la correlación de Gilland que se muestra en la Ilustración 5, es 
necesario cumplir previamente con las siguientes consideraciones: 
 Número de componentes: 2 a 11. 
 : 0.28 a 1.42 
 Presión: vacío hasta 600 psig. 
 
 = 1.1 a 4.05 
 
 
 
 
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Ilustración 5.- Comparación de la correlación de Gilland con cálculos rigurosos. 
La línea que pasa por los datos representa la ecuación desarrollada por 
Molokanov et al. expresada como: 
 
 
 
 [(
 
 
) (
 
 
)] 
Ecuación 2.28.- Ecuación de Molokanov. 
Donde 
 
 
La correlación de Gilland resulta muy útil para una exploración preliminar de las 
variables de diseño. 
 
 
 
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2.7 MÉTODOS RIGUROSOS PARA SEPARACIONES MULTICOMPONENTES EN ETAPA 
MÚLTIPLE 3 
Después de conocer el método aproximado basado en los cálculos de Fenske, 
Winn, Underwood y Gilland que calcula las etapas mínimas, reflujo mínimo y 
número de etapas actuales, es necesario realizar el diseño final del equipo de 
etapas múltiples para separaciones multicomponentes, dejando a un lado la 
suposición de flujo molar constante. 
Para estos cálculos, se necesita una determinación rigurosa de temperaturas, 
presiones, flujos de corrientes, composiciones y velocidades de transferencia de 
calor para cada etapa. 
Estas determinaciones se realizan resolviendo los balances de materia, energía 
(entalpía) y relaciones de equilibrio de cada etapa. Estas ecuaciones algebraicas 
no lineales interaccionan generando un cálculo iterativo para su resolución. 
2.7.1 MODELO TEÓRICO PARA UNA ETAPA 
DE EQUILIBRIO. 
Si se considera un separador liquido-
vapor, continuo y en estado estacionario 
con etapas dispuestas en cascada a 
contracorriente como la Ilustración 6, se 
aceptará que en cada etapa se alcanza 
el equilibrio entre fases y que no tiene 
lugar ninguna reacción química. 
 
 
Ilustración 6.- Cascada general en 
contracorriente para N etapas. 
 
3 Información extraída y traducida de (Henley & Seader, 2000) 
 
 
 
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En la Ilustración 7, se muestra un esquema en forma general de un separador 
liquido-vapor con una etapa de equilibrio , donde las