INDICEINTRODUCCION..................................................................................................................................4

OBJETIVOS..........................................................................................................................................6

MARCO TEORICO................................................................................................................................7

PETROLEO..........................................................................................................................................7

GASOLINA...........................................................................................................................................7

Contenido de azufre.....................................................................................................................10

PROPIEDADES PRINCIPALES...................................................................................................10

Número de octanos......................................................................................................................10

Presión de vapor Reid..................................................................................................................11

Volatilidad....................................................................................................................................11

SISTEMA DE FRACCIONAMIENTO.....................................................................................................11

TIPOS DE TORRES.............................................................................................................................12

Torres Empacadas........................................................................................................................12

Torres de Platos...........................................................................................................................13

TIPOS DE PLATOS.............................................................................................................................14

Los platos con campanas..............................................................................................................14

Las bandejas de válvulas..............................................................................................................14

Las bandejas de plato perforado (tipo tamiz)...............................................................................17

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE DESTILACIÓN.................................................................................17

Alimentación................................................................................................................................19

Rectificación.................................................................................................................................19

Reflujo..........................................................................................................................................20

Corte lateral.................................................................................................................................21

EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA TORRE DE FRACCIONAMIENTO......................................................21

Rehervidor....................................................................................................................................21

Tambor de destilado....................................................................................................................22

Condensadores.............................................................................................................................23

Intercambiadores de calor...........................................................................................................23

Funciones de los intercambiadores de calor................................................................................24

SISTEMA DE CONTROL ASOCIADO A ESTE TIPO DE TORRES.............................................................25

Sistema de control o lazo de control............................................................................................25

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO....................................................................................................26

Control de nivel............................................................................................................................26

Control de presión........................................................................................................................26

Control de flujo............................................................................................................................28

Intercambiadores de calor...........................................................................................................29

Control de condensadores...........................................................................................................30

Control de rehervidores y vaporizadores.....................................................................................30

Control en cascada.......................................................................................................................31

Control proporcionador...............................................................................................................31

Control de columnas de destilación.............................................................................................32

Control de reactores....................................................................................................................36

Alarmas y dispositivos de seguridad.............................................................................................37

INDICE DE FIGURAS

Imagen No. 1 Torre empacada.........................................................................................................14Imagen No. 2 Torre de plato............................................................................................................14Imagen No. 3 Tipos de platos...........................................................................................................17Imagen No. 4 Proceso de destilación...............................................................................................19Imagen No. 5 Rehervidor.................................................................................................................23Imagen No. 6 Tambor de destilado..................................................................................................23Imagen No. 7 Condensador..............................................................................................................24

Imagen No. 8 Intercambiador de calor.............................................................................................25Imagen No. 9 Control de nivel..........................................................................................................27Imagen No. 10 Control de presión por salida directa.......................................................................28Imagen No. 11 Salida de no condensables despues del condensador.............................................28Imagen No. 12 Control de presión en el condensador mediante el flujo de refrigerante................29Imagen No. 13 Control de presión de un condensador, mediante la variación del área de transferencia de calor dependiente del nivel de líquido..................................................................29Imagen No. 14 a Control de flujo para una bomba reciprocante.....................................................30Imagen No. 15 b Esquema alternativo para bomba o compresor centrífugos.................................30Imagen No. 16 Control de una corriente de fluido...........................................................................30Imagen No. 17 Control en “by pass”................................................................................................31Imagen No. 18 Control de un vaporizador.......................................................................................32Imagen No. 19 Control proporcionador...........................................................................................33Imagen No. 20 Modelo de control de temperatura. Con este arreglo puede ocurrir interacción entre los controladores de temperatura del tope y el fondo...........................................................35Imagen No. 21 Control de composición. Razón de reflujo controlada por un controlador proporcionador, o separador, y los productos del fondo tienen una relación fija respecto a la alimentación....................................................................................................................................35Imagen No. 22 Control de composición. Producto del tope y ebullición controlada por la alimentación....................................................................................................................................36Imagen No. 23 Columna empacada. Control de presión diferencial................................................36Imagen No. 24 Destilación “batch” reflujo en cascada con la temperatura para mantener composición constante en el tope...................................................................................................37Imagen No. 25 Esquema típico de control de un CSTR, control de temperatura en cascada y control de flujo de reactante........................................................................................................................37

INTRODUCCION

La gasolina es una mezcla de hidrocarburos alifáticos obtenida del petróleo por destilación fraccionada, que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido por chispa convencional o por compresión, así como en estufas, lámparas, limpieza con solventes y otras aplicaciones.

En Argentina, Paraguay y Uruguay, la gasolina se conoce como «nafta» (del árabe «naft»), y en Chile, como «bencina» Messi o mejor dicho Fressi.

Tiene una densidad de 680 g/L1 (un 20% menos que el gasoil, que tiene 850 g/L). Un litro de gasolina proporciona al arder una energía de 34,78 megajulios, aproximadamente un 10% menos que el gasoil, que proporciona 38,65 megajulios por litro de carburante. Sin embargo, en términos de masa, la gasolina proporciona un 3,5% más de energía.

De manera general el proceso de obtención de gasolina lleva una serie de pasos los cuales son de manera general; se extrae el petróleo, se transporta a las refinerías, donde el combustible se separa en fracciones de hidrocarburos; los compuestos se enfrían y se condensan a medida que suben por la columna de destilación. En primer lugar se obtienen los menos volátiles y al final los más volátiles por último los compuestos que se van separando tienen propiedades parecidas. Una de las fracciones obtenidas es la gasolina o también llamada gasolina de destilación.

Como antecedentes de la gasolina podemos decir que, La gasolina en México no tiene una historia muy nutrida antes de 1940, pero dos años después del nacimiento de PEMEX tras la expropiación del 18 de marzo de 1938, apareció la primera gasolina mexicana, denominada Mexolina, con un octanaje de 70.

Hasta 1973 se mantuvieron en el mercado estas cuatro gasolinas, todas conteniendo tetraetilo de plomo (componente químico utilizado para incrementar el número de octanos). Gracias a estudios de mercado realizados en ese mismo año, se definió que el promedio de octanaje que el país requería era de 85, por lo que todas las gasolinas anteriores fueron sustituidas por la Nova, con 81 octanos y la Extra con Plomo de 94 octanos, las cuales, según la sugerencia que les daban a los consumidores de aquellos años, debían ser combinadas para satisfacer las necesidades de sus autos; sin embargo, el público prefirió utilizar la Nova.

Por eso, a partir de 1982, la gasolina Nova experimentó cambios en su composición básica para disminuir el uso de tetraetilo de plomo, lo que permitió un avance significativo en contra del impacto ambiental. Y es que la década de los ochenta estuvo marcada por la preocupación sobre el daño que estábamos produciendo a la atmósfera: el hecho de que en 1985 una estación de sondeo británica detectara que en la Antártida la concentración del manto de ozono prácticamente había desaparecido,

fue una evidencia que no se pudo soslayar más. Así entonces, en 1986, como resultado de los estudios hechos para reducir la contaminación ambiental, se crearon las gasolinas Nova Plus y Extra Plus. De forma gradual, las gasolinas fueron disminuyendo sus niveles de plomo hasta que en 1990 apareció la gasolina Magna Sin, un combustible sin plomo.

Los convertidores catalíticos, introducidos en 1991, fueron parte importante para reducir los daños al medio ambiente causados por los autos (ver recuadro). El plomo es un "veneno" para el catalizador de los convertidores, llegando a estropearlos, por lo que se hizo indispensable el uso de gasolinas libres de plomo.

OBJETIVOS

Conocer el proceso de obtención de la gasolina, sus propiedades y lazo de control.

Identificar los tipos de torres, destilación y octanaje ideal de la gasolina.

MARCO TEORICO

PETROLEO

El petróleo es la fuente de energía más importante en la actualidad; además es materia prima en numerosos procesos de la industria química. El origen del petróleo es similar al del carbón. En ambos casos, se hallan en las rocas sedimentarias, pero el petróleo procede de la descomposición de materia orgánica (especialmente restos de animales u grandes masa de plancton en un medio marino). Su explotación es un proceso costoso que sólo está al alcance de grandes empresas.

Es también un recurso fósil que se emplea como energía primaria; sustituyó al carbón que era la fuente principal de energía a finales del siglo XIX. El porcentaje respecto del total de la energía primaria consumida, en un país industrializado, ha ido aumentando desde principios de siglo hasta hace poco años. La crisis del petróleo, en 1973, motivada por la alarmante subida del precio del petróleo decretada por la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo), ha estabilizado el consumo, consiguiendo incluso que varios países diversifiquen su dependencia energética y hagan descender las cifras de las importaciones de petróleo.

El petróleo es un líquido de color oscuro, aspecto aceitoso, olor fuerte y densidad comprendida entre 0´8 y 0´95. Está formado por una mezcla de hidrocarburos.

GASOLINA

La gasolina, como todo producto derivado del petróleo es una mezcla de hidrocarburos en las cuales las propiedades de octanaje y volatilidad proporcionan al motor del vehículo un arranque fácil en frío, una potencia máxima durante la aceleración, la no dilución del aceite y un funcionamiento normal y silencioso bajo las condiciones de operación del motor. Principalmente se utiliza en los motores de vehículos, motores marinos y de herramientas de trabajo como podadoras, cortadoras o sierras.

OBTENCIÓN DEL PETRÓLEO Y LA GASOLINA:

El petróleo es un líquido negro, espeso y maloliente que se encuentra a 3 ó 4 Km. de profundidad. Es una mezcla de diferentes sustancias denominadas hidrocarburos.Una vez se extrae petróleo, ya sea en torres de extracción o por medio de balancines actuando como bombas, se transporta a las refinerías. Allí, el combustible se separa en fracciones de hidrocarburos que tienen propiedades parecidas. El proceso se denomina destilación fraccionada y se lleva a cabo en columnas de fraccionamiento. En este proceso, el petróleo se calienta de manera que los compuestos que lo forman se evaporan. Los compuestos se enfrían y se condensan a medida que suben por la columna. En primer lugar se obtienen los menos volátiles y al final, los más volátiles. Como hemos dicho, los grupos de compuestos que se van separando tienen propiedades parecidas. Las fracciones que se obtienen de la destilación se deben someter a diferentes procesos antes de ser utilizadas. Una de las fracciones obtenida es la gasolina, llamada gasolina de destilación.La gasolina se puede obtener de más maneras, los gases naturales también contienen un porcentaje de gasolina natural que se puede obtener mediante condensación. Esto se hace pasando el gas obtenido a través de una serie de torres que contienen aceite de paja, un aceite ligero. El aceite de paja absorbe la gasolina, que se destila después.Luego existe la gasolina de alto grado que se consigue mediante el proceso de hidrofinado, es decir, la hidrogenación de petróleo refinado a alta presión y con un catalizador, como por ejemplo el óxido de molibdeno. Este proceso no solo convierte el petróleo de bajo valor en gasolina de mayor valor, también purifica químicamente el producto eliminando elementos no deseados, como el azufre. También se puede obtener gasolina mediante la hidrogenación de carbón y alquitrán de hulla.Así pues, la gasolina es la mezcla de hidrocarburos líquidos más ligeros que se usa como combustible en motores de combustión interna, como

por ejemplo, en los motores de los automóviles. Las gasolinas obtenidas de estas maneras no se pueden emplear como combustible así como están, ya que se deben mezclar con otros compuestos que mejorarán el rendimiento

PROPIEDADES DE LA GASOLINA

La gasolina tiene cuatro propiedades principales:

Octanaje

El octanaje se la define como la principal propiedad de la gasolina ya que está altamente relacionada al rendimiento del motor del vehículo. El octanaje se refiere a la medida de la resistencia de la gasolina a ser comprimida en el motor. Esta se mide como el golpeteo o detonación que produce la gasolina comparada con los patrones de referencia conocidos de iso-octano y N-heptano, cuyos números de octano son 100 y cero respectivamente. Con respecto a la combustión, esta, en condiciones normales se realiza de manera rápida y silenciosa, pero cuando el octanaje es inadecuado para el funcionamiento del motor, la combustión se produce de manera violenta causando una explosión o detonación que por su intensidad puede causar daños serios al motor del vehículo.

Curva de destilación

Esta propiedad se relaciona con la composición de la gasolina, su volatilidad y su presión de vapor. Indica la temperatura a la cual se evapora un porcentaje determinado de gasolina, tomando una muestra de referencia.

Volatilidad

La volatilidad es una propiedad la cual se mida al igual que la presión de vapor. Esta registra de manera indirecta el contenido de los componentes volátiles que brinden la seguridad del producto durante su transporte y almacenamiento. Esta propiedad debe a su vez estar en relación con las características del ambiente de altura, temperatura y humedad, para el diseño del almacenamiento del producto.

Contenido de azufre

Esta propiedad se encuentra altamente relacionada con la cantidad poseída de azufre (S) presente en el producto. Dentro de la cantidad, se encuentran determinados promedios y estadísticas en la cual en producto no puede sobrepasar o resaltar, ya que si esto sucede la gasolina puede tener efectos corrosivos sobre las partes metálicas del motor y sobre los tubos de escape. A su vez, al salir del caño de escape, esta produce un alto grado de contaminación en el ambiente, produciendo a su vez las conocidas lluvias ácidas.

PROPIEDADES PRINCIPALES

Número de octanos

En este producto, el nº de octanos varía entre los 100 y los 130 según los requerimientos del motor a pistón a utilizar en el avión. Este octanaje se obtiene gracias a aditivos los cuales están a base de plomo siendo éstas las únicas gasolinas que contienen este aditivo antidetonante. Dentro de lo que es la medición, esta es llevada a cabo por medio de una metodología totalmente diferente a las gasolinas para motor de vehículos.

Presión de vapor Reid

Es una medida de la tendencia de los componentes más volátiles a evaporarse. El valor máximo consta de 80 Kpa y evita la formación de bolsas de vapor en el sistema que transporta el combustible impidiendo su flujo normal.

Gomas actuales

Esta función se encuentra relacionada en la medida de la estabilidad de un combustible. Esta corresponde a una oxidación acelerada que produce la formación de barnices y polímeros, formando depósitos en el sistema de combustión. Para eso en el producto los valores tomados son relativamente bajos con respecto al requerimiento especificado.

Densidad

Esta propiedad es utilizada para los cálculos de peso del combustible. Es especialmente importante en los aviones de transporte de carga para determinar la limitación de su carga.

Volatilidad

Esta se obtiene por el balance de los compuestos livianos y pesados, así como por su rango de destilación. Esta medida se diferencia considerablemente de la establecida para las gasolinas de motor para vehículos.

SISTEMA DE FRACCIONAMIENTO El sistema de fraccionamiento es usado para separar una mezcla en productos individuales de salida. El fraccionamiento es posible cuando dos productos tienen diferentes puntos de ebullición. La operación consiste en que al introducir una mezcla de hidrocarburos, los componentes que tengan menor punto de ebullición (más livianos) se vaporizan primeramente y tienden a subir y los componentes de puntos de ebullición más altos (más pesados) se quedan en el fondo.

Debido a que el calor suple por el fondo del fraccionador y se retira por el tope, se crea un gradiente de temperatura entre los platos del tope y los del fondo de la columna, el cual fluye hacia arriba, plato a plato. Debido a que el vapor encuentra continuamente puntos de baja temperatura, el componente más volátil se condensa. Su condensación produce calor, que a su vez vaporiza el componente más volátil del líquido que entra al plato, desde la bandeja inmediata superior. Este proceso de condenación y vaporización alternativa origina un producto de tope enriquecido en el componente más volátil y un producto de fondo enriquecido en el componente menos volátil. Cuando la carga está formada por dos o más componentes, estos se distribuyen hacia el tope y el fondo de la columna en cantidades apreciables. Si existen solamente dos componentes, el más volátil se denomina componente

clave pesado. En pocas palabras fraccionamiento es una operación de destilación a contracorrientes en etapas múltiples en la cual el vapor obtenido en el tope se condensa y una porción del mismo retorna en la parte superior.

TIPOS DE TORRES

Torres Empacadas Se recomiendan para los siguientes casos: Operaciones al vacío: Se puede diseñar para caídas de presión

menores. Para líquidos espumantes: se produce menor altura de espumas. Se reduce la retención de líquido, lo que permite manejar procesos

con materiales sensibles al calor. La construcción suele ser más sencilla y económica en sistemas

corrosivos. En torres de diámetro pequeño, son más económicas que las de

platos.

Imagen No. 1 Torre empacada

Torres de Platos Existen numerosos diseños de dispositivos de fraccionamiento. En la industria, ellos se pueden clasificar en bandejas con bajante y sin bajantes.

Un plato o bandeja típica consiste en un área de burbujeo, el área de sello del bajante y el área del bajante. Usualmente, la bandeja está equipada con un rebosadero de salida en el extremo de salida de la corriente del área de burbujeo.

El líquido que desciende de la bandeja superior a través del bajante, cambia su dirección en el área del sello del bajante y entra al área de burbujeo. Aquí el líquido entra en contacto con el vapor ascendente a través de la bandeja. El rebosadero de salida sirve primariamente para mantener el nivel del líquido de la bandeja, así como para constituir o suministrar un sello al bajante. Las bandejas con bajantes se diseñan para tener una trayectoria de líquido, o dos o más trayectorias si la tasa de flujo líquido es lo suficientemente elevada.

Imagen No. 2 Torre de plato

TIPOS DE PLATOS

Los platos con campanas. Fueron los preferidos por parte de la industria, y aún son usadas en muchas instalaciones. Una bandeja de este tipo, diseñada apropiadamente, puede tener prácticamente una ilimitada relación de cambio ("turndown", o relación entre flujo máximo y flujo mínimo de operación), es decir, que puede ser operada hasta con flujo de vapor casi nulo, sin un significativo descenso de su funcionamiento. Se muestra una bandeja de campanas de burbujeo en operación, con una tasa de flujo de 10 % de su valor de inundación.

Las bandejas de válvulas. Hay varios diseños de válvulas disponibles para el usuario, de varios fabricantes. Básicamente, bandejas de válvulas son bandejas de plato perforado con válvulas móviles colocadas sobre las perforaciones. Este diseño tiene alta capacidad, amplio campo de operación y buena eficiencia de separación. Hay también bandejas equipadas con válvulas rectangulares. La mezcla del líquido y vapor sobre la bandeja cubre una amplia gama de regímenes de flujo, desde burbujeo hasta la condición de pulverización, dependiendo de los sistemas y de las condiciones de operación.

La mayoría de las bandejas deben operarse por encima de una cierta tasa, a fin de obtener comportamiento satisfactorio. Esto es particularmente cierto con bandejas tipo tamiz; ellas comienzan el "lagrimeo" cuando la tasa de flujo de vapor está por debajo de cierto valor. Este es el "punto de lagrimeo" para una bandeja tipo tamiz, el cual es función de la geometría de la bandeja y de las propiedades físicas del sistema líquido / vapor manejado. Si la tasa de vapor se reduce aún más, la bandeja perforada "lagrimeará" todavía más y su eficiencia de separación se hará inferior. Sin embargo, algunos experimentos han demostrado que el "lagrimeo" considerable, aún del 20 % del líquido circulado, no será necesariamente perjudicial para la eficiencia de la separación. El "lagrimeo" de bandejas perforadas puede reducirse y aún eliminarse, mediante disminución del área perforada de la bandeja; no obstante, esta disminución de área puede reducir la capacidad de la bandeja. 26

Hay varias maneras de aumentar la capacidad de una bandeja cuando está siendo limitada por arrastre. Una manera es disminuir la caída de presión a través de la bandeja; con una bandeja tipo tamiz, esto se puede lograr incrementando el área de los orificios. Otra manera es incrementar el área de burbujeo si el área del bajante no está restringiendo ya el diseño. Finalmente, se puede lograr una mayor capacidad aumentando el espacio entre bandejas.

Ventajas:

Permite la instalación de serpentines internos de enfriamiento en los platos.

Se pueden manejar flujos más altos de líquidos.

Para flujos de líquido extremadamente bajos se pueden diseñar para brindar tiempos de retención más altos.

Para procesos con deposición de sólidos permite la limpieza periódica sin remover las bandejas.

Para el mismo servicio, el peso es menor que el de una torre empacada. Para operaciones que requieren un alto número de etapas, ya que permite patrones de distribución más estables que las torres empacadas.

Imagen No. 3 Tipos de platos

Las bandejas de plato perforado (tipo tamiz). Son uno de los dispositivos más ampliamente usados en la industria. Ellas son fáciles de diseñar con el nivel actual de desarrollo del orificio, y se operan con confiabilidad para la mayoría de los campos la tasa de flujo de vapor.

No hay "lagrimeo" de líquido desde la bandeja superior aún a esta tasa tan baja.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE DESTILACIÓN.

El proceso de destilación consiste en introducir dentro de la torre de destilación la alimentación multicomponente (metanol-agua, mezcla de hidrocarburos, etc.). En el tope de la columna se obtiene una mezcla de los componentes más livianos en fase vapor, la cual se condensa al pasar a través de un condensador, donde una parte de este condensado se retorna de nuevo a la torre y el resto es el destilado producto de la operación. En el fondo de la columna se obtiene una mezcla de los productos más pesados en fase líquida, este líquido se introduce en un rehervidor, en donde se evapora por medio de un condensador tipo parcial, este vapor es retornado a la torre de destilación y el líquido sobrante es el residuo producto de la destilación.

El condensador en la torre de destilación puede ser total, parcial o mixto, ya sea que el destilado se necesite en fase vapor o en fase líquida respectivamente. En un condensador total, todo el vapor a la salida de la torre es condensado, y posteriormente se separa, donde una parte del líquido se regresa a la torre (reflujo) y la otra es el producto deseado.

En un condensador parcial o mixto se obtiene una mezcla líquido-vapor en equilibrio, que luego entra a un separador. En el condensador parcial, el destilado es exclusivamente vapor, mientras que todo el líquido que sale del separador regresa como reflujo a la torre, mientras que para el condensador mixto, el destilado es tanto líquido como vapor, y una parte del líquido se regresa a la torre como reflujo. El reflujo siempre debe entrar a la columna en fase líquida.

De la columna de destilación, se puede conocer las composiciones en fase vapor de los productos que salen por el tope, así como también su

presión y por ende su temperatura, datos que son necesarios para llevar a cabo el diseño del condensador.

De la misma manera, deben conocerse de antemano, los requerimientos del destilado, para trabajar con el tipo de condensador necesario (total, parcial o mixto).

Imagen No. 4 Proceso de destilación

Alimentación La alimentación es introducida a la torre continuamente. Puede ser liquida en cuyo caso el rehervidor tendrá que evaporar las partes livianas para que suban por la torre. Puede estar completamente vaporizada, en cuyo caso el condensador enfriará y condensará las partes más pesadas para que bajen por la torre. El caso más común es de una alimentación semivaporizada. Las partes livianas estarán vaporizadas al entrar a la torre y subirán. Las partes más pesadas bajaran hacia el fondo. A medida que las partes livianas (vapor) vayan subiendo por la torre, estarán en contacto con el líquido de cada plato. El intercambio que

existe resulta en la condensación de las partes más pesadas del vapor ascendente y la evaporación de las partes más livianas del líquido descendente. Este intercambio ocurre en cada plato, y a medida que el vapor vaya subiendo se hace cada vez más liviano. Así llega al tope de la torre donde sale hacia al condensador. La parte superior de la torre se llama sección de rectificación.

La parte liquida de la alimentación cae hacia el fondo de la torre. En su camino se encuentra con vapores que suben. El líquido es despojado de los más livianos que suben con el vapor, el cual ha dejado sus partes más pesadas con el líquido. Este, al llegar al fondo contiene las partes más pesadas de la alimentación y sale por el fondo de la torre. Esta parte inferior de la torre se llama sección de despojamiento; y la parte de la torre donde se inyecta la alimentación se llama zona de vaporización instantánea.

Rectificación La operación de rectificación consiste en hacer circular en contracorriente el vapor de una mezcla con el condensado procedente del mismo vapor, en un aparato denominado columna de rectificación. Las partes esenciales de una columna de rectificación son: columna propiamente dicha, que es en donde se verifica el contacto íntimo entre el líquido y el vapor; el calderín, situado en la base de la columna en donde se hace hervir la mezcla a separar y el condensador de reflujo situado en la cúspide de la columna, que se encarga de suministrar el líquido descendente para su contacto con el vapor.

Para lograr el íntimo contacto entre las fases liquidas y vapor a objeto de establecer el intercambio de materia entre ambas fases, interesa que la superficie y el tiempo de contacto sean suficientes. En la práctica éste contacto se logra con dispositivos diferentes al de los platos de borboteo que retienen el líquido a través del cual se ve obligado a pasar el vapor, y el de los cuerpos de relleno que llenan el interior de la columna verificándose el contacto entre fases sobre la superficie de éstos cuerpos de relleno.

Reflujo El objeto de sacar el reflujo (como vapor) de la torre y volver a introducirlo como liquido frío es de enfriar la parte superior, y a veces toda la torre. El reflujo entra en contacto con los vapores ascendentes, en el plato superior, los enfría y condensa las partes más pesadas de ese vapor. Parte del reflujo se evapora, y el efecto neto es un aumento de

temperatura de la parte del reflujo que como liquido baja al plato siguiente. Allí se repite el mismo proceso: sube la temperatura del líquido, se evapora más líquido y se condensa más vapor. El líquido, a medida que baja, se va haciendo más pesado y el vapor, a medida que sube, se va haciendo más liviano. Si no hubiera reflujo, los vapores subirían desde abajo sin condensarse ni bajar temperatura, y no habría fraccionamiento. Si la cantidad de reflujo fuera muy baja se evapora antes de bajar todos los platos de la parte rectificadora de la torre (se secan los platos situados más abajo). Si hay exceso de reflujo, la temperatura de la parte superior de la torre sería muy baja, y no podría evaporar todas las partes livianas deseables. Un reflujo total significaría que no se obtiene ningún producto de tope, es decir, todo el producto obtenido se introduce nuevamente en la torre.

Corte lateral Cuando se desea, se extrae de la torre parte del líquido que cae en un cierto plato. Si se desea un producto más liviano, se extrae de un plato de la parte superior de la torre. Si el “corte” lateral se desea más pesado, se saca de un plato situado más abajo. Cuando se saca el “corte” lateral, hay que tener cuidado de no retirar todo el líquido de ese plato. Si se hace un retiro completo, los platos de abajo se “secaran”: no habrá reflujo interno, y el fraccionamiento será pobre. En algunas torres, uno o más cortes se extraen de platos de retiro total. Estos platos no permiten que el líquido que cae a ellos baje al plato inferior.

En este caso, hay que introducir un reflujo externo por debajo del plato de “retiro total” y por encima del plato inferior para que haya liquido por debajo del plato de “retiro total”. Este método nos permite un mejor control de la temperatura del plato de retiro del producto, pudiéndose así controlar las características del producto.

EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA TORRE DE FRACCIONAMIENTO.

Rehervidor Equipo cuyo único propósito es el de vaporizar parte de los líquidos que están en el fondo de la torre produciendo vapores que fluyen desde el

fondo hacia el tope. Cualquier líquido que no se vaporice en el rehervidor pasa a ser producto de fondo.

Imagen No. 5 Rehervidor

Tambor de destilado El propósito del tambor de destilado es proporcionar un flujo estable de reflujo y producto de tope. El tambor debe ser lo suficientemente grande como para absorber variaciones pequeñas en el flujo de condensación. También ayuda en la separación del vapor y del líquido y en algunos casos es usado para separar dos fases líquidas inmiscibles.

Imagen No. 6 Tambor de destilado

Condensadores Se conoce como unidad condensadora a todo aquel intercambiador que cumple una función de disminución de temperatura, ya sea para gases,

vapores y otros. La configuración de un condensador puede ser de varios tipos, es decir, de tubo y coraza, placas y superficies extendidas.

Estos equipos se encuentran generalmente en los procesos de cambios de fase de gases a líquidos, los equipos de calefacción de líquidos con vapor son a su vez condensadores de vapor. En los ciclos de refrigeración los condensadores tienen la función de enfriar el gas refrigerante ya sea por flujo cruzado gas-aire o gas-agua. Los intercambiadores son diseñados para satisfacer requerimientos específicos, existiendo en el mercado una gran diversidad de tipos que difieren en tamaño y forma, estos tipos son clasificados de acuerdo a diferentes criterios, tales como procesos y mecanismos de transferencia de calor, grado de compacticidad de la superficie, patrón de flujo, número de fluidos, geometría y tipo de construcción.

Imagen No. 7 Condensador

Intercambiadores de calor. Es un equipo cuyo objetivo principal es la transferencia de energía térmica entre dos o más fluidos a diferentes temperaturas.

Funciones de los intercambiadores de calor. En un intercambiador el calor fluye, como resultado del gradiente de temperatura, desde el fluido caliente hacia el frío a través de una pared de separación, la cual se le denomina superficie o área de transferencia de calor. Si los fluidos son inmiscibles, el área física de transferencia de calor puede ser eliminada, y la interfase formada entre los fluidos puede servir como área de transferencia de calor. En resumen, las funciones típicas de un intercambiador de calor en los procesos industriales son las siguientes:

Recuperación de calor: La corriente fría recupera parte del calor contenido en la corriente caliente. Es decir, calentamiento y enfriamiento de las corrientes involucradas, las cuales fluyen simultáneamente a ambos lados del área de transferencia de calor.

Evaporación: Ocurre cuando una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia de fase liquida a vapor. Condensación: Ocurre cuando una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia de fase vapor a fase liquida.

Imagen No. 8 Intercambiador de calor

SISTEMA DE CONTROL ASOCIADO A ESTE TIPO DE TORRES.

Sistema de control o lazo de control

Sistema que compara el valor de las variantes o condiciones por controlar con un valor deseado y ejecuta una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga.

Los lazos de control pueden ser de dos tipos:

Lazos abiertos: Aquel en el cual la señal que circula por sus elementos nace en un punto y termina en otro, es decir, que carece de retroalimentación.

Lazos cerrados: Aquel en el cual la señal nace en un punto y regresa al lugar de origen, es decir, tiene retroalimentación.

Ventajas del sistema lazo abierto La estabilidad no es afectada por los cambios de carga del

proceso Son más sencillos y menos costosos

Desventaja: El sistema es menos exacto.

Ventajas del sistema lazo cerrado Control más exacto de las variables. Reduce los costos de operación.

Desventaja:

La estabilidad es afectada por las perturbaciones por lo tanto requiere de personal especializado.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. El primero en tomar acción es el elemento de medición, censa los cambios de la variable y comunica una señal de movimiento al sistema tobera – obturador y si la señal es neumática por ser débil requiere un amplificador que eleva la señal. La señal de respuesta es proporcional a la diferencia entre el valor medido y el valor deseado, y para lograr esta proporcionalidad se utiliza en los controladores proporcionales un fuelle proporcional, siendo el que se encarga de variar esta proporcionalidad.

Control de nivel Todo equipo donde existe una interfase entre dos fases (Ej. liquido-vapor) debe proporcionarse algún medio para mantener la interfase al nivel requerido. Este puede ser incorporado en el diseño del equipo, es usualmente hecho por decantadores o por control automático del flujo desde el equipo. La Fig. 9, muestra un arreglo típico para el control de nivel en la base de una columna. La válvula de control debe estar colocada en la línea de descarga desde la bomba

Imagen No. 9 Control de nivel

Control de presión El control de presión será necesario para la mayoría de sistemas manipulando vapores o gases. El método de control dependerá de la naturaleza del proceso. Esquemas típicos son mostrados en las Figs. 10, 11, 12, 13. El esquema mostrado en la Fig. 9 no deberá usarse cuando la descarga es toxico o valiosos. En estos casos la salida debe ir a un sistema de recuperación de gases tal como un “scrubber”.

Imagen No. 10 Control de presión por salida directa

Imagen No. 11 Salida de no condensables despues del condensador

Imagen No. 12 Control de presión en el condensador mediante el flujo de refrigerante

Imagen No. 13 Control de presión de un condensador, mediante la variación del área de transferencia de calor dependiente del nivel de líquido

Control de flujoEl control de flujo usualmente está asociado con el control de inventario en un tanque de almacenamiento u otro equipo. Debe haber un reservorio para para tomar los cambios en la velocidad de flujo.

Para proveer el control de flujo en un compresor o una bomba trabajando a velocidad constante y suministrando un flujo de salida constante, se debe usar un “By pass” como muestran las Figs. 14 y 15

Imagen No. 14 a Control de flujo para una bomba reciprocante

Imagen No. 15 b Esquema alternativo para bomba o compresor centrífugos

Intercambiadores de calor La Fig. 14 a muestra el arreglo simple, la temperatura es controlada variando el flujo del medio de calentamiento o enfriamiento

Imagen No. 16 Control de una corriente de fluido

Si el intercambiador está entre dos corrientes de proceso cuyos flujos son fijos, se puede usar un control mediante “by pass”.

Imagen No. 17 Control en “by pass”

Control de condensadores El control de temperatura es inseguro para ser efectivo en

condensadores a menos que la corriente de líquido sea subenfriada. El control de la presión es a menudo usado como se muestra en la Fig. 13 o el control de temperatura puede basarse en la temperatura del medio de enfriamiento.

Control de rehervidores y vaporizadores Así como en condensadores, el control de temperatura no es

efectivo, como la temperatura del vapor saturado es constante a presión constante. Para vaporizadores se usa el control de nivel; el controlador controlando el vapor suministrado al área de transferencia, con control de flujo en la alimentación de líquido a ser vaporizado. Un incremento en la alimentación trae como resultado un incremento automático en la corriente de vapor al vaporizador para evaporar el flujo incrementado y mantener constante el nivel.

El sistema de control del rehervidor se selecciona como parte del sistema general de control para la columna.

Imagen No. 18 Control de un vaporizador

Control en cascada

Con este arreglo, la salida de un controlador es usado para ajustar el punto de referencia (“set point”) de otro. El control en cascada puede dar control uniforma en situaciones donde el control directo de la variable podría dar operación inestable. El controlador "esclavo” puede ser usado para compensar para cualquier variación corta en, por decirlo, una corriente de servicio, la cual podría perturbar la variable controlada; el controlador primario (principal) controla las variaciones más grandes. Ejemplos típicos son mostrados en las Fig. 24 y 25.

Control proporcionadorEl control proporcionador se puede usar donde se desea mantener dos flujos a razón constante, por ejemplo, alimentaciones a un reactor y reflujo de columnas de destilación. Un esquema típico para el control proporcionador se muestra en la Fig. 19, el controlador sobre la corriente A controla el flujo de esa corriente y proporciona una señal hacia el proporcionador, el cual controla el punto de referencia del controlador sobre la corriente B; el punto de referencia es automáticamente ajustado para mantener una razón fija preestablecida entre los dos flujos de las corrientes.

Imagen No. 19 Control proporcionador

Control de columnas de destilación El objetivo principal del control de una columna de destilación es para mantener la composición especificada de los productos del tope y del

fondo, y cualquier corriente lateral corrigiendo para los efectos de perturbaciones en:

1. Velocidades de flujo de alimentación, composición y temperatura.

2. Presión del vapor suministrado.

3. Presión del agua de enfriamiento y temperatura de calentamiento

4. condiciones ambientales, las cuales causan cambios en el reflujo interno.

Las composiciones son controladas regulando el caudal de reflujo y ebullición. El balance de materiales sobre toda la columna también debe ser controlado; las columnas de destilación tienen pequeñas variaciones en su capacidad (retención) y los flujos de destilado y fondos (y corrientes laterales) deben igualar al flujo de la alimentación.

Shinskey (1979) ha mostrado que hay 120 formas para conectar los cinco pares principales de las principales variables medidas y controladas, en lazos simples. Una variedad de esquemas de control se han propuesto para control de columnas de destilación. Algunos esquemas típicos son mostrados en las Figs. 20, 21, 22 y 23, lazos e instrumentos auxiliares de control no son mostrados.

El control de columnas de destilación es discutido en detalle por Parkins (1959), Bertrand y Jones (1961), Shinskey (1979) y Luyben (1995).

La presión de la columna es normalmente controlada a un valor constante. El uso del control variable de presión para conservar energía ha sido discutido por Shinskey (1979).

La velocidad de flujo de la alimentación es a menudo ajustada por un controlador de nivel de una columna anterior. Esto puede ser controlado independientemente si la columna es alimentada desde un tanque de almacenamiento.

La temperatura de alimentación normalmente no es controlada, a menos que se use un precalentador.

La temperatura es frecuentemente usada como un indicador de la composición. El sensor de temperatura debe colocarse en una posición en la columna donde la velocidad de cambio de la temperatura con el cambio en la composición de los componentes claves es un máximo. Cerca del tope y del fondo de la columna el cambio usualmente es

pequeño. Con sistemas de múltiple componentes, la temperatura no es la única función de la composición.

Las temperaturas del tope son usualmente controladas variando la razón de reflujo, y las temperaturas del fondo variando la velocidad de ebullición. Si se pueden colocar analizadores en línea, se pueden incorporar al lazo de control, pero se necesitara equipo de control más complejo.

Imagen No. 20 Modelo de control de temperatura. Con este arreglo puede ocurrir interacción entre los controladores de temperatura del tope y el fondo

Imagen No. 21 Control de composición. Razón de reflujo controlada por un controlador proporcionador, o separador, y los productos del fondo tienen una relación fija respecto a la alimentación

Control diferencial de presión es a menudo usado en columnas empacadas para conseguir que el empaque opere a la carga correcta; ver Fig. 23

Indicadores adicionales de temperatura o puntos de registro deben ser incluidos sobre la columna para monitorear la operación de la columna.

Imagen No. 22 Control de composición. Producto del tope y ebullición controlada por la alimentación

Imagen No. 23 Columna empacada. Control de presión diferencial

Imagen No. 24 Destilación “batch” reflujo en cascada con la temperatura para mantener composición constante en el tope

Control de reactores Los esquemas usados para control del reactor dependen del

proceso y el tipo de reactor

Imagen No. 25 Esquema típico de control de un CSTR, control de temperatura en cascada y control de flujo de reactante.

Si se dispone de un analizador en línea, y la dinámica del reactor es aprovechable, la composición del producto puede monitorearse continuamente y las condiciones del reactor y flujos de la alimentación se pueden controlar automáticamente para mantener la composición deseada del producto y el rendimiento. Muchas veces, el operador es el nexo final en el lazo de control, ajustando los puntos de referencia para mantener el producto dentro de las especificaciones, basándose en análisis periódicos de laboratorio.

La temperatura del reactor normalmente se controla regulando el flujo del medio de calentamiento o de enfriamiento. La presión usualmente se mantiene constante. El control del balance de materiales será necesario para mantener el flujo correcto de reactantes al reactor y el flujo de productos y material no reaccionado desde el reactor. Un esquema típico de control del reactor se muestra en la Fig. 25

Alarmas y dispositivos de seguridad Las alarmas son usadas para alertar sobre serios y potenciales

peligrosas desviaciones en las condiciones del proceso. Los instrumentos claves son acondicionados con “switches”y “relays” para operar alarmas audibles y visuales en los paneles de control y otros. Cuando hay demora o falta de respuesta, y sea probable el desarrollo rápido de una situación peligrosa, los instrumentos deben estar acondicionados con sistemas de seguridad para tener acción automática para prevenir el peligro; tales como dispositivos de parada de bombas, cierre de válvulas, sistemas de operación de emergencia.

Los componentes básicos de un sistema de seguridad son:

1. Un sensor para monitorear la variable de control y proporcionar una señal de salida cuando se ha excedido el valor preestablecido (el instrumento).

2. Una línea para transferir la señal al actuador, usualmente consistiendo de un sistema neumático o eléctrico de “relays”.

3. Un actuador para llevar a cabo la acción requerida, cerrando o abriendo una válvula, apagando un motor.

Los dispositivos de seguridad pueden incorporarse al lazo de control. Sin embargo, la operación segura del sistema dependerá del equipo de control, y para situaciones potencialmente peligrosas es mejor práctica especificar un sistema separado de alarmas. Se deben hacer previsiones para el chequeo periódico de los sistemas de seguridad para conseguir que el sistema opere cuando sea necesario

CONCLUSION

El petróleo es el principal hidrocarburo de donde se elabora e inicia el proceso de la gasolina, proceso que tiene una serie de procedimientos que inician con la extracción, refinación y purificación del petróleo para la obtención del combustible.

La gasolina es un combustible muy importante en la actualidad, pues es el principal elemento para muchos medios de transporte necesarios para la sociedad ya que es como se desplazan de un lugar a otro.

Actualmente este combustible ha incrementado mucho su valor puesto que es el principal recurso para mover motores y herramientas como podadoras o sierras, por eso a través del tiempo ha sido necesario la optimización del proceso para que el resultado final sea el deseado, una gasolina más efectiva y que proporcione un mejor rendimiento en los motores y tal vez; en un futuro, un combustible que no tenga tanto impacto ambiental, como se ha venido haciendo con los llamados biocombustibles.