Proceso para Purificacion de Propano

Metodología de Estudio
Se asume que tanto el flujo de propano que se debe purificar como el producto
resultante obtenido (R290) están en su forma líquida en la temperatura ambiente. En la
siguiente tabla se muestran las propiedades del propano tal que:
Tabla 1: Propiedades del flujo a purificar
Temperatura (K) 303
Presión (kPa) 1240
Etano 0.0141
Propano 0.9736
Composición molar
Iso-butano 0.0102
n-Butano 0.0015
En la siguiente tabla podemos ver las características de los compuestos. La función de

las volatilidades de los compuestos etano/propao y propano/iso-butano son 3,04 y 2,21
respectivamente en condiciones de 303 K Y 1240 kPa.
Tabla 2: Características de los compuestos a purificar
Presión
Punto de
Presión de
Masa Ebullició Temperatura
Nombre Formula Critica Vapor a
Molar n Normal Critica (K)
(kPa) 303 K
(K)
(kPa)
Etano C2H6 30.07 184.5 305.4 4870 4728.4
Propano C3H8 44.10 231.0 369.9 4250 1075.5
Iso-butano C4H10 58.12 261.4 407.9 3640 402.7
n-Butano C4H10 58.12 272.6 425.2 3800 281.5
Se hizo uso de una corriente de proceso a 100 kmol/h como elemento de cálculo.
En el desarrollo de los cálculos y su análisis, la temperatura del flujo procesado no debe
ser mayor a la temperatura ambiente para que así se evite que el producto se volatilice.
La presión en la que se encuentra este flujo debe ser mayor a la presión de vapor a
temperatura ambiente con el fin de que no se re-comprima el producto. Los flujos
enriquecidos en etano y butano que se consigue como subproductos son comerciales. En
el aspecto económico del proceso, el análisis se realiza cualitativamente ya que los
costos de operación por consumo de energía son más importantes que los costos por
inversión en dimensiones de los equipos.
Se usará el método de destilación para separar tres compuestos: propano, etano e iso-
butano. Para ello se utilizará dos fraccionadores para la desunión de estos compuestos.
Se estudió como actuaria la unión de dos columnas en un proceso directo, en donde se
separa el etano primero, y de forma indirecta, donde se retiran los butanos primero. Las
características térmicas se identificaron con la ecuación de Peng & Robinson. La
temperatura máxima de las columnas se planteó alrededor de 35°C, para que así se
pueda hacer uso del agua como un refrigerante.
Además, se hizo uso del software Pro/II de Provision para el simulado de todo este
proceso.
Para el modelado de las columnas, en primer lugar, se usaron evaluaciones por métodos
cortos (FUG). Ya habiendo obtenido la pureza del compuesto, se cogió la cantidad de
etapas mínimas por Fenske, como base para la cantidad de etapas teóricas que fueron
evaluadas mediante métodos rigurosos. Después, la cantidad de procesos de equilibrio
en las torres de destilación, el proceso óptimo de alimentación, se obtuvo por medio de
la minimización de la energía usada.
Se hizo un análisis para el trabajo minio adiabático irreversible con el fin de verificar la
factibilidad del esquema de la simulación del destilado.
Una vez determinado el esquema que tiene un menor consumo del calor, se obtuvieron
medidas de las torres de destilado con una operación al 80% en la condición de
inundación, además de que se analizó la caída de la presión en cada columna de la torre.
Así mismo, se estudiaron platos y rellenos, elementos que tienen contacto en la
columna. En el caso de columnas de platos, se obtuvo una eficiencia total de separación
acorde a la correlación O’Connell. Entonces, se escogieron entre platos o rellenos,
acorde a la relación de altura-diámetro de la columna obtenida, con el fin de cumplir
con los datos referenciales obtenidos en la heurística. En esta evaluación se tomó una
corriente de 1582 kg/s, el cual es un valor de producción comercial en planta
En el aspecto de la separación, se hicieron uso de membranas. Para el caso del etano, al
ser la molécula más pequeña, se usó un tamiz molecular. Debido a esto, se estudió la
obtención del etano mediante la pervaporacion con transferencia de masa por difusión
propuesta por Knudsen, con diferentes tipos de zeolitas, sílicas y alúminas, según el
diámetro del poro. Para este proceso es indispensable conocer el diámetro cinético de
cada compuesto que conforma a la mezcla. En las siguientes tablas podremos apreciarlo
de mejor manera:
Tabla 3: Diámetros cinéticos de los compuestos
Compuesto dm(m)
Etano 3.80x10-10
Propano 4.30x10-10
Butano 4.30x10-10
Iso-butano 5.00x10-10
Tabla 4: Diámetros de poro para distintos materiales

Ceramica Dp (m)
Na 3.8x10-10
Ze-A Ca 4.4x10-10
K 2.9x10-10
Na 8.4x10-10
Ze-X Ca 8x10-10
Sr, Ba 8x10-10
Na 8x10-10
Ze-Y
K 8x10-10
Modernita Ag 7x10-10
Silicato - 6x10-10
ZSM-5 Na 6x10-10
RD 22x10-10
Sílica
ID 140x10-10
Granular 177x10-10
Alúmina
Gel 35x10-10
Se comprobó que el valor de Knudsen en la difusión del etano y propano en los

compuestos estudiados se ubicara en el intervalo 10-100 acorde a este tipo de
mecanismo de difusión.
Respecto a la segunda ecuación de Knudsen, se calculó en conjunto con los balances de
masa de las corrientes en la membrana, con el fin de obtener el flujo y composición del
resultado obtenido. En el permeado se asumió una presión cercana a la presión
ambiental para asi evitar que se genere vacío. El producto se debe encontrar
comprimido a una presión que sea mayor a la presión del vapor de propano en
condiciones ambientales (303 K). Se obtuvo la pureza deseada en el flujo del producto
comprimido acorde al área de la membrana. Se asume un grosor de la membrana en
5x10-6 m, en conjunto a una proporción de porosidad/tortuosidad de 10. Debido al
grosor de la membrana, esta debe estar colocada sobre otro material que tenga mayor
grosor para así tener la resistencia mecánica requerida para así pueda soportar la
variación de presión. En el presente estudio se asume como despreciable el efecto del
soporte de la membrana sobre la corriente de masa del permeado. Acorde a la afinidad
química de los hidrocarburos que conforman a la mezcla, se asume que esta tiene un
comportamiento ideal.
Finalmente, una vez ya separado el etano por medio de la pervaporacion por medio de
una membrana porosa, es obligatorio reducir la cantidad de iso-butano que se encuentra
en el propano en su forma líquida con el fin de lograr la pureza requerida. La energía en
la adsorción de iso-butano en sílicas y zeolitas es de mayor cantidad a comparación del
propano. Esta variación de afinidad puede tolerar una desunión por adsorción del
butano. Se analizó el caso de la adsorción en un lecho fijo de 1m de largo, par partículas
de adsorbente de 2.5mm y con 0.1 m/s de rapidez del flujo de 100 kmol/h en la mezcla
liquida. En el traslado de masa para la adsorción del butano, dejando de lado
limitaciones cinéticas en el traspaso de masa, asumiendo así que la cantidad de iso-
butano y propano adsorbida viene acorde a la isoterma d Langmuir. Luego se calculó la
disminución de presión en el lecho mediante Matlab.
En la siguiente tabla se tienen las energías de adsorción del propano sobre Zeolita 13X y
también para el iso-butano sobre Zeolita 5M. Además, se presentan los parámetros de
Langmuir requeridos para la determinación de la fracción de sitios ocupado en el sólido.
Koi qi HADS
Compuesto
(kPa-1) (mol.kg -1
) (kJ.kmol-1)
Propano 4.4x10-3 2.101 -2587
Iso-butano 0.227 2.549 -9062

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