Pérdida de pureza en una columna de metanol-agua con sobrecarga
Una columna de platos separa metanol-agua. Diseño: alimentación 100 kmol/h con 45% mol de metanol, destilado 98% mol y fondos 1% mol, relación de reflujo externa 1.8. En la corrida actual entran 112 kmol/h con 42% mol de metanol. El destilado medido es 46.5 kmol/h con 95.5% mol de metanol; los fondos son 65.5 kmol/h con 1.8% mol. El reflujo medido es 56 kmol/h. La caída de presión de la columna subió de 0.35 a 0.68 bar; la temperatura del domo pasó de 65 a 69°C. El vapor de calentamiento se mantiene en la misma válvula y el condensador opera con agua a 30°C. El operador propone aumentar el reflujo a 84 kmol/h y mantener la alimentación, porque 'así se corrige la pureza'. El límite de especificación del cliente es 98.0% mol y no se permite enviar producto fuera de especificación.
1. Verifique el balance de materia y la relación de reflujo actual. ¿Qué explica la caída de pureza?
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Balance global: D+B=46.5+65.5=112 kmol/h, coincide con la alimentación. Metanol de entrada=112×0.42=47.04 kmol/h. Metanol de salida=46.5×0.955+65.5×0.018=44.41+1.18=45.59 kmol/h; faltan 1.45 kmol/h (3.1%), posible error de medición o muestreo, pero el balance es aproximadamente consistente. La relación de reflujo actual es R=L/D=56/46.5=1.20, muy por debajo del diseño 1.8. Para R=1.8 con D=46.5 se necesitarían 83.7 kmol/h de reflujo; faltan unos 28 kmol/h. Esa reducción de reflujo explica gran parte de la pérdida de pureza, pero la caída de presión indica que también hay sobrecarga.
2. Interprete la caída de presión y la temperatura del domo. ¿Es seguro aumentar el reflujo de inmediato?
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La caída de presión casi se duplicó (0.35 a 0.68 bar) y la temperatura del domo subió 4°C. A 95.5% mol de metanol, la temperatura de burbuja a presión atmosférica es cercana a 65–66°C; 69°C sugiere mayor presión o menor contenido de metanol. Una caída de presión alta es señal de inundación, arrastre o respaldo en bajantes, favorecida por el aumento de alimentación de 100 a 112 kmol/h y la carga de vapor. Si se aumenta el reflujo a 84 kmol/h, sube el líquido interno y también el vapor necesario; con la columna ya sobrecargada, es probable que empeore la inundación y el arrastre. No es seguro hacerlo de inmediato: primero hay que reducir la carga y restablecer la caída de presión.
3. Proponga una secuencia de acciones y criterios para recuperar la especificación sin violar la seguridad.
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Primero, enviar el destilado fuera de especificación a slop o reciclo, no al cliente. Segundo, reducir la alimentación a 100 kmol/h o menos y bajar el vapor de calentamiento hasta que la caída de presión vuelva a menos de 0.4 bar y la temperatura del domo se estabilice. Tercero, controlar la relación L/D en 1.8 o más con un lazo de reflujo/destilado, no solo abriendo la válvula; verificar condensador y presión. Cuarto, cuando la columna esté estable, aumentar gradualmente alimentación y reflujo, monitoreando caída de presión, temperatura y composición. Si el negocio exige 112 kmol/h, el equipo requiere debottlenecking de internos, condensador o rehervidor; no se resuelve solo con más reflujo. Criterios de aceptación: xD≥98.0% mol, xB≤1.0% mol, caída de presión <0.4 bar y ausencia de arrastre.