Ejercicio DE Destilacion Multicomponente PDF

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ejercicios sobre destilación componente...

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PROBLEMA DISEÑO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE Se va a fraccionar o destilar a presión atmosférica una mezcla de multicomponentes que incluye los siguientes compuestos Componente Fracción Molar Ácido Acetico 0.1 Ácido Propanoico 0.3 Ácido Butanoico 0.4 Ácido Metanoico 0.4 Se desea que en el destilado no haya mas del 2 % del componente Ácido Butanoico y no mas del 1 % componente Ácido Propanoico en el fondo. La mezcla se alimenta en el punto de burbuja . CALCULAR 1. Determinar las composiciones de cada componente en el destilado y fondo 2. Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Rocío en el destilado 3. Determinar la relación de reflujo mínimo 4. Calcular el número de platos mínimos y el número de platos reales para trabajar con un R= 2Rmin 5. Calcular o estimar el plato de alimentación 6. Suponiendo que se trabaja con un flujo de 1000 Kmol/h alimentación, calcular cual es el calor necesario para el rehervidor y cuál es el calor que se debe retirar en el condensador del tope. Observación: Desarrollar el trabajo en Excel siguiendo el método usado en clase (K como función de la Presión de Vapor), y presentar una comparación de la misma aplicación usando Hysys (usando UNIQUAC). La comparación consistirá en la presentación del Diagrama de Flujo donde se muestren en forma tabular las temperaturas, presión, flujos molares y composiciones para cada corriente y el resultado general de los datos solicitados. SOLUCIÓN Para las operaciones involucradas en el diseño operacional se va a usar el método de Fenske-UnderwoodGilliland (FUG) Este método aunque sólo es aproximado, se utiliza mucho en la práctica con fines tales como el diseño preliminar, estudios paramétricos para establecer las condiciones óptimas de diseño, así como para estudios de secuencias óptimas de separación en la síntesis de procesos. Un esquema del algoritmo a seguir se muestra en la Fig.

1. Determinar las composiciones de cada componente en el destilado y fondo De los datos dados y del balance de masa se obtiene el siguiente cuadro

DESTILADO

ESQUEMA

Ácido Acetico = 297 Kmol/h Ácido Propanoico = 8 Kmol/h Ácido Metanoico=100Kmol/h

F =1000Kmol/h Ácido Acetico

=100 Kmol/h

Ácido Propanoico = 300 Kmol/h Ácido Butanoico = 400 Kmol/h Ácido Metanoico = 200 Kmol/h

FONDO Ácido Acetico = 3 Kmol/h Ácido Propanoico = 392 Kmol/h Ácido Butanoico = 200 Kmol/h

Los claves ligeros y pesados para esta operación son :

Hallamos las fracciones molares para el destilado y residuo:

2. Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Rocío en el destilado A.TEMPERATURA DE BURBUJA EN EL RESIDUO (datos del Excel )

B. TEMPERATURA DE ROCIO EN EL DESTILADO (datos del Excel )

Finalmente de los datos calculados en el Excel obtenemos la siguiente tabla: PUNTO

TEMPERATURA (K)

ROCIO

411.0

BURBUJA

404.5

3. Determinar la relación de reflujo mínimo Para hallar el reflujo mínimo usamos la Ecuación de Underwood y con la temperatura promedio Temperatura promedio =(Tb+Tr)/2 =407.75 K ∝ Z F

JF =F (1−q) ∑ ∝J −∅ J

x ∝ D

J =D (Rmin+1) ∑ ∝JDJ −∅

Aplicamos el procedimiento iterativo para hallar el valor de ∅ y además como se alimenta en el punto de burbuja , sabemos que q=1, luego la ecuación se transforma en ∝ Z JF F =0 ∑ ∝J −∅ J Con la hoja de cálculos del Excel obtenemos la siguiente tabla mediante un proceso iterativo

La iteración produce un Ѳ=1.332773 Luego hallamos el reflujo mínimo el cual es Rmin =1.25309 4. Calcular el número de platos mínimos y el número de platos reales para trabajar con un R= 2Rmin Para calcular el mínimo numero de platos utilizamos Ecuación de Fenske

x LK x HK ¿ ¿ ¿ log ¿ Nm=¿ K LK K HK ¿ ¿ K LK K HK ¿ ¿ ¿ ∝LK AV =√ ¿ Con los datos obtenidos hallamos la volatilidad promedio del clave ligero Componente clave Acido propanoico LK

K des (D) 0.900833157

Frac molar (D) 0.733333333

Acido n-butanoico HK

0.427364179

0.019753086

K res(B) 0.72883926 3 0.33733623 4

Entonces 0.900 0.427 ¿ ¿ 0.729 0.337 ¿ ¿ ¿B ¿ ∝LK AV =√ ¿ Luego el número de platos mínimos es : 0.733 0.019 ¿ ¿ ¿ log ¿ Nm=¿ Para calcular el número de platos reales utilizamos Ecuación de Guilliland 1+ 54,4 X (X −1) 11 + 117,2√ X

N −Nm =1−e N +1

Frac molar (B) 0.005042017 0.658823529

X=

R−Rmin R+1

Pero por dato R=2Rmin

X=

(1.25309) 2 Rmin − Rmin Rmin = =0. = Rmin+1 (1.25309)+1 Rmin+1

En la ecuación de Guilliland

N −Nm =0.118650 N +1 Finalmente obtenemos el valor de N= 12.899

5. Calcular o estimar el plato de alimentación Para calcular el plato de alimentación usamos la ecuación de Kirkbride

Dónde: NR=Número de platos en sección de rectificación (arriba). NS=Número de platos en Stripping (abajo). NR + NS = N De los datos hallados tenemos Componente clave Ácido propanoico LK Ácido n-butanoico HK

X Frac molar (D) 0.733333333 0.019753086

Flujo de Destilado Kmol D Flujo de Residuo Kmol B 2 N R   0.659   0.733   595     .   .  N S   0.005   0.019   405  

Además N= NR + NS = 31.14 NS = 12.899

Z Frac molar (B) 0.005042017 0.658823529 405 595 0.206

30.14

NS =0.4142

NR =11.59

Finalmente el plato de alimentación es : número 13 6. Suponiendo que se trabaja con un flujo de 1000 Kmol/h alimentación, calcular cual es el calor necesario para el reervidor y cuál es el calor que se debe retirar en el condensador del tope.

Usando HYSYS obtenemos los siguientes resultados

BIBLIOGRAFIA 1. Treybal, Robert; Operaciones de Transferencia de Masa; Mc Graw Hill; 2° Edc. (Español), 1 981. 2. Seader, J. D.; Henley, Ernest J.; Separation Process Principles; John Wiley & Sons, Inc.; 1 998. 3. Hines, Anthony L.; Maddox, Robert N.; Transferencia de masa: Fundamentos y Aplicaciones; Prentice Hall Hispanoamericana S.A.; 1 984. NOTA: LA SEGUNDA PARTE DEL CALCULO SE HACE CON ASPEN HYSYS....