INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD MADERO
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y BIOQUIMICA MATERIA: LABORATORIO INTEGRAL III
CATEDRATICO: DELIA BERENICE CASTRO PEREZ
INVESTIGACION CALCULO DE EFICIENCIA DE COLUMNA DE DESTILACION DE PLATOS
CD. MADERO, TAMAULIPAS
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INDICE
OBJETIVO… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....2
MARCO TEORICO... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
EQUIPO EMPLEADO... . . . . . . . . . . . . . . . . . …… … ……… . . . . . . . . . ... . . . . .. .. 5
PROCEDIMIENTO EMPLEADO... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
RESULTADOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
BIBLIOGRAFIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... . . . . .9
FIRMA MIEMBROS DEL EQUIPO. . . . . . . . . . . . ……………………………………...9
OBJETIVO 2
En la presente práctica el alumno será capaz de aprender el proceso que lleva a cabo una columna de destilación de platos. Se realizara mediciones de las concentraciones de salida para así calcular la eficiencia de la columna de destilación de platos.
MARCO TEORICO EFICIENCIAS DE LOS PLATOS EN LA DESTILACIÓN Y LA ABSORCIÓN Introducción En todo lo antes expuesto sobre platos teóricos o etapas de destilación, se supuso que el vapor que se desprende de un plato esta en equilibrio con el líquido que sale del mismo. Sin embargo, si el tiempo de contacto y el grado de mezclado en el plato son insuficientes, las corrientes no están en equilibrio. Como resultado, la eficiencia del plato o etapa no es del 100%. Esto significa que, en una separación cualquiera, se necesitan usar más platos reales que el número teórico que se determina por cálculo. Los análisis de esta sección son aplicables tanto a torres de destilación como a torres de absorción.
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Se usan tres tipos de eficiencia de platos o de etapas: eficiencia total de platos Eo, eficiencia de platos de Murphree EM, y eficiencia de platos puntual o local E MP (llamada a veces eficiencia puntual de Murphree). Estas eficiencias se consideraran en forma individual.
Tipos de eficiencia de platos 1. Efìciencia total de platos. La eficiencia total de platos Eo se refiere a la totalidad de la torre y es de uso muy simple, aunque es la menos fundamental. Se define como la relación entre el número de platos teóricos o ideales necesarios en una torre y el número de platos reales usados:
Por ejemplo, si se necesitan ocho etapas teóricas y la eficiencia total es de 60%, el numero de platos teóricos es ocho menos un hervidor, o sea, siete platos. El número real de platos es 710.60, u 11.7 platos. Existen dos correlaciones empíricas para eficiencias totales de platos de destilación y absorción en torres comerciales y en diseños estándar de platos (01). Para destilación de hidrocarburos, estos valores varían entre 50 y 85% y para absorción de hidrocarburos, de 10 a 50%. Estas correlaciones sólo se deben usar como estimaciones aproximadas.
2. Eficiencia de platos de Murphree. La eficiencia de platos de Murphree E M se define como sigue:
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donde yn es la concentración real promedio del vapor mezclado que sale del plato n, y n+1 es la * concentración real promedio del vapor mezclado que entra al plato n, y y n , es la concentración del vapor que estaría en equilibrio con el líquido de concentración X n, que sale del plato, hacia abajo. El líquido que entra al plato tiene concentración de X n-1, y al desplazarse por el mismo, su concentración se reduce a X n, a la salida de dicho plato. Por consiguiente, existe un gradiente de concentraciones en el líquido a medida que fluye por el plato. El vapor que entra al plato se pone en contacto con líquido que tiene diferentes concentraciones, y el vapor de salida no tiene una concentración uniforme.
3. Eficiencia puntual. La eficiencia puntual o local E MP de un plato se define como
donde y’n es la concentración del vapor en un punto específico del plato n, y n+1, es la concentración del * vapor que entra ,al plato n en el mismo punto, y y n es la concentración del vapor que estaría en * equilibrio con xn, en el mismo punto. Puesto que y n no puede ser mayor que y n , la eficiencia local no puede ser superior a 1.00, esto es, 100%. En las torres de diámetro pequeño, el flujo de vapor produce suficiente agitación en el líquido como para que éste sea uniforme en todo el plato. De esta manera, la concentración del líquido que sale es igual a la * * que está en el pro pio plato. Entonces, y’n = yn , y’n+1 = yn+1 y y’n = yn . En estas condiciones, la eficiencia puntual resulta igual a la eficiencia de Murphree en el plato o E M = E MP. En las columnas de diámetro considerable hay un mezclado incompleto del líquido en los platos. Parte del vapor se pone en contacto con el líquido de entrada x n-1, que es más rico en el componente A que xn. Esto produce un vapor más rico en este punto que en el punto de salida, esto es, que en el punto donde xn sale. Por consiguiente, la eficiencia de plato E M será mayor que la eficiencia del punto E MP. El valor E M se puede relacionar con E MP por medio de la integración de E MP con respecto a la totalidad del plato.
Relación entre eficiencias La relación entre E MP y EM puede deducir matemáticamente siempre y cuando se especifique el grado de mezclado del líquido y del vapor. Robinson y Gilliland (Rl) presentan deducciones matemáticas para tres series de supuestos diferentes. Sin embargo, generalmente se requieren datos experimentales para 5
obtener el grado de mezclado. Van Winkle (VI) resume algunos métodos semiteóricos para predecir E MP
y E M . Cuando se conoce o se puede predecir la eficiencia de platos de Murphree E M , la eficiencia total de platos Eo puede se correlacionar con E M por medio de diversos métodos. En el primero de ellos, cuando la pendiente m de la línea de equilibrio es constante, al igual que la pendiente L/V de la línea de operación, la expresión analítica es:
Si las líneas de equilibrio y de operación de la torre no son rectas, se aconseja utilizar el método gráfico en el diagrama de McCabe-Thiele para determinar el número real de platos cuando se conoce la eficiencia de platos de Murphree. En la figura se muestra un diagrama que compara un plato real con uno ideal. El triángulo acd representa un plato ideal y el triangulo más pequefio, ube, un plato real. Para el caso considerado, la eficiencia de Murphree es E M = 0.60 = ba/ca. La línea punteada que va desde el punto b se traza de tal modo que el valor de ba/ca para cada plato sea 0.60. Los platos se escalonan usando esta eficiencia, y el número total de escalones proporciona el número real de platos necesario. El hervidor se considera como un plato teórico, por lo que para este plato se usa la curva real de equilibrio. Se obtienen 6.0 platos reales más un hervidor.
EQUIPO EMPLEADO Equipo:
Columna de destilación 6
PROCEDIMIENTO EMPLEADO:
Se procede a graficar mediante el método de McCabe-Thiele: Se traza la curva de equilibrio y la línea de operación de referencia de 45°. Identificar los puntos xW , xF , x D (fracción de residuo, alimentación y destilado respectivamente). Se traza q (liquido saturado=1, vapor saturado=0) que es la condición térmica de la alimentación. Trazar una línea de donde cruza el punto x D con la línea de operación de referencia hasta donde cruza el punto xw con la curva de equilibrio y prolongar hasta el eje Y y tomar lectura del punto y1 Teniendo ya el dato de y1 se calcula el reflujo mínimo, de ahí para después sacar el reflujo optimo con la relación del reflujo mínimo. Se calcula el punto y2 con la relación de la fracción del destilado entre el reflujo optimo mas 1. Se traza una nueva línea del punto donde cruza x D con la línea de operación de referencia hasta donde se encuentra el punto y2 esta será le línea de operación de la zona de enriquecimiento. Para la línea de operación de la zona de agotamiento se partirá de donde cruza la línea de enriquecimiento con la línea de q, hasta el punto donde cruza xw con la línea de operación de referencia. Se realiza el trazo de los platos teóricos o etapas ideales. Se calcula la eficiencia total de la columna E 0 = N. platos ideales / N. platos reales
CALCULOS Y RESULTADOS
Cálculos: En una columna de destilación en la que se va a separar una mezcla de etanol-agua de 0.4 fracción mol de etanol la cual se deberá tener 0.85 fracción mol de etanol en el domo y 0.95 fracción mol de agua en el fondo. La alimentación entra como vapor saturado. Encuentre por el método de McCabe-Thiele el número de platos teóricos y la eficiencia de la columna si los platos reales son 5. La relación optima es de 1.5 veces el Rm. 7
1.2
1
0.8
0.6
Series1
y1
0.4
y2 0.2
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
Grafica de realizada para el cálculo de los platos ideales. y1=
y1=0.42 xD=0.85 Sustituyendo: 0.42=
Despejando R.min:
R.min= 1.023 Con los datos de R.optimo R.opt= 1.5 Rmin R.opt= 1.5 (1.023) R.opt= 1.5345 Para calcular y2: y2= 8
1
1.2
y2=
y2= 0.3353 Platos teóricos según la grafica por el método de McCabe-thiele: 4.4 – 1 (rehervidor) = 3.4 Para calcular la eficiencia de la columna mediante: E0= E0 =
= 0.68
Resultados. La eficiencia de la columna obtuvo un valor de E 0 = 0.68
CONCLUSIONES Al realizar dicho proceso concluimos que la columna tiene algún problema en la eficiencia entre los cuales puede ser:
Inundación
Canalización
Lloriqueo
Espuma
Arrastre de vapor
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BIBLIOGRAFIA Libros:
C.J. Geankoplis, “Procesos de transportes y operaciones unitarias”, Editorial CECSA, 3a Edición, Mexico 1998, Paginas 545-554.
Nombre y firma de los integrantes del equipo: Carlos Alberto Tavera Velasco Miriam Sánchez Reyes Roberto Pérez Deantes Aurora flores Martínez Omar Hernández Ramos
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