Descripción: Las columnas de platos operan con flujo líquido y vapor a contracorriente. Cada etapa es modelada como un mezclador-separador, donde líquido-vapor hacen contacto y seguido de la separación de líqui...
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UNIVERSIDAD UNIVERSID AD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de de Ingeniería Química
DISEÑO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIN MULTICOM!ONENTE !RO"LEMA Se va a fraccionar o destilar a presión atmosférica atmosférica una mezcla de multicomponentes que incluye los siguientes compuestos C#m$#nente Ácido Acetico Acetico Ácido Propanoico Ácido utanoico Ácido "etanoico
Fracci%n M#lar 0.1 0.3 0.! 0.!
Se desea que en el destilado no #aya mas del $ % del componente Ácido utanoico y no mas del 1 % componente Ácido Propanoico en el fondo . &a mezcla se alimenta en el punto de 'ur'u(a .
CALCULAR 1. )eterminar )eterminar las composicione composicioness de cada componente componente en el destilado destilado y fondo $. *alcular *alcular el punto punto de 'ur'u(a en el fondo fondo y punto de de +oc,o +oc,o en el destilado destilado 3. )eterm )etermina inarr la rela relació ción n de ref reflu(o lu(o m,nimo m,nimo !. *alcular *alcular el n-mero n-mero de platos platos m,nimos m,nimos y el n-mero n-mero de de platos platos reales para para tra'a(ar tra'a(ar con con un + $+min /. *alcul *alcular ar o estim estimar ar el plat plato o de alime alimenta ntación ción . Suponie Suponiendo ndo que se tra' tra'a(a a(a con un flu(o flu(o de 1000 1000 mol mol2# 2# alimentación calcular cual es el calor necesario para el reervidor y cu4l es el calor que se de'e retirar en el condensador del tope.
O&'er(aci%n) )esarrollar el tra'a(o en 56cel siguiendo el método usado en clase 7 como función de la Presión de 8apor9 y presentar una compar comparació ación n de la misma misma aplicació aplicación n usando :ysys :ysys 7usand 7usando o ;<=> ;<=>;A ;A*9 *9.. &a comp compar arac ació ión n cons consis istitir4 r4 en la pres presen enta tació ción n del del )iag iagrama rama de ?lu( ?lu(o o dond donde e se muest uestre ren n en form orma ta'ul a'ular ar las las temperaturas presión flu(os molares y composiciones para cada corriente y el resultado general de los datos solicitados.
1
SOLUCIN Para las operaciones involucradas en el dise@o operacional se va a usar el método de ?enseB;nderCoodBDilliland 7?;D9 5ste método aunque sólo es apro6imado se utiliza muc#o en la pr4ctica con fines tales como el dise@o preliminar estudios paramétricos para esta'lecer esta'lecer las condiciones condiciones óptimas óptimas de dise@o as, como para para estudio estudioss de secuen secuencia ciass óptima óptimass de separa separació ción n en la s,nt s,ntesi esiss de proc proces esos os.. ;n esqu esquem ema a del del algo algori ritm tmo o a segu seguir ir se muestra en la ?ig.
2
1. )eterminar )eterminar las composicione composicioness de cada componente componente en el destilado destilado y fondo )e los datos dados y del 'alance de masa se o'tiene el siguiente cuadro Ácido Acetico Acetico 100 mol2# Ácido Propanoico 300 mol2# Ácido utanoico !00 mol2# Ácido "etanoico $00 mol2#
&os claves ligeros y pesados para esta operación son E
3
:allamos las fracciones molares para el destilado y residuoE
$. *alcular el punto de 'ur'u(a en el fondo y punto de +oc,o en el destilado A. I5"P5+AI;+A I5"P5+AI;+A )5 ;+;JA 5< 5& +5S=);K +5S=);K 7datos del 56cel 9
?inalmente de los datos calculados en el 56cel o'tenemos la siguiente ta'laE P;
!11.0
5
;+;JA
!0!./
3. )eterminar )eterminar la relación relación de reflu(o m,nimo Para #allar el reflu(o reflu(o m,nimo usamos la 5cuación de ;nderCood y con la temperatura promedio Iemperatu Iemperatura ra promedio promedi o 7I'LIr92$ !0G.G/
∑ ∑
∝
J
Z JF F
∝J
−∅
x JD ∝J D
−∅
∝ J
= F (1−q ) = D ( Rmin+ 1)
Aplicamos el procedimiento iterativo para #allar el valor de ∅ y adem4s como se alimenta en el punto de 'ur'u(a sa'emos que q1 luego la ecuación se transforma en
∑
∝
J
Z JF F
∝J
−∅
=0
*on la #o(a de c4lculos del 56cel o'tenemos la siguiente ta'la mediante un proceso iterativo
&a iteración produce un Ѳ1.33$GG3 &uego #allamos el reflu(o reflu(o m,nimo m,nimo el cual es +min 1.$/30F 1.$/30F !. *alcular el n-mero de platos m,nimos y el n-mero de platos platos reales para tra'a(ar con un + $+min Para calcular el m,nimo numero de platos utilizamos 5cuación de ?ense
6
x LK x HK
¿ ¿ ¿
log ¿
=¿
Nm
K LK K HK
¿ ¿ K LK K HK
¿ ¿ ¿
∝
=√ ¿
LK AV
*on los datos o'tenidos #allamos la volatilidad promedio del clave ligero *omponent e clave
des 7)9
?rac molar 7)9
res79
?rac molar 79
Acido propanoico &
0.F00H331/ G
0.G3333333 3
0.G$HH3F$ 3
0.00/0!$01 G
Acido nB 'utanoico :
0.!$G3!1G F
0.01FG/30H
0.33G33$3 !
0./HH$3/$ F
5ntonces 0.900 0.427
¿ ¿
0.729 0.337
¿ ¿
∝
¿B ¿ =√ ¿
LK AV
&uego el n-mero de platos m,nimos es E
7
0.733 0.019 ¿ ¿ ¿
log ¿ Nm=¿
Para calcular el n-mero de platos reales utilizamos 5cuación de Duilliland
/. *alcula *alcularr o estima estimarr el plato plato de de alimen alimentac tación ión Para calcular el plato de alimentación usamos la ecuación de ir'ride
)óndeE <+<-mero de platos en sección de rectificación 7arri'a9.
8
propanoico & Ácido nB 'utanoico :
0.01FG/30H
?lu(o de )estilado mol ) ?lu(o de +esiduo mol
N R N S
0.659 = ÷ . 0 . 0 0 5
!0 / /F /
. ÷ 40÷5 0.01 9 0.733
2
0./HH$3/$F
595
Adem4s < <+ L
0.206
= 30.14
<+ 11./F
?inalmente el plato de alimentación es E n-mero 13 . Supo Suponi niend endo o que que se tra' tra'a(a a(a con con un flu( flu(o o de 1000 1000 mol mol2# 2# alime aliment ntac ació ión n calc calcul ular ar cual cual es el calor necesario para el reervidor y cu4l es el calor que se de'e retirar en el condensador del tope.
;sando :OSOS o'tenemos los siguientes resultados
9
10
11
Pro'lema $ Se va a fraccionar la siguiente alimentación a H$* 1/0 psi para que el destilado en forma de vapor contenga FH% de *3 y sólo 1% de */.
1. )eterminar el punto de 'ur'u(a y el punto de roc,o de la mezcla alimentada.
