Destilacion-multicomponente Labo 1 (2) Final

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería Química y Textil

Laboratorio de Transferencia de Masa II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química

“INVESTIGACION DE LOS PRINCIPALES ACEITES ESCENCIALES PRODUCIDOS EN EL PERU”

PI - 147 Profesor: Celso Montalvo Integrantes: Balarezo Inuma, Gustavo Espinoza Robles Marly

20131345F 20132658H

Morales Bravo Carlos

20131270F

Vivanco cuba, Emily

20122501I

Lima, 14/09/2017

DESTILACIÓN MULTICOMPONTE

2



DISEÑO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE PROBLEMA Se va a fraccionar o destilar a presión atmosférica una mezcla con su composición indicada . Componentes ACETONA BUTANONA ACIDO ACETICO ACIDO PROPANOICO ACIDO BUTANOICO

A B C D

zi 0.23 0.16 0.14 0.22

E

0.25 1

Se desea obtener en los fondos meos de 1% de B y menos de 1% del componente C Asumir columna a presión cte=2atm, la mezcla debe alimentarse en el punto de burbuja. Usando el método de short-cut CALCULAR 1. Calcular el punto de burbuja fondo 2. Calcular pto de roció 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

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.


3



SOLUCIÓN Para las operaciones involucradas en el diseño operacional se va a usar el método de Fenske-Underwood-Gilliland (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 Composición

zi

A

0.23

B

F Kmol/h

DESTILADO

FONDO

230.0

230.0

0

230.00

0.00

0.16

160.0

X

=160-X

155.21

4.79

C

0.14

140.0

Y

=140-Y

135.19

4.81

D

0.22

220.0

0

220.0

0.00

220.00

E

0.25

250.0

0

250.0

0.00

250.00

1

1000.0

=230+X+Y

=770-X-Y

520.40

479.60


DEST. Kmol/h

FONDO Kmol/h

4



ESQUEMA

DESTILADO ACETONA

230.0

BUTANONA

160.0

ACIDO ACETICO

140.0

ACIDO PROPANOICO

220.0

ACIDO BUTANOICO

250.0

ACETONA BUTANONA ACIDO ACETICO

F =1000Kmol/h

FONDO

BUTANONA ACIDO ACETICO ACIDO PROPANOICO ACIDO BUTANOICO

Los claves ligeros y pesados para esta operación son: Clave Ligero (LK) BUTANONA Clave Pesado (HK)

ACIDO ACETICO


5



Hallamos las fracciones molares para el destilado y residuo: Composición

DEST. Kmol/h 230.00 155.21 135.19 0.00 0.00 520.40

A B C D E

xD

FONDO Kmol/h

0.4420 0.2982 0.2598 0.0000 0.0000 1.0

xW

0.00 4.79 4.81 220.00 250.00 479.60

0.0000 0.0100 0.0100 0.4587 0.5213 1.0

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

zi

C1

C2

C3

C4

A

C5

0.23

64.006

-5599.6

-7.0985

6.22E-06

2

329.4

B

0.16

72.698

-6143.6

-7.5779

5.65E-06

2

353

C

0.14

53.27

-6304.5

-4.2985

8.89E-18

6

391.2

D

0.22

54.552

-7149.4

-4.2769

1.18E-18

6

414.15

E

0.25

93.815

-9942.2

-9.819

9.31E-18

6

436.9

1

Teb (K)

Tpromedio (k) 427.4802168

387.348

Pvapor (Pa)

Pvapor (Kpa)

Ki = Pvapi/ Pt

αij = Ki/kj

αij * zi

yi

8452.601343

8.452601343

0.041710345

0.055938982

0.012865966

0.009601847

695327.7655

695.3277655

3.431175749

4.601651736

0.736264278

0.549472698

278269.0475

278.2690475

1.373150987

1.841573584

0.257820302

0.192410825

151103.9525

151.1039525

0.745640032

1

0.22

0.164185602

68296.8265

68.2968265

0.337018636

0.451985705

0.112996426

0.084329028

1.339946972

1

Ki = coeficiente de reparto αij = volatilidad relativa inversa de S Kj resta


0.74629819 0.745640032 -0.000658158

6



B. TEMPERATURA DE BURBUJA EN EL FONDO (datos del Excel ) Composición

xW

C1

C2

C3

C4

A

C5

Teb (K)

0.0000

64.006

-5599.6

-7.0985

6.22E-06

2

329.4

B

0.0100

72.698

-6143.6

-7.5779

5.65E-06

2

353

C

0.0100

53.27

-6304.5

-4.2985

8.89E-18

6

391.2

D

0.4587

54.552

-7149.4

-4.2769

1.18E-18

6

414.15

E

0.5213

93.815

-9942.2

-9.819

9.31E-18

6

436.9

1.0000

Pvapor (Pa)


425.1672684

Pvapor (Kpa)

Ki = Pvapi/ Pt

αij = Ki/kj

αij * xW

yi

12305.88859

12.30588859

0.060724839

0.046386587

0

0

1038178.607

1038.178607

5.123013113

3.913375426

0.039121802

0.051213735

452969.8235

452.9698235

2.23523229

1.707452806

0.017123139

0.022415632

265289.8059

265.2898059

1.30910341

1

0.458711508

0.600492019

126692.7771

126.6927771

0.625180247

0.477563684

0.248936315

0.325878614

0.763892764

1

sumatoria

Ki = coeficiente de reparto αij = volatilidad relativa 1.309084269

inversa de S

1.30910341

Kj

1.91407E-05

resta

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

xD = yD

C1

C2

C3

C4

A

0.4420

64.006

-5599.6

-7.0985

6.22E-06

2

329.4

B

0.2982

72.698

-6143.6

-7.5779

5.65E-06

2

353

C

0.2598

53.27

-6304.5

-4.2985

8.89E-18

6

391.2

D

0.0000

54.552

-7149.4

-4.2769

1.18E-18

6

414.15

E

0.0000

93.815

-9942.2

-9.819

9.31E-18

6

436.9


C5

Teb (K)


7



1.0000

Pvapor (Pa)

352.4932118

Pvapor (Kpa)

Ki = Pvapi/ Pt

αij = Ki/kj

xD/αij

yi

1317.451357

1.317451357

0.006501117

0.054749083

8.072671211

0.959946306

93147.13947

93.14713947

0.459645396

3.870898505

0.077048003

0.009162016

24063.44144

24.06344144

0.118743851

1

0.259783654

0.030891678

8673.284658

8.673284658

0.042799332

0.360434092

0

0

2698.317121

2.698317121

0.01331516

0.112133467

0

0

8.409502867

1

sumatoria

Ki = coeficiente de reparto αij = volatilidad relativa 1.309084269

inversa de S

1.30910341

Kj

1.91407E-05

resta

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

TEMPERATURA (K)

ROCIO

349.8791427

BURBUJA

447.80897878

Tprom

398.8440608

3. Chequeo de los componentes claves Composición

zi

F Kmol/h

DEST. Kmol/h

xD

FONDO Kmol/h

xW

A

0.23

230.0

230.00

0.4420

0.00

0.0000

B

0.16

160.0

155.21

0.2982

4.79

0.0100

C

0.14

140.0

135.19

0.2598

4.81

0.0100

D

0.22

220.0

0.00

0.0000

220.00

0.4587

E

0.25

250.0

0.00

0.0000

250.00

0.5213

1

1000.0

520.40

1.0

479.60

1.0


8


Composición


C1

C2

C3

C4

C5

Pvapor (Pa)

Pvapor (Kpa)

A

64.006

-5599.6

-7.0985

6.22E-06

2

4659.490429

4.659490429

B

72.698

-6143.6

-7.5779

5.65E-06

2

366622.7972

366.6227972

C

53.27

-6304.5

-4.2985

8.89E-18

6

127650.4729

127.6504729

D

54.552

-7149.4

-4.2769

1.18E-18

6

61023.99419

61.02399419

E

93.815

-9942.2

-9.819

9.31E-18

6

24915.46471

24.91546471

Composición

Ki = Pvapi/ Pt

αij = Ki/kj

xJD. D/ zJF.F

A

0.022992798

0.076355055

0.9648

B

1.809142843

6.00784662

0.9700

C

0.629906108

2.091807896

0.9666

D

0.301129998

1

0.9656

E

0.122948259

0.408289641

0.9651

4. 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 =398.8440608K

∑ ∝∝ ∅ = (1) ∑ ∝ ∅∝  = (1)

∅ ∑ ∝∝∅ = 0

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

Con la hoja de cálculos del Excel obtenemos la siguiente tabla mediante un proceso iterativo Composición

zi 0.23

F Kmol/h 230.0

DEST. Kmol/h 230.00

A

0.4420

FONDO Kmol/h 0.00

B

0.16

160.0

155.21

0.2982

4.79

0.0100

1.809142843

6.0078

C

0.14

140.0

135.19

0.2598

4.81

0.0100

0.629906108

2.0918

D

0.22

220.0

0.00

0.0000

220.00

0.4587

0.301129998

1.0000

E

0.25

250.0

0.00

0.0000

250.00

0.5213

0.122948259

0.4083

0.75

1000.0

520.40

1.0

479.60

1.0


xD

xW

Ki = Pvapi/ αij = Pt Ki/kj 0.0000 0.022992798 0.0764

9


Ki = Pvapi/ Pt

αij = Ki/kj

αj.zjF

0.022992798

0.0764

0.0176

αj.zjF/(αj Φ1) -0.00381863

1.809142843

6.0078

0.9613

0.629906108

2.0918

0.301129998 0.122948259


α j.xjD 0.033746747

αj.xjD/(αj Φ1) -0.007337936

0.72136609

1.791810204

1.344648925

0.2929

-0.113355618

0.543417499

-0.210342404

1.0000

0.2200

-0.059859093

0

0

0.4083

0.1021

-0.023921306

0

0

sumatoria

0.520411442

DATOS

Φ1

1.126968586

4.6752979

La iteración produce un Ѳ=4.6752979 Luego hallamos el reflujo mínimo el cual es Rmin =0.126968586 5. 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

 )( )]  [(   = (∝ ) ∝ =  ( )( )

Con los datos obtenidos hallamos la volatilidad promedio del clave ligero volatilidad del clave ligero entre el tope y el fondo

αlkAv = Ingresar datos:

DESTILADO

FONDO

CLAVE LIGERO

LK

0.459645396

5.123013113

CLAVE PESADO

HK

0.118743851

2.23523229

Entonces

∝ =

2.978566458

Luego el número de platos mínimos es :

.. ..  [( ) (    = (.) )] =

0.129383423


10



Para calcular el número de platos reales utilizamos Ecuación de Guilliland

+,  (−)  +,  1 = 1 √   =    1   = 1  = ( (1.1.225309)1 5309 ) = 0.126968586  = 21

Pero por dato R=2Rmin

En la ecuación de Guilliland

 1 = 0.552405793

Finalmente obtenemos el valor de N=2

6. 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 Zhk, F =

0.14

Zlk, F =

0.16

fondo

Xlk, B =

0.0100

destilado

Xhk, D =

0.2598

fondo

B=


479.6

11

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería Química y Textil destilado

Laboratorio de Transferencia de Masa II 520.4

D=

NS =

1.600047094

NR =

0

Finalmente el plato de alimentación es : número 2

Usando HYSYS obtenemos los siguientes resultados 1. Propiedades del Fluid Package


12



2. Punto de burbuja de la alimentación

Tburb=116.3°C 3. Destilación Multicomponente


13



4. Reflujo mínimo Rmín

5. Punto Rocío del destilado


14



Trocío=88.22°C

6. Punto de Burbuja del fondo


15



Tburb=167°C 7. Para reflujo R=2Rmín


16



Plato de alimentación=8vo

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.


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Destilacion-multicomponente Labo 1 (2) Final

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