Columnas de Destilacion Por Platos

COLUMNAS DE DESTILACION POR PLATOS

Utilizando mezcla: TOLUENO/BENCENO

Se desea separar 15000kg/ día de una mezcla de 40% de Benceno y 60% de tolueno en un destilado conteniendo 97% de benceno y un residuo con 98% de tolueno. Todos los porcentajes son en masa. Se usara una razón de reflujo de 3.5 moles por cada mol de destilado. Utilizando el método de McCabe- Thiele.

a) Se calcularan los caudales molares de producto destilado y residuob) Se determinara el número de pisos ideales y la composición de alimentación si el alimento entra

en la columna como líquido a su temperatura de ebullición.Se proporcionan datos del equilibrio para el sistema ajustando en función de la volatilidad relativa media (α)

c) Calcular los platos de capuchas, caída de presión en el plato y la presión total de la columna.d) Se calcularan los efectos térmicos de la mezcla binaria usando el método de Poncho- Savarit.

SOLUCION:

F(kg/día) 15000zF 0.4q 1

DATOS DE ENTRADA Y SALIDAS Y ALIMENTACION:

Caudales y composiciones

CorrienteCaudal (kg/día)

Fracción másica

zF 15000 0.4zD 0.97zB 0.02

QD

DxD 0.97

Residuo Benceno 0.98xB 0.02B

Ajustando las variables de entrada en composiciones molares:

CorrienteComposición Composición

másica molarzF 0.4 0.4402zD 0.97 0.9744zB 0.02 0.0235

Usando los flujos de alimentación se calcula los caudales de entrada del tolueno y benceno.

F (kmol/h) 7.281

F zF (kmol de benceno/h) 3.205

F (1-zF) (kmol de tolueno/h) 4.076

Reflujo y estado del alimentoq 1

Razón de reflujo 3.5

Peso molecular

(g/mol)Benceno 78Tolueno 92

a) Calculando los caudales de las corrientes de salida de nuestra columna de destilación

Haciendo un balance de materia global de la columna:

Balance del componente volátil:

Se tiene lo siguiente:

CALCULO DE LA CURVA DE EQUILIBRIO DE LA MEZCLA TOLUENO/BENCENO

Curva de equilibrioEcuación de Antoine:

Temperaturas de ebullición de cada componente:

Teb Benceno, °C 80.1Teb Tolueno, °C 110.62

Todas las composiciones son fracciones molares

Corriente de residuo, B (kmol/h) 4.091Corriente de destilado, D (kmol/h) 3.190

D, Kmol/h 3.190xD 0.9744

F(kmol/h) 7.281zF 0.4402

q 1

xB 0.0235B, kmol/h 4.091

A B CBenceno 6.90565 1211.033 220.79Tolueno 6.95334 1343.943 219.377

Usando la ley de Raoult: sobre las presiones parciales y las composiciones:

T (°C) P°i(Benceno) Pi(Tolueno) x y110.62 1784.3 759.9 0 0109.69 1742.5 740.0 0.02 0.05106.14 1589.9 667.8 0.10 0.21102.88 1459.0 606.6 0.18 0.35

99.87 1345.8 554.2 0.26 0.4697.10 1247.4 509.0 0.34 0.5693.29 1121.7 451.9 0.46 0.6890.97 1050.0 419.7 0.54 0.7588.80 986.0 391.2 0.62 0.8086.76 928.9 365.9 0.70 0.8684.84 877.5 343.3 0.78 0.9083.03 831.2 323.0 0.86 0.9481.32 789.1 304.8 0.94 0.9880.10 760.0 292.2 1 1

Grafica del equilibrio liquidovapor es decir si se tiene dos mezclas (L-V) se produce transferencia de materia entre ambas faces hasta que las composiciones alcancen el equilibrio

P, mmHg 760

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 180.1

85.1

90.1

95.1

100.1

105.1

110.1

Composición del Benceno-tolueno a diferentes temperaturas

liquidoVapor

Fraccion Molar (x, y)

Tem

pera

tura

(°C)

Donde x e y han de ser necesariamente fracciones molares que si no lo son no se puede aplicar el método de MacCabe. Thiele.

x = fracción molar de benceno en el líquidoy = fracción molar de benceno en el vapor

Se propone ajustar los datos de equilibrio según la volatilidad media relativa a. Por tanto, la ecuación que se emplea en el ajuste:

Como se puede observar en esta ecuación se ajusta la variable y (composición del vapor) en función de la variable x (composición del líquido). Pero, como se verá más adelante, a la hora de realizar el cálculo del número de pisos mejor tener un ajuste de los datos de equilibrio donde se calcule la composición x en función de la composición y.En la anterior ecuación de la volatilidad media relativa se despeja x se obtiene la siguiente ecuación, que será la empleada en el cálculo del número de pisos

Volatilidad relativa media:

y x αx 1+(α-1)x ycalculado

0 0 0.00 1.00 00.05 0.02 0.05 1.03 0.0480.21 0.10 0.24 1.14 0.214

x y 0 0

0.02 0.050.10 0.210.18 0.350.26 0.460.34 0.560.46 0.680.54 0.750.62 0.800.70 0.860.78 0.900.86 0.940.94 0.98

1 1

α = 2.4462

0.34 0.18 0.44 1.26 0.3490.46 0.26 0.64 1.38 0.4620.56 0.34 0.83 1.49 0.5580.68 0.46 1.13 1.67 0.6760.75 0.54 1.32 1.78 0.7420.80 0.62 1.52 1.90 0.8000.85 0.70 1.71 2.01 0.8510.90 0.78 1.91 2.13 0.8970.94 0.86 2.10 2.24 0.9380.98 0.94 2.30 2.36 0.975

1 1 2.45 2.45 1Composición ycalculado con la volatilidad media relativa según la ecuación (1)

A continuación se representa los datos de equilibrio experimental y los datos de equilibrio calculado:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Comprobación de ajuste de los datos del equilibrio

y calculadoy experimental

x

y

b) Calculo de la intersección de la recta q (recta de alimentación) con la curva de equilibrio:

En este apartado se debe calcular la intersección de la recta q con la curva de equilibrio (punto xF, yF en la gráfica).Para ello se calcula la recta q mediante su pendiente, -q/(1-q), y su ordenada en el origen, zF/(1-q).

Calcular xA con

recta q (xF,recta)

Estimación de yF

Para hallar la intersección de la recta q con la curva de equilibrio se

puede utilizar la herramienta Buscar Objetivo de EXCEL, con la función objetivo igual a la diferencia

entre el valor de xF dado por la

curva de equilibrio y el valor de xF obtenido en la recta q.

Recta qPendiente infinito

Ordenada en el Origen en el infinito

Estimación de yF Cálculo de xF con x = f(y) Cálculo de xF con recta q

yF xF,eq xF,recta

0.6552 0.4372 0.4402yF: composición estimado.xF,eq: composición calculada con yF estimada y el ajuste de los datos de equilibrio

xF,recta: composición calculada con yF estimada y la recta de alimentación

La recta “q” de alimentación queda definida por los siguientes puntos:

Recta q

x y

(zF, zF) 0.4402 0.4402

(xF, yF) 0.4402 0.6552

Gráfico de los puntos en la recta desde la línea de operación hasta los datos del equilibrio con la

composición zF de alimentación.

NO

Para hallar la intersección de la recta q con la curva de equilibrio se

puede utilizar la herramienta Buscar Objetivo de EXCEL, con la función objetivo igual a la diferencia

entre el valor de xF dado por la

curva de equilibrio y el valor de xF obtenido en la recta q.

SI

xA 0.4402

yA 0.6552

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1Posición de la recta "q"

Datos de Equi-libriol

Diagonal

Recta de al-imentación

x

y

Calculo del caudal de reflujo:

A partir de la relación de reflujo y el caudal de destilado, se puede calcular el caudal de reflujo L1,0.

R = 3.5D (kmol/h) = 3.190

L1,0 (kmol/h) = 11.167

Calculo de las rectas operativas de enriquecimiento y agotamiento:

A continuación se calculan las rectas operativas de los sectores en los que se divide la columna. Al tratarse de una columna convencional, con una alimentación, la columna se divide en dos sectores:

el sector superior a la introducción de la alimentación o de enriquecimiento (sector 1) y el sector inferior a la introducción de la alimentación o de agotamiento (sector 2)

Mayor (LD/D)min para sector

de enriquecimiento cuando la recta operativa es tangencial a la curva de equilibrio

SITUACIÓN DE REFLUJO MÍNIMO CUANDO LA RECTA OPERATIVA ES TANGENCIAL A

LA CURVA DE EQUILIBRIO

Enriquecimiento Agotamiento

Pendiente Ordenada en el origen

xD 0.9744D (kmol/h) 3.190

L1,0 (kmol/h) 11.167V1,o (Kmol/h) 14.357

F (kmol/h) 7.281zF 0.4402q 1

Con estas ecuaciones se procede hacer los cálculos correspondientes para hallar la pendiente y la coordenada de origen en las zonas de enriquecimiento y agotamiento

Sector de Sector deenriquecimiento agotamiento

0.7778 1.2849 = Pendiente0.2165 -0.0067 =Coordenada en el origen

El punto de corte de las rectas operativas de enriquecimiento y agotamiento pertenece a la recta q, y se puede hallar resolviendo el sistema de ecuaciones formado por las ecuaciones de dichas rectas operativas.

Se calcula la intersección de las rectas de operativas de enriquecimiento y agotamiento. Este punto no es necesario para dibujar el diagrama de McCabe-Thiele, pero es muy útil para comprobar que los cálculos se están desarrollando de forma correcta.

Si se llama m1 y n1 a la pendiente y la ordenada en el origen de la operativa de enriquecimiento respectivamente y m2 y n2 a la pendiente y ordenada en el origen de la operativa de agotamiento.

la coordenada x de la intersección de ambas rectas operativas La coordenada y se obtiene sustituyendo la coordenada x hallada en la recta operativa de

enriquecimiento o de agotamiento.

El método de diseño de columnas de McCabe-Thiele es la representación gráfica del método analítico de Sorel-Lewis, por lo tanto si se realiza gráficamente el diseño de la columna.

Sustituyendo en el sistema de ecuación:

Coordenadas de la intersección de las RectasOperativas de Enriquecimiento y Agotamiento

x 0.4402y 0.5589

Conociendo la intersección de las rectas operativas y que el punto de corte con la diagonal de cada recta es:x = y = xD recta operativa de enriquecimiento

x = y = xB recta operativa de agotamiento

Recta Operativa de Enriquecimientox y

0.9744 0.9744 = (xD, xD)0.4402 0.5589 Interseccón de las rectas

Recta Operativa de Agotamientox y

0.0235 0.0235 = (xB, xB)0.4402 0.5589 Intersecciónde las rectas

Se representan estas rectas operativas en el diagrama de McCabe-Thiele

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Rectas de enriquecimiento y agotamiento para el Benceno/ Tolueno

Recta de al-imentación

Operativa de Enriquec-imiento

Operativa de Agotamiento

x

y

Calculo de la recta operativa del alimento:

Una vez calculada la pendiente y la ordenada en el origen de las rectas operativas, se puede calcular la composición correspondiente a la intersección de cada recta con la recta operativa del piso de alimentación:

La intersección con la recta operativa de enriquecimiento se produce en y = yA La intersección con la recta operativa de agotamiento se produce en x = xA

Recta Operativa de Enriquecimientopasa por (xD, xD) y (xOPTIMA, yF)

Recta Operativa de Agotamientopasa por (xB, xB) y (xF, yOPTIMA)

x y x y

(xD, xD) 0.9744 0.9744 0.0235 0.0235 (xB, xB)

(xoptima, yF) 0.5640 0.6552 0.4402 0.5589 (xF, yoptima)

Se obtiene las siguientes coordenadas:

Recta Operativa de Alimentación

x y

(xOPTIMA, yA) = 0.5640 0.6552

(xA, yOPTIMA) = 0.4402 0.5589

Finalmente se calcula la pendiente y la ordenada en el origen de la recta operativa de alimento con los puntos: (xOPTIMA, yF) y (xF, yOPTIMA).

Pendiente: coordenadas de los puntos que pasan por la rectaCoordenada de origen: X1, y1 puntos por el que pasa la recta con m la pendiente.

Recta Operativa de Alimentación

pendiente 0.7778

coordenada en el origen 0.2165

Se representan las rectas operativas de enriquecimiento, agotamiento y alimentación de la columna.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Disposición de las rectas operativas

Recta de al-imentaciónOperativa de Enriquec-imientoOperativa de Ago-tamientoOperativa de ali-mentación

x

y

Observa que las rectas operativas de enriquecimiento y agotamiento se representan sólo hasta el punto de corte con la operativa de alimentación.Calculo del número de pisos y el piso de alimentación:

Para el cálculo analítico del número de pisos en una columna según el método de Sorel-Lewis (que es el método que se aplica gráficamente en McCabe-Thiele) se sigue los siguientes pasos:

Se parte de x0 = xD y se aplica la ecuación de la recta operativa de enriquecimiento para calcular y1. Para el valor obtenido de y1 se calcula la composición x1 en equilibrio. De esta x1 se calcula el valor de y2 con la recta operativa de enriquecimiento. Se alterna el cálculo de xj (con el ajuste de la curva de equilibrio) y y j+1 (con la recta operativa) hasta que

se obtenga un piso con x < xoptima. A partir de este punto hay que utilizar una vez la recta operativa de alimentación para calcular la

composición del líquido que sale del piso de alimentación. Después se utiliza la recta operativa de agotamiento hasta alcanzar x < xB.

Al realizar los cálculos etapa a etapa, la hoja de cálculo se puede programar utilizando funciones lógicas de Excel, de forma que el cambio se realice o no, dependiendo de la comparación entre la última x calculada

con una x de referencia, de forma que:

FUNCIONES LÓGICAS DE EXCEL

Las funciones lógicas de Excel que se pueden emplear en el cálculo de una columna con McCabe-Thiele son:

● SI (prueba lógica; valor si es cierto; valor si es falso): esta función comprueba si se cumple una condición y devuelve un valor si se evalúa como Verdadero y otro

valor si se evalúa como Falso. ● Y (argumento; argumento): esta función comprueba si todos los argumentos son

Tabla para el cálculo de las composiciones

xeferencia yxquilibrio Sector Piso

0.97444857 0.97444857 0.939722695 Enriquecimiento 1





0.53115492 0.629664618 0.410047022 Alimento 6

0.41004702 0.52018199 0.307086131 Agotamiento 7

0.30708613 0.387885076 0.205746111 Agotamiento 8

0.20574611 0.25767086 0.124263713 Agotamiento 9

0.12426371 0.152972177 0.068751553 Agotamiento 10

0.06875155 0.081643275 0.035067758 Agotamiento 11

0.03506776 0.038362161 0.016046062 Agotamiento 12

0.01604606 Platos 11

NF 6y: se calcula con la operativa.xquilibrio: se calcula con el ajuste de curva.

FUNCIONES LÓGICAS DE EXCEL

Las funciones lógicas de Excel que se pueden emplear en el cálculo de una columna con McCabe-Thiele son:

● SI (prueba lógica; valor si es cierto; valor si es falso): esta función comprueba si se cumple una condición y devuelve un valor si se evalúa como Verdadero y otro

valor si se evalúa como Falso. ● Y (argumento; argumento): esta función comprueba si todos los argumentos son

Composiciones iguales

Para este caso en concreto:El sector de enriquecimiento de alimento se produce si x≤ 0.5640 xoptima

El sector de alimentación al de agotamiento se produce si x≤ 0.4402 xF

El fin de la columna se produce cuando x≤ 0.0235 xB

xeferencia: composición de referencia para indicar el sector y decidir el eventual cambio de ello.

RESULTADOS: Se ha obtenido que la columna tiene 11 pisos más una caldera, de los cuales:

5 pisos son del sector de enriquecimiento (con un condensador). 6 pisos con del sector de agotamiento más una caldera. En el plato 6 es donde se produce la alimentación de la columna.

REPRESENTACION DEL GRAFICO DE McCABE-THIELE

Los cálculos realizados en toda la columna usando este método se logró obtener satisfactoriamente los cálculos de los pisos que contendrá nuestro destilado las composiciones molares de entrada y salidas.

Ajuste datos de equilibrio Recta de enriquecimiento Diagonal PisosX y x y x y x y0 0 0.9744 0.9744 1 1 piso 1 0.974 0.974

0.02 0.05 0.5640 0.6552 0 0 0.940 0.9740.10 0.21

piso 20.940 0.947

0.18 0.35 Recta de agotamiento Recta de alimento 0.881 0.9470.26 0.46 x y x y

piso 30.881 0.901

0.34 0.56 0.0235 0.0235 0.4402 0.4402 0.789 0.9010.46 0.68 0.4402 0.5589 0.4402 0.6552

piso 40.789 0.830

0.54 0.74 0.666 0.8300.62 0.80 Recta operativa alimento Datos de equilibro

piso 50.666 0.735

0.70 0.85 x y x y 0.531 0.7350.78 0.90 0.5640 0.6552 0.00 0.00 piso 6 0.531 0.6300.86 0.94 0.4402 0.5589 0.02 0.05 0.410 0.6300.94 0.97 0.10 0.21 piso 7 0.410 0.520

1 1 Equilibrio alimento 0.18 0.34 0.307 0.520Horizontal 0.26 0.46 piso 8 0.307 0.388

x y 0.34 0.56 0.206 0.3880.440191 0.6552 0.46 0.68 piso 9 0.206 0.2580.655181 0.6552 0.54 0.75 0.124 0.258

0.62 0.80 piso 10 0.124 0.153Vertical 0.70 0.85 0.069 0.153

x y 0.78 0.90 piso 11 0.069 0.0820.4402 0.6552 0.86 0.94 0.035 0.0820.4402 0.4402 0.94 0.98 caldera 0.035 0.038

1.00 1.00 0.016 0.038

Piso número 12: Éste es el último piso teórico de la columna ya que la horizontal representada

llega a una composición menor a la composición especificada de la corriente de residuo. Este último piso representa en realidad la caldera parcial de la columna de rectificación.

Recordando que en la construcción de los pisos sólo es posible apoyarse una vez en la recta operativa de alimentación.

Piso número 6: Se observa que el sexto piso corresponde al piso de alimentación, es decir, al piso por encima del cual se introduce la corriente de alimentación.

Como se observa la columna de destilación:

La representación del gráfico de McCabe-Thiele supone dibujar, sobre el diagrama de equilibrio y = f(x), todas las rectas operativas, así como la recta q, y a continuación trazar los pisos entre las rectas operativas y la curva de equilibrio.

Dibujar los pisos: En primer lugar se dibuja la diagonal en el diagrama de McCabe-Thiele. Esta línea ayuda a dibujar las

demás. A continuación se representan los datos de equilibrio del sistema de componentes presentes en la

columna de rectificación. Seguidamente se representa el ajuste de los datos de equilibrio

Todas las composiciones son fracciones molares

QD

xD = 0.9744D (kmol/h) = 3.190

R= 3.5L1,0 (kmol/h) = 11.167

V1,o (Kmol/h) 14.357

F (kmol/h) = 7.281zF = 0.4402q = 1 N=

11

NALIM.= 6V2,0 (Kmol/h) 14.357

xB = 0.0235B (kmol/h) 4.091QB

El paso siguiente es dibujar la recta de alimentación o recta q y señalar las composiciones de vapor y líquido en equilibrio con la alimentación

A continuación se puede dibujar la recta operativa de enriquecimiento. Después se traza la recta operativa de agotamiento.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

x

y

Una vez dibujadas todas las rectas operativas, se procede a representar los pisos en el diagrama. En este paso se representa el primer piso, que es la horizontal que va desde (xD, xD) hasta la curva de equilibrio.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

x

y

A continuación se dibuja el segundo piso: se dibuja la vertical desde el primer piso hasta la operativa y después la horizontal hasta la curva de equilibrio.

Y asi sucesivamente se va dibujando los pisos hasta llegar al piso 12.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Método de MacCabe-Thiele

FRACCION MOLAR XA

YA F

RACC

ION

MO

LAR

6

Observa que cada piso se caracteriza por un punto sobre la curva de equilibrio, que corresponde a la composición de las corrientes que abandonan dicho piso.

Observa que el método de McCabe-Thiele equivale a representar gráficamente el método de Sorel-Lewis.

c) Calcular los platos de capuchas, caída de presión en el plato y la presión total de la columna.

Ya obteniendo los platos utilizados en la destilación se procede a calcular los platos reales para ello se da una eficiencia promedio para nuestra columna Benceno-Tolueno.

NP, Ideales 11NF 6EO 0.77

NP, Reales 14

Como se observa nuestro número de plato reales que debemos utilizar en nuestra columna son 14 platos, a partir de ello empezaremos a calcular la presión de la columna, la presión por plato y las dimensiones de las capuchas que llevara cada plato.

Espacio total 15Diámetro

Dcolumna, m 2

Dcolumna, ft 7Espacio entre platos

EsP, m 0.6

EsP, in 23.622Altura, m 9

Con los flujos del benceno y tolueno se toma una temperatura en este caso temperatura ambiente.

T, °C 25

kmol benceno/h 3.21

kmol tolueno/h 4.08

Conociendo los flujos de entrada se hace un cambio de unidades para facilitar los cálculos.

q, ft3/s kg/m3 Lb/ft3L 7.95E-05 873.6 54.5231232G 1.21E-04 862.3 53.8178676

Estimando el número de capuchas y numero de orificios que tendrá nuestra capucha, DI (diámetro interno de la capucha) Ws ancho de la ranura, W (longitud del derramadero), h1 (liquido sobre el orificio hasta el derramadero).

- Derramadero de 3.5 ft.- Con 67 capuchas distribuidas en el área activa- Cada capucha tiene 24 ranuras u orificios.-

σ, Dinas/cm 28.5

CF: para hallar el corregido se multiplica por el (0.8) ya que es para destilación fraccional.

Nc capuchas 67Ns orificios 24

W, in 42W, ft 3.5 CF 675

W, m 1.0668 CF, corregido 540

DI, in 2.68 uG, ft/s 61.81641125Ws, in 0.125h1, in 1.5

Calculo del área activa en el plato.

Grafica para calcular CF a partir de la tensión superficial. (σ, Dinas/cm).

3.875 in

2.75 in

3.5 in

0.25in

θ

D

W, ft 3.5

Dcapucha ft 7.00w/D 0.5θ, rad 2.0471Ad, ft2 2.264

Calculando la columna del líquido desde el derramadero hasta la altura de la cresta del líquido sobre el derramadero.

Calculo para las capuchas:

ar, in2 5.641Ar, in2 378Ar, ft2 2.624aa,(anular) 5.854aa/ar 1.0

Kc, (diagrama) 0.66

Diagramas para el cálculo de Kc y Fw

qL, gpm 0.04q/w2.5 0.001557W/D 0.53

FW 1.01how, in 0.004368527

Calculando hs y hpC para hallar la pérdida de presión debido a la fricción del gas.

hpc 1.1E-07hs 9.8E-11

Lo cual indica que la perdida de presión será mínima

Calculo de la caída de presión por plato y la caída de presión en toda la columna:

ΔP (plato) in 1.50ΔP (total) x Np 21.49

ΔP (total), Pa 4673

ΔP (total), bar 0.05

Como se observa se tiene una caída de presión de 0.05 bar la cual es baja para columna como entra a un líquido saturado, porque depende de la temperatura.

d) Se calcularan los efectos térmicos de la mezcla binaria usando el método de Poncho- Savarit.

Sabiendo las composiciones molares de salida y entrada en toda la columna:Peso

molecular(g/mol)

Benceno 78Tolueno 92

Corriente Composiciónmásica

Composiciónmolar

zF 0.4 0.440zD 0.97 0.974zB 0.02 0.0235

Método de Ponchon- Savarit aplica un balance de energía.

Como q=1 zF: componente líquido. Por tanto Estimando la entalpia para los componentes en la alimentación a temperatura ambiente y una presión de 1 atm.

Datos obtenidos en la bibliografía para el benceno y el tolueno.

Teb °CCPL

KJ/kmol.KCPV,

KJ/Kmol.Kλ,

KJ/Kmol.KBenceno 80.1 138.2 96.3 30820Tolueno 110.6 167.5 138.2 33330

A diferentes composiciones se calcula la entalpia por medio de estas ecuaciones.

D 3.190xD 0.9744

R= 3.5L, Kmol/h 11.167

F(kmol/h) 7.281zF 0.4402

xB 0.0235B 4.091

H(F)=hF, KJ/kmol 2500

xF, molh,

KJ/kmolyF, mol

H, KJ/kmol

0.00 5109 1 384390.30 2920 0.97 374570.50 1820 0.80 362680.80 562 0.50 347160.97 685 0.30 323801.00 0 0.00 30820

Grafica de las composiciones vs la entalpias calculadas las cuales se puede promediar el rango de estimación.

Calculando hD en el condensador para luego determinar la carga energética en el condensador.

Por medio de estos cálculos de a podido calcular la entalpia en la fase liquida y la entalpia H1 de la fase gaseosa.

xD 0.974hD,KJ/kmol

684

H1KJ/kmol 37457

Puntos de diferencias de la sección de rectificación Y agotamiento.

Aplicando un balance de energía en el condensador:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

50001000015000200002500030000350004000045000 Entalpias en ambas fases

Liq SaturadoVapor saturado

composiciones en la alimentacion xF, yF

Enta

lpia

, KJ/

Kmol

Calculado el punto de diferencia en el condensador se puede calcular el otro punto de diferencia pero en el hervidor por medio de esta ecuación.

A partir del punto de diferencia en el hervidor se puede estimar por la gráfica la entalpia en la fase vapor, y así poder calcular los efectos térmicos de la mezcla binaria.

ΔD 166160 Qc, KJ/h 579163ΔB -125144 QR, KJ/h 512420hB 120

Entonces nuestro condensador y hervidor generaran estos calores para la mezcla Benceno/ tolueno en una columna de platos por destilación.

Qc, KW 160.878718

QR, KW 142.339004

Estos calores son las mínimas energías requeridas para esta columna.

R

CONCLUSIONES

Los flujos de salida en la parte superior de la columna fue de 3.190 Kmol/h de benceno y de la parte inferior de la columna fue de 4.091Kmol/h de tolueno.

En la alimentación nos indica que a la columna ingresa de manera líquida saturada la mezcla El ajuste de datos para la curva de equilibrio fue satisfactoria habiendo unas milésima de

diferencias con el calculado usando la volatilidad. En el piso 6 de la columna es donde va a ingresar la alimentación. Se ha obtenido el verdadero número de platos siendo la cantidad de 14 platos dando una eficiencia

del 77%. El diámetro de la columna será de 2 metros, el espacio de plato a plato será de 0.6 metros, la altura

de nuestra columna será de 9 metros. La caída de presión en toda la columna será de 4673Pascales Los calores mínimos de la columna será en el condensador 160KW de energía y en el hervidor será

de 142 KW de energía.

BLIBLIOGRAFIA

Transferencia de masa, Unidad 2, dados en clase, Ing. William Torres. Manual de usuario MCTH, software de ingeniería Química, cálculo del número de platos teóricos en

columnas de destilación fraccionada de mezclas binarias por método de McCabe- Thiele. Simulación del comportamiento de una columna de destilación discontinua para mezclas

multicomponentes utilizando métodos cortos, P. Romero, M. Otiniano C., Rev. Per. Quim. Vol 12- 2009 Pág 52-58

Distillation Design – Kister. Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Volume 2 –Ludwig. Plant Design and Economics for Chemical Engineers - Peters & Timmerhaus Operaciones de Transferencia de Masa – Robert Treybal.

Columnas de Destilacion Por Platos

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