Nombre: Leonardo Humberto Castro 244469

Ejercicio 4.1

Flash con reciclo: a) Considere el proceso de separación mostrado en la figura. Si se utiliza ASPEN PLUS, resolver todos los tres casos usando las subrutinas MIXER, FLASH2, FSPLIT y PUMP, y la opción RK-SOAVE para el conjunto de propiedades termofísicas. Comparar y discutir los caudales y composiciones para la corriente superior producidas para cada uno de los tres casos.

b) Modifique el caso 3 del ejercicio y determinar la temperatura del flash para obtener

850lbh

de vapor.

Solución

a) Usando el complemento de Aspen Properties para Excel

lb/h

Metano 50

Etano 100

Propano 700

n-Butano 870 F1

1-Buteno 1176

1,3 Butadieno 5130

T = 85°C P = 100 psia

V , yMetano , y Etano , y Propano

yn−Butano , y1−Buteno , y1,3−Butadieno

T = 5°C P = 25psia

L ,xMetano , xEtano , xPropano , xn−Butano , x1−Buteno ,

x1,3−Butadieno

L2

F2

Inicialmente lo que hizo fue calcular el flujo molar de cada una de las especies usando el peso molecular de cada componente:

Flujo molar de alimentación

Componente Flujo másico (lb/h)

Peso molecular

Flujo molar (kmol/h)

Fracción molar (zi)

Metano 50 16.04 1.414 0.0204Etano 100 30.07 1.508 0.0217Propano 700 44.1 7.200 0.1037n-Butano 870 58.12 6.789 0.09781-Buteno 1176 56.11 9.507 0.13691,3-Butadieno

5130 54.09 43.018 0.6195

Total 8026 69.48 1

Con base a la fracción molar inicial se uso la función TPFlash de Aspen Properties para calcular la composición en la fase liquida (x i) y vapor ( y i) así como la fracción vaporizada(φ), inicialmente para un flash sin recirculación.

F2=L+V

φ= VF2

Teniendo la fracción vaporizada y la cantidad total que se alimenta se puede calcular la cantidad de vapor que sale del flash.

V=φ F2

Una vez calculada la cantidad de vapor se puede hallar la cantidad de liquido que sale del flash y la cantidad que se recircula, teniendo en cuenta la relación de recirculación R :

L=F2−V

R=L2L→L2=RL

Teniendo en cuenta las fracciones molares de cada una de las especies en la fase liquida y la cantidad total que se recircula se calcula la cantidad que se recircula de cada sustancia:

Li ,2=L2 x i

Con estos flujos de cada uno de los componentes (Li ,2 ) y con los flujos molares de cada una de las sustancias alimentadas al sistema (F i ,1 ) se calcula la cantidad de cada sustancia que ingresas al flash (F i ,2 ) :

F i ,2=Li ,2+F i ,1

Con los flujos anteriores es posible calcular la cantidad total que entra al flash (F2 ) y la composición de cada especie que ingresa al flash (x i ,2 ) :

F2=∑i=1

n

F i, 2

x i ,2=Fi , 2F2

Con estos valores de flujo y composición se repite la rutina de cálculo para obtener un nuevo valor de flujo de entrada al flash y composiciones de entrada hasta que se cumpla:

F i ,2≅ F i , 2'

Reciclo Fracción vaporizada (φ )

Caudal de vapor (V )

Caudal de liquido (L )

Caudal reciclo (L2)

0 0.682 47.33 22.11 00.25 0.616 47.33 29.48 7.370.5 0.517 47.33 44.22 22.11

Composiciones vapor usando complemento Excel

Reciclo Metano Etano Propano n-Butano 1-Buteno 1,3-Butadieno

0 0.02972 0.03074 0.13161 0.09074 0.13265 0.584550.25 0.02972 0.03074 0.13161 0.09074 0.13265 0.584550.5 0.02972 0.03074 0.13161 0.09074 0.13265 0.58455

Composiciones líquido usando complemento Excel

Reciclo Metano Etano Propano n-Butano 1-Buteno 1,3-Butadieno

0 0.00032 0.00244 0.04396 0.11285 0.14605 0.694380.25 0.00032 0.00244 0.04396 0.11285 0.14605 0.69438

0.5 0.00032 0.00244 0.04396 0.11285 0.14605 0.69438

Usando Aspen Plus

Para resolver el problema usando Aspen Plus se usaron las siguientes subrutinas: MIXER, FLASH2, FSPLIT y PUMP, y la opción RK-SOAVE como modelo termodinámico. El diagrama de flujo es el siguiente:

En la opción alimento se especificaron todas los flujos de cada una de las sustancias y las condiciones de entrada dadas para el problema (T=85ºC y P=100 psia). Posteriormente en la opción flash se ingresó la temperatura y presión de operación (T=5ºC y P=25psia). En el divisor se definió la fracción de líquido que se recirculaba. En la bomba se especificó una presión de descarga (P=100psia) y la eficiencia de esta (η=1). El programa se ejecutó para las tres fracciones líquido recirculada (0, 0.25 y 0.5) los resultados que se obtuvieron fueron los siguientes:

Reciclo Fracción vaporizada (φ )

Caudal de vapor (V )

Caudal de liquido (L )

Caudal reciclo (L2)

0 0.682 47.33 22.11 00.25 0.616 47.33 29.48 7.370.5 0.517 47.33 44.22 22.11

Composiciones vapor Aspen Plus

Reciclo Metano Etano Propano n-Butano 1-Buteno 1,3-Butadieno

0 0.02972 0.03074 0.13161 0.09074 0.13265 0.584550.25 0.02972 0.03074 0.13161 0.09074 0.13265 0.584550.5 0.02972 0.03074 0.13161 0.09074 0.13265 0.58455

Composiciones líquido usando Aspen Plus

Reciclo Metano Etano Propano n-Butano 1-Buteno 1,3-Butadieno

0 0.00032 0.00244 0.04396 0.11285 0.14605 0.694380.25 0.00032 0.00244 0.04396 0.11285 0.14605 0.694380.5 0.00032 0.00244 0.04396 0.11285 0.14605 0.69438

Al comparar los resultados obtenidos usando Aspen Plus y el complemento de Aspen Properties para Excel se encuentra que los resultados son totalmente iguales.

Según dichos resultados se encuentra que la relación de reflujo no afecta el caudal de vapor y la composición de cada una de las especies tanto en la fase vapor como en la fase liquida. Esto es claro ya que las condiciones de temperatura y presión en el flash son siempre las mismas y estas son las que afectan directamente el equilibrio. La relación de

reflujo como su definición lo muestra (R=L2L ) solo afecta el caudal del líquido que sale

del evaporador, es por ello que a las distintas relaciones de reflujo la cantidad de vapor que sale del flash es siempre la misma. En conclusión se puede decir que el flujo de vapor y las composiciones en cada una de las fases es independiente de la relación de reflujo en el flash.

b) Usando el complemento de Aspen Properties para Excel

L ,xMetano , xEtano , xPropano , xn−Butano , x1−Buteno ,

V=850 lbh

yMetano , yEtano , yPropano

yn−Butano , y1−Buteno , y1,3−Butadieno

lb/h

Metano 50

Etano 100

Propano 700

n-Butano 870 F=8026 lbh

1-Buteno 1176

1,3 Butadieno 5130

T = 85°C P = 100 psia

T =? P = 25psia

Inicialmente lo que hizo fue calcular el flujo molar de cada una de las especies usando el peso molecular de cada componente para determinar la fracción molar de cada especie en el alimento:

Flujo molar de alimentación

Componente Flujo másico (lb/h)

Peso molecular

Flujo molar (kmol/h)

Fracción molar (zi)

Metano 50 16.04 1.414 0.0204Etano 100 30.07 1.508 0.0217Propano 700 44.1 7.200 0.1037n-Butano 870 58.12 6.789 0.09781-Buteno 1176 56.11 9.507 0.13691,3-Butadieno

5130 54.09 43.018 0.6195

Total 8026 69.48 1

Posteriormente se determino la fracción vaporizada teniendo en cuenta que no se esta recirculando nada de líquido y se sabe la cantidad que se alimenta y la cantidad de vapor que sale:

φ=VF

=850

lbh

8026lbh

=0.10591

Usando las fracciones molares y la fracción vaporizada obtenidos, se empleó la función PVFlash del complemento de Aspen Properties para calcular la temperatura en el flash a las condiciones especificadas:

T=−5.89 °C

A partir de esta temperatura y empleando la función TPFlash del complemento, se determino la composición de cada una de las especies tanto en la fase liquida como en la fase vapor:

Componente Fracción molar Fracción molar

L ,xMetano , xEtano , xPropano , xn−Butano , x1−Buteno ,

lb/h

Metano 50

Etano 100

Propano 700

n-Butano 870 F=8026 lbh

1-Buteno 1176

1,3 Butadieno 5130

T = 85°C P = 100 psia

vapor ( y i ) liquido (x i )Metano 0.17498 0.00205Etano 0.11221 0.01101

Propano 0.20234 0.09201n-Butano 0.05534 0.102801-Buteno 0.08796 0.14272

1,3-Butadieno 0.36717 0.64942Total 1 1

Usando Aspen Plus

Para resolver el problema usando Aspen Plus se procedió de la misma manera que en el inciso a) con la única diferencia de que en el flash se especificaba la fracción vaporizada y la presión los resultados obtenidos son los siguientes:

Componente Fracción molar vapor ( y i )

Fracción molar liquido (x i )

Metano 0.17498 0.00205Etano 0.11221 0.01101

Propano 0.20234 0.09201n-Butano 0.05534 0.102801-Buteno 0.08796 0.14272

1,3-Butadieno 0.36717 0.64942Total 1 1

Temperatura(ºC) -5.8871

Una vez más los resultados obtenidos usando las dos herramientas fueron totalmente iguales.