practica 2. rectificacion por lotes

8/9/2019 Practica 2. Rectificacion Por Lotes

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA

QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE OPERACIONES DESEPARACIN POR ETAPAS

PRCTICA 2RECTIFICACIN POR LOTES DE UNA MEZCLA BINARIA

EQUIPO: 5

FECHA DE ENTREGA: 7 de Enero del 2015

PRCTICA 2


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RECTIFICACIN POR LOTES DE UNA MEZCLABINARIA

Ob!"#$%&Desarrollar los conocimientos para comprender el fenmeno de la separacinde lquidos voltiles, por medio de la destilacin de una mezcla binaria en una

columna adiabtica de recticacin por lotes, combinando ! comparando los

resultados e"perimentales con los tericos calculados a partir de la ecuacin de

#a!lei$% ! poder predecir los tiempos de operacin, las masas !

concentraciones obtenidas&

'bservar una conducta adecuada durante la realizacin de la prctica

e"%ibiendo una disciplina profesional& #ealizar una investi$acin en las

referencias disponibles sobre las diferentes aplicaciones del proceso de

destilacin&

M'()% "!*(#)%

Destilacin en discntin!

(a destilacin por lotes es una operacin que no ocurre en estado estable, debido aque la composicin de la materia prima car$ada vara con el tiempo& (as primerastrazas obtenidas son ricas en el compuesto ms voltil, pero a medida que procedela vaporizacin el contenido de este compuesto va disminu!endo& (o anterior se vere)e*ado en el aumento de la temperatura de todo el sistema de destilacin,

debido a que en el recipiente se concentran los componentes menos voltiles&

+na operacin en discontinuo es benca s-

1& (a cantidad de materia prima a destilar es demasiado peque.a como pararealizar una operacin en continuo& (as principales limitaciones se dan enlos equipos que requieran una capacidad mnima de operacin como lasbombas, intercambiadores de calor, tuberas e instrumentacin&

2& (os requerimientos de operacin de la planta oscilan en $ran medida debidoa las caractersticas de la alimentacin ! el volumen a mane*ar& (os equipospara destilacin por lotes ofrecen ma!or )e"ibilidad operacional que losequipos que traba*an en continuo&

/& e desea utilizar el equipo de destilacin para aplicar a diversas

recuperaciones de productos&& El producto principal posee peque.as cantidades de impurezas& ara los

sistemas de destilacin por lotes aparecen diversas con$uraciones quedenen tanto el fenmeno como la forma de modelar la operacin, lascuales son-

Destilacin simple sin re)u*o

Destilacin con re)u*o constante

Destilacin con re)u*o variable

Destilacin con re)u*o 3columna de enriquecimiento4


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(a destilacin en una columna que solo posee zona de enriquecimiento es un casoespecial de separacin en donde la columna solo posee la seccin correspondientea la recticacin& or lo tanto, la alimentacin no se realiza en un sector cercano ala mitad de la columna, sino que se %ace por el fondo en forma de vapor& El vaporpuede ser in!ectado directamente cuando procede de otra columna, de otramanera se utiliza un re%ervidor para $enerarlo&

El destilado que se produce por la cima de la torre de destilacin, $eneralmente, esmu! rico en el componente ms voltil ! el residuo contiene una peque.a fraccindel componente ms li$ero&

Esta con$uracin de columna aparece por la necesidad de obtener los productosde cabeza de la torre con una alta concentracin del compuesto ms voltil a unprecio reducido& (a $ura muestra el esquema de una torre que posee solo zona deenriquecimiento ! opera por lotes&

lanteando los balances de materia a la columna se obtiene-

Donde-

"#antidad de material en elre%ervidorD#antidad de material que se e"traepor la cima

$"#6raccin molar en el re%ervidor$D#6raccin molar en el destilado

(a ecuacin de balance de materia anterior es mu! parecida a la ecuacin de#a!lei$%, con la diferencia que las composiciones del destilado ! del re%ervidor noestn en equilibrio& (a inte$ral de la ecuacin puede ser resuelta $rcamente&

eparando variables e inte$randola ecuacin&


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ara el caso de tener una columna que posee solo seccin de recticacin secumple la ecuacin para la lnea de operacin que se traba*a en el mtodo decabe89%iele-

(as columnas de destilacin por lotes con re)u*o pueden ser operadas de dosmaneras-

+, R!)"#-)')#*. )%. (!/0% )%.&"'."!: cuando la relacin de re)u*o es unparmetro establecido, el cambio en la composicin del re%ervidor %ar que lacomposicin del destilado vare en el tiempo& (a recticacin utilizando re)u*oconstante funciona de forma anlo$a a la destilacin simple: no obstante, usar elre)u*o %ace que la disminucin en la composicin del destilado sea ms lenta&(a representacin de este caso sobre el dia$rama de cabe89%iele fue descritopor mo;er ! #ose, se presenta en la $ura si$uiente-

(a car$a inicial del equipo se caracteriza por tener una composicin de "


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omo se puede observar en la $ura /&, no es conveniente la operacin a re)u*oconstante debido a que la composicin del destilado vara con el tiempo&

2, R!)"#-)')#*. )%. (!/0% $'(#'b1!:utilizando una relacin de re)u*o variablese puede evitar que la composicin de la cima de la columna disminu!a con eltiempo, pero a un costo ener$tico e"tra debido a que se incrementan los

requerimientos de calor ! el tiempo de operacin de la torre&

#ealizando un paralelo con el e*emplo cualitativo de recticacin con re)u*oconstante, se ve en la $ura que para el mismo n=mero de etapas la composicinde cima se mantiene constante si el re)u*o se incrementa&

ara el tiempo cero la lnea de operacin es-

> para el tiempo posterior, cuando el re)u*o pasa de ser # a #1se tiene-

e pueden utilizar el tanteo ! error e"perimental o el mtodo cabe89%iele para

estimar la variacin del re)u*o que permita mantener la concentracin de cimaconstante, esto se ampla en el procedimiento en la seccin de iniciacin de laoperacin&

D!&'((%11% !3!(#4!."'1

% OPERACIN A REFLU&O TOTAL


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?ericar que la columna estpreparada para operar comocolumna de recticacin, es

decir, que en las bridas de lastuberas superiores del %ervidor,

estn bien colocados losaccesorios tipo oc%o&

?ericar que todos los tanquesacumuladores de destilado

estn vacos, si es necesario,vaciar la posible acumulacinde condensado de prcticas

anteriores&

?ericar que el %ervidor estcar$ado ms o menos a tres

cuartos, ! tomar muestra de lamezcla para vericar su

concentracin inicial 3@o4&9ambin tomar la altura de sunivel para obtener su volumen

3


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reviamente se debe determinarel valor de la relacin de re)u*o

3#oE(CD4, a la cual se va aoperar ! %aber abierto el a$uade enfriamiento del enfriador

concntrico del destilado&

osteriormente se procede aoperar la columna a re)u*o

constante, abriendo la vlvula dela parte inferior del rotmetro deDestilado, permitiendo un paso

constante de )uido

+na vez %ec%a la operacinanterior, cuidar que se reciba

el destilado en el tanquereceptor inferior de destiladodurante 10 minutos 3este ser

el primer corte4&

Al cumplirse este tiempo, cerrarla vlvula superior del tanque

inferior para comenzar a recibirel si$uiente destilado 3se$undocorte4, en el tanque superior&

Fnmediatamente descar$ar eltanque inferior ! cerrar su

vlvula de descar$a, abrir lavlvula superior ! de*ar que el

destilado del se$undo corte si$a)u!endo en el tanque inferior,

%asta cumplirse los si$uientes 10minutos del se$undo corte&

#epetir esta operacin cada 10minutos& A cada corte se ledeber c%ecar ! re$istrar el

volumen, densidad !temperatura&

imultneamente a cada cortede Destilado, se deber tomar

muestra del residuo 3%ervidor4 !c%ecar ! re$istrar su densidad !temperatura& 9ambin deberc%ecar ! re$istrar la lectura dela altura del nivel del %ervidor !

temperaturas del sistema&

Gacer la cantidad de cortesque permita el tiempo de

operacin&

DATOS EXPERIMENTALES

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

DATOS INICIALES

Alimentacin H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I @peso @mol

Gervidor 2& / 0&JK/0 J 0&0/72

DATOS DE OPERACIN A REFLU&O TOTAL

vapor 0&J B$fCcm2

H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I @peso @mol

R!/0% ,26 L74#.

Destilado @D 0&2/ 0&KL 7/ 0&511

DATOS DE OPERACIN DE RECTIFICACIN A REFLU&O CONSTANTE


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C%("! + H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I@peso @mol

#esiduo @ 2/ /1 0&JK/2 K&5 0&0/51

Destilado

@D0&K7J5 L5 0&20J

C%("! 2 H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I@peso @mol

#esiduo @ 2/ /1 0&JK/K K 0&0/2J

Destilado

@D0&K5/ 75 0&5

C%("! 6 H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I@peso @mol

#esiduo @ 2/ /1 0&JK5K 7 0&02KL

Destilado

@D0&K/2/ K/&5 0&LL5

#E6(+M' 9'9A( '#9E DE DE9F(AD'

9 3N4 1 2 /

91 K0 K2 K K5

92 K2 K/ K 77

9/ K/ K2 77 7

9 KK K2 7J 7K

95 2L 2L 27 27

9L 2K 2K 2K 2K97 7K 7 71 70

9K 27 2K 2K 2K

9J 1 L2 L/ L

910 2/ 2/ 2/ 2/

911 2 /L / /2

9# 77&5 7K& K0& K0&7

? 0&J0 0&J0 0&J0 0&J0

CLCULOS

1& Desarrollar las $rcas de equilibrio de la solucin binaria Etanol8A$ua, con la

ecuacin de ?an (aar 3coecientes de actividad en mezclas binarias4 a una

presin de 5K5 mmG$&


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0 0&1 0&2 0&/ 0& 0&5 0&L 0&7 0&K 0&J 1 1&10

0&1

0&2

0&/

0&

0&5

0&L

0&7

0&K

0&J

1

1&1

omposicin ",! Etanol8A$ua

2& on los datos obtenidos en la operacin a #e)u*o total, calcule el n=mero

mnimo de etapas tericas 3OE94, por el mtodo $rco de cabe89%iele ! la

eciencia $lobal de la columna&

De acuerdo a la denicin de #e)u*o 9otal, @ D0, !a que todo el condensado del

destilado de la columna, se retorna por el domo de la misma, por lo que D0&

De tal forma que la ecuacin de la (nea de Enriquecimiento que describe el

comportamiento de la Pona de #ecticacin, se transforma como se muestra a

continuacin&

yn+1= R

R+1Xn+

XD

R+1

omo D0 ! @D0&

R=

L0

D=

L0

0 =

yn+1=

+1Xn+

0

+1

yn+1=Xn

or lo tanto, la (nea de 'peracin en la Pona de Enriquecimiento, es la lnea

recta que forma un n$ulo de 5Q en el dia$rama > v" @&


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on esta informacin ! el mismo dia$rama, sabemos que el O=mero de latos

9ericos 3O94 son tres&or lo tanto&

Ec=NPT

NPR100=

NET1NPR

100=3116

100=12.5

/& ara la operacin de recticacin a re)u*o constante, con los datos

e"perimentales, determine la pendiente de la recta de operacin ! $rcamente

el O=mero de Etapas 9ericas de operacin&

CORTE +

Lo=0.23 L

min

D=V

=

.382L

10min

R1=Lo

D

=0.23

0.038

CORTE 2

Lo=0.23 L

min

D=V

=

.460L

10min

R2=Lo

D

=0.23

0.046

CORTE 6

Lo=0.23 L

min

D=V

=

.460L

10min=0.046


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Gaciendo un promedio de los re)u*os

obtenidos-

R=5.3403

romediando las composiciones de los destilados-

XD=0.5418

De la ecuacin de la Pona de Enriquecimiento&

yn+1=

R

R+1Xn+

XD

R+1

bLOZE=

0.5418

5.3403+1=0.0854

onbLOZE ! el punto @D, en la $rca de > vs @, ubicar la ordenada al

ori$en calculada ! trazar una lnea recta que una ese punto con el punto donde

@Dtoque a la lnea de operacin, despus, aplicar el mtodo cabe89%iele para

determinar el O=mero de latos 9ericos&

or lo tanto&

Ec=

NPT

NPR100=

NET1NPR

100=3116

100=12.5

& alcule el tiempo de destilacin 3t4 ! la composicin promedio en cada corte de

destilado ! comprelos con el tiempo real obtenido&

XDprom=

FZfWXWFW

F=W+D W=FD


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FZf=WXW+DXD

FZf=(FD)XW+DXD

FZf=FXWDXW+DXD

FZfFXW=DXW+DXD

F(ZfXW)=D(XDXW)

F=

DXDXWZfXW

CORTE +

D=0.0382 L

min60

min

h 0.8795

g

cm31000cm3

1L 1Kg

1000 g =2.02

Kg

h

D=2.02

Kg

h

(0.420946+0.579118) KgKmol

=0.0678Kmol

h

F=0.0678

Kmol

h 0.42090.0351

0.03720.0351=12.4558

Kmol

h

Del Ralance Slobal 9otal de ateria&

F=W+D

W=FD=(12.45580.0678 )

Kmol

h =12.388

Kmol

h

or lo tanto&


13/16

XDprom=

12.4558Kg

h0.037212.388

Kg

h0.0351

12.4558Kg

h12.388

Kg

h

=0.42

ara el tiempo

t=

R+1V (W0Wt)

V=31L0.9832

g

c m31000cm3

1L 1Kg

1000g =30.4792Kg

t=

6.0209+130.4792Kg

(12.4558Kgh 12.388Kg

h)=0.0156h1

CORTE 2

D=0.046 L

min60

min

h 0.8534

g

cm31000cm

3

1L1Kg

1000 g =2.35

Kg

h

D=

2.35Kg

h

(0.5446+0.4618) Kg

Kmol

=0.0709Kmol

h

F=0.0709

Kmol

h 0.540.0329

0.03720.0329=8.3612

Kmol

h


F=W+D

W=FD=(8.36120.0709 )

Kmol

h =8.2903

Kmol

h

or lo tanto&


14/16

XDprom=

8.3612Kg

h0.03728.2903

Kg

h0.0329

8.3612Kg

h8.2903

Kg

h

=0.54

ara el tiempo

t=

R+1V (W0Wt)

V=31L0.9838

g

c m31000c m3

1L 1Kg

1000 g =30.4978Kg

t=

5+130.4978Kg

(8.3612Kgh 8.2903Kg

h)=0.0139h1

CORTE 6

D=0.046 L

min60min

h 0.8323

g

cm31000 cm3

1L 1Kg

1000g =2.30Kg

h

D=

2.30Kg

h

(0.664546+0.335518) Kg

Kmol

=0.0628Kmol

h

F=0.0628

Kmol

h 0.66450.0286

0.03720.0286=4.6435

Kmol

h


F=W+D

W=FD=(4.64350.0628 )

Kmol

h =4.5807

Kmol

h


15/16

or lo tanto&

XDprom=

4.6435Kg

h0.03724.5807

Kg

h0.0286

4.6435Kg

h

4.5807Kg

h

=0.6645

ara el tiempo

t=

R+1V (W0Wt)

V=31L0.9858

g

c m31000c m3

1L 1Kg

1000 g =30.5598Kg

t=

5+130.5598Kg

(4.6435Kgh 4.5807Kgh)=0.0123h1

TABLA DE RESULTADOS

NPT E)

R!/0%

T%"'1 /

12&5

I

R!/0%

C%.&"'."!

/ 12&5

I

R!/0% )%.&"'."!

C

F

894%17;

practica 2. rectificacion por lotes

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