universidad nacional josé faustino sánchez carrión...

Ing. José S. Orbegoso: EMAIL: [email protected] BLOG: www.diseno-de-producto.webnode.es

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGICA

(Recopilación de ejercicios de destilación)

DISEÑO DE PLANTAS QUÍMICAS Ing. José S. Orbegoso L

PROBLEMA 1:

La carga en una columna separadora de butanos – pentanos va a ser fraccionada en un destilado

conteniendo 95% de n – butano de la carga y un producto de fondos conteniendo el 95% del

isopentano de la carga. El reflujo y la carga entrarán a temperatura de burbuja. Las condiciones

estimadas para la columna son: Destilado a 100 psi y temperatura de burbuja del reflujo 145º F ; la

temperatura de burbuja de fondos es 215º F; la presión de fondos 100 psia. La presión del plato de

alimentación: 101 psia. La composición es: Componente

Zi= nFi XFi F, mol/h Ki

nDi XD1 nWi XWi

i-C4 0.06 0.06 2.150 2,150/0,835=2,575 2.150/0.7 =3.0714 0.0595 0.0595/0.2424=0.2455 0.0050 0.0066 n-C4 0.17 0.17 1.700 1,700/0,835=2,035 1,700/0.7 =2.4286 0.1615 0.1615/0.2424=0.6663 0.0085 0.0112 i-C5 0.32 0.32 0.835 0,835/0,835=1,00 0.835/0.7=1.1943 0.0160 0.0160/0.2424=0.0660 0.3040 0.3989 n-C5 0.45 0.45 0.700 0,700/0,835= 0,838 0.700/0.700=1.000 0.0054 0.0054/0.2424=0.0223 0.4446 0.5834

1.00 1.00 0.2424 1,0001 0.7621 1.0001

Calcule la distribución de componentes entre topes y fondos. La relación de reflujo es de R = 1.3

Rm

SOLUCIÓN DE 3:

(Psia = Psi + 14.7; Psia = Psig + 14,7; Psig = Psi )

Con la presión (100 psia) y Temperatura (215°F) determinamos las Ki de los componentes utilizando

la correlación de DePriester: (EN TABLA con rojo)

Con los datos de Ki determinamos las volatilidades columna lila)

Sabemos que:

∝𝑖=𝐾𝑖

𝐾𝐻𝐾

Ic4 nc4 ic5 nc5

a. Selección de componentes clave:

Del enunciado del problema:

LK = n – C4

HK = i – C5

b. Distribución de los componentes (Método de Geddes – Hengstebeck):

Determinación de los parámetros;

𝐴 = − log

𝑛𝐻𝐾 𝑊 𝑛𝐻𝐾 𝐹

1 − 𝑛𝐻𝐾 𝑊 𝑛𝐻𝐾 𝐹

= − log

0,32 ∗ 0,950,32 ∗ 1

1 −0,32 ∗ 0,95

0,32 ∗ 1

= −1,278




𝐵 =

log

𝑛𝐿𝐾 𝐷 𝑛𝐿𝐾 𝐹

1 − 𝑛𝐿𝐾 𝐷 𝑛𝐿𝐾 𝐹

𝑛𝐻𝐾 𝑊 𝑛𝐻𝐾 𝐹

1 − 𝑛𝐻𝐾 𝑊 𝑛𝐻𝐾 𝐹

log ∝𝐿𝐾

=

log

0,17 ∗ 0,950,17 ∗ 1

1 −0,17 ∗ 0,95

0,17 ∗ 1

0,32 ∗ 0,950,32 ∗ 1

1 −0,32 ∗ 0,95

0,32 ∗ 1

log 2,04

B = 8,259

Ahora calculamos las recuperaciones:

I – c4 : 𝑛𝑖−𝑐4 𝐷 𝑛𝑖−𝑐4 𝐹

=10𝐴 ∝𝐵

1 + 10𝐴 ∝𝐵=

10−1,278 2,5758,259

1 + 10−1,278 2,5758,259= 0,9924 = 99,24%

O sea, el 99,24% de la alimentación de i –c4 va en el destilado.

n – c5: 𝑛𝑛−𝑐5 𝐷 𝑛𝑛−𝑐5 𝐹

=10𝐴 ∝𝐵

1 + 10𝐴 ∝𝐵=

10−1,278 0,8388,259

1 + 10−1,278 0,8388,259= 0,0121 = 1,21%

O sea, el 98,79% de la alimentación de n –c5 va en las colas

Por balance de materia: 𝑖 − 𝑐4 𝑊 = 𝑖 − 𝑐4 𝐹 − 𝑖 − 𝑐4 𝐷 = 1 − 0,9924 = 0,0076 = 0,76%

𝑛 − 𝑐5 𝑊 = 𝑛 − 𝑐5 𝐹 − 𝑛 − 𝑐5 𝐷 = 1 − 0,0121 = 0,9879 = 98,79%

Con las fracciones molares calculadas, completamos la tabla y determinamos las

fracciones en peso (columnas verdes y marrones)

c. Cálculo de Rm (relación de reflujo mínimo):

Primero: calculo de i* referido al más pesado (columna verde)

𝟏 + 𝑹𝒎 = ∝𝒊

∗ 𝑿𝒊𝑫

𝜶𝒊∗ − 𝜽

𝒏=𝟒

𝟏=𝟏

(𝟏)

i es la volatilidad relativa del componente i con respecto al componente clave pesado.

XiD es la concentración del componente i en el tope a reflujo mínimo.

∝𝐻𝐾< 𝜃 <∝𝐿𝐾

1.1943 < 𝜃 < 2.4286

Y es la raíz de la ecuación

1 − 𝑞 = ∝𝒊 𝑿𝒊𝑭

𝜶𝒊 − 𝜽

𝒏=𝟒

𝟏=𝟏

(𝟐)

Donde:

XiF es la concentración del componente i en la alimentación

q depende de la condición de la fase de la alimentación (criterio de Mc Cabe – Thiele).

Para determinar Rm se debe recurrir a las ecuaciones de Underwood, (1) y (2). La (1)

requiere del valor de Este valor de se calcula mediante la ecuación (2) por iteración:

1° considerando que F @ BP por lo que: q = 1,y en la ecuación (2) Componente

XFi nDi XD1 nWi XWi

i-C4 0.06 2,150/0,835=2,575 2.150/0.7 =3.0714 0.0595 0.0595/0.2424=0.2455 0.0050 0.0066 n-C4 0.17 1,700/0,835=2,035 1,700/0.7 =2.4286 0.1615 0.1615/0.2424=0.6663 0.0085 0.0112 i-C5 0.32 0,835/0,835=1,00 0.835/0.7=1.1943 0.0160 0.0160/0.2424=0.0660 0.3040 0.3989 n-C5 0.45 0,700/0,835= 0,838 0.700/0.700=1.000 0.0054 0.0054/0.2424=0.0223 0.4446 0.5834

1.00 0.2424 1,0001 0.7621 1.0001

0 = 1 − 1 = ∝𝒊 𝑿𝑭𝒊

𝜶𝒊 − 𝜽

𝒏=𝟒

𝟏=𝟏

Reemplazando:




0 =𝟐. 𝟓𝟕𝟓 ∗ 𝟎. 𝟎𝟔

𝟐. 𝟓𝟕𝟓 − 𝜽+

𝟐. 𝟎𝟑𝟓 ∗ 𝟎. 𝟏𝟕

𝟐. 𝟎𝟑𝟓 − 𝜽+

𝟏 ∗ 𝟎. 𝟑𝟐

𝟏 − 𝜽+

𝟎.𝟖𝟑𝟖 ∗ 𝟎. 𝟒𝟓

𝟎. 𝟖𝟑𝟖 − 𝜽

Para: 𝜽

∝𝒊 𝑿𝑭𝒊

𝜶𝒊 − 𝜽

𝒏=𝟒

𝟏=𝟏

1.2 -2.1150

1.5 -0.4193

1.8 0.8795

2.0 9.5085

El valor deseado de = 1.595, que al reemplazarlo en la sumatoria da = 0.002, que es un valor cercano a CERO. La gráfica en MatLab es:

Con este valor vamos a la ecuación (1) para calcular el Rm:

𝟏 + 𝑹𝒎 = ∝𝒊

∗ 𝑿𝑫𝒊

∝𝒊∗− 𝜽

𝒏=𝟒

𝟏=𝟏

= ∝𝒊𝒄𝟒

∗ 𝑿𝑫𝒊

∝𝒊𝒄𝟒∗− 𝜽

+∝𝒏𝒄𝟒

∗ 𝑿𝑫𝒊

∝𝒏𝒄𝟒∗− 𝜽

+∝𝒊𝒄𝟓

∗ 𝑿𝑫𝒊

∝𝒊𝒄𝟓∗− 𝜽

+∝𝒏𝒄𝟒

∗ 𝑿𝑫𝒊

∝𝒏𝒄𝟒∗− 𝜽

𝟏 + 𝑹𝒎 = 𝟑. 𝟎𝟕𝟏𝟒 ∗ 𝟎. 𝟐𝟒𝟓𝟓

𝟑. 𝟎𝟕𝟏𝟒 − 𝟏. 𝟓𝟗𝟓+

𝟐. 𝟒𝟐𝟖𝟔 ∗ 𝟎. 𝟔𝟔𝟔𝟑

𝟐.𝟒𝟐𝟖𝟔 − 𝟏. 𝟓𝟗𝟓+

𝟏. 𝟏𝟗𝟒𝟑 ∗ 𝟎. 𝟎𝟔𝟔

𝟏. 𝟏𝟗𝟒𝟑 − 𝟏. 𝟓𝟗𝟓+

𝟏 ∗ 𝟎. 𝟎𝟐𝟐𝟑

𝟏 − 𝟏. 𝟓𝟗𝟓

Reemplazamos los valores de

2.150/0.7 =3.0714

1,700/0.7 =2.4286

0.835/0.7=1.1943

0.700/0.700=1.000

Se obtiene: 𝑹𝒎 = 𝟏. 𝟐𝟏𝟕𝟕

d. Reflujo de operación:

Se dispone como dato que R = 1.3 Rm, por lo que

𝑹 = 𝟏. 𝟑 ∗ 𝑹𝒎 = 𝟏. 𝟑 ∗ 𝟏. 𝟐𝟏𝟕𝟕 = 𝟏.𝟓𝟖𝟑 moles de líquido / moles de destilado

e. Número de platos teóricos:

Recurrimos a la gráfica de Gilliland, donde observamos en el eje de las abscisas: 𝑹 − 𝑹𝒎

𝑹 + 𝟏=

𝟏. 𝟓𝟖𝟑 − 𝟏. 𝟐𝟏𝟕𝟕

𝟏. 𝟓𝟖𝟑 + 𝟏= 𝟎. 𝟏𝟒𝟏𝟒

Con éste valor ubicamos:

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2-4

-2

0

2

4

6

8

10

obtenido= 1.595




Con el valor obtenido de la gráfica:

𝑵 − 𝑵𝒎

𝑵 + 𝟏= 𝟎. 𝟒𝟓

Vamos a la ecuación de Fonske para determinar el número mínimo de platos:

𝑵𝒎 =

𝒍𝒐𝒈 𝑿𝑳𝑲

𝑿𝑯𝑲 𝑫 𝑿𝑯𝑲

𝑿𝑳𝑲 𝑾

𝒍𝒐𝒈 ∝𝑳𝑲

∝𝑯𝑲

𝑵𝒎 = 𝒍𝒐𝒈

𝟎. 𝟔𝟔𝟔𝟑𝟎. 𝟎𝟔𝟔𝟎

𝟎. 𝟑𝟗𝟖𝟗𝟎. 𝟎𝟏𝟏𝟐

𝒍𝒐𝒈 𝟐. 𝟒𝟐𝟖𝟔𝟏. 𝟏𝟗𝟒𝟑

𝑵𝒎 = 𝟖.𝟐𝟗𝟏𝟒 𝒑𝒍𝒂𝒕𝒐𝒔 𝒎í𝒏𝒊𝒎𝒐𝒔

Reemplazando: 𝑵 − 𝟖. 𝟐𝟗𝟏𝟒

𝑵 + 𝟏= 𝟎.𝟒𝟓

𝑵 − 𝟎. 𝟒𝟓 𝑵 = 𝟗. 𝟐𝟗𝟏𝟒 + 𝟎. 𝟒𝟓

𝑵 = 𝟖. 𝟕𝟒𝟏𝟒

𝟎. 𝟓𝟓 = 𝟏𝟓.𝟖𝟗𝟑𝟓 ≅ 𝟏𝟔 𝒑𝒍𝒂𝒕𝒐𝒔 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐𝒔

f. Ubicación de plato F: 𝒎 + 𝒑 = 𝑵 = 𝟏𝟔 (𝒂)

0.1414

0.45

m

p

𝑙𝑜𝑔 𝑚

𝑝 = 0.206 ∗ 𝑙𝑜𝑔

0.7621

0.2424

0.32

0.17 𝐹 0.0112 𝑊 0.0660 𝐷

2

𝒎

𝒑= 𝟎. 𝟔𝟗𝟒𝟓 ⟹ 𝒎 = 𝟎. 𝟔𝟗𝟒𝟓 𝒑 𝒃

𝟎. 𝟔𝟗𝟒𝟓 + 𝟏 𝒑 = 𝟏𝟔 𝒑 = 𝟗. 𝟒𝟒𝟐𝟑

𝒎 = 𝟏𝟔 − 𝟗. 𝟒𝟒𝟐𝟑 = 𝟔. 𝟓𝟓𝟕𝟕

Ecuación de Kirkbride:

𝑙𝑜𝑔 𝑚

𝑝 = 0.206 ∗ 𝑙𝑜𝑔

𝑛𝑊

𝑛𝐷

𝑋𝐻𝐾

𝑋𝐿𝐾 𝐹 𝑋𝐿𝐾 𝑊

𝑋𝐻𝐾 𝐷

2

𝑙𝑜𝑔 𝑚

𝑝 = −0.3645 aplicando antilogaritmos:

𝑷𝒐𝒓 𝒕𝒂𝒏𝒕𝒐, 𝒍𝒂 𝒂𝒍𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒔𝒆 𝒓𝒆𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒓á 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒑𝒍𝒂𝒕𝒐 7mo contando desde el tope




PROBLEMA 2:

La siguiente alimentación a 120 psia y a su B.P. de 185ºF debe separarse en una columna de

platos:

Componente X F i

α I

(a P y Tavg)

μ i

(Cp)

S I (peso específico o ρi) i

Propano (C3) 0.05 4.99 0.05 0.58 0.0025

Isobutano (I-C4) 0.15 2.62 0.12 0.60 0.0180

n-butano (n-C4) 0.25 2.02 0.12 0.60 0.0300

Iso pentano (i-C5) 0.20 1.00 0.14 0.62 0.0280

m-pentano (n-C5) 0.35 0.86 0.14 0.63 0.0490

La separación exige que el destilado se obtenga con una composición molar de isopentano de

7% y que la concentración de n-butano en las colas no sobrepase de 3% mol. En la operación se

debe usar el R=2.67 Rm. El cierre hidráulico debe alcanzar 1” en los platos. El caudal de

alimentación es de 10000 barriles /día. Se trata de determinar lo siguiente:

a) La composición del destilado y colas.

b) La relación de reflujo actual.

c) El número de platos teóricos.

d) La ubicación del plato de alimentación.

e) La altura total de la columna (pies).

f) El diámetro de la columna correspondiente a la sección del plato de alimentación

Nota: D/F = 0.489 (P & Ch)




(Ver pagina: http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/jesusf/operaciones_unitariasIII.htm)

Reactores Ambientales

PROBLEMA 3:

Se desea fraccionar en un splitter (separador) de butano-pentano la siguiente mezcla :

iC4 6% mol

nC4 17% mol

iC5 32% mol

nC5 45% mol

El destilado deberá recuperar el 95% del n-butano alimentado y el producto del residuo contendrá

el 95% del i-pentano alimentado. La presión de la columna se estima de 100 psia en la parte

superior, 101 psia en la etapa de alimentación y 102 psia en el fondo. El reflujo y la alimentación se

encuentran en su punto de burbuja. Determinar el número de etapas requeridas.

BASE DE CALCULO F = 100 moles.

SOLUCION 5:

Efectuando un balance de materia preliminar para determinar aproximaciones iniciales para las

composiciones del destilado y del residuo, se puede obtener la tabla siguiente:

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/jesusf/operaciones_unitariasIII.htm




Ahora, para determinar la temperatura de alimentación, como sabemos que entra como líquido

saturado, se utiliza la ecuación del punto de burbuja:

Suponiendo temperaturas e iterando, se obtiene finalmente:

Para determinar la temperatura del destilado, como el condensador es total, se utiliza nuevamente

la ecuación del punto de burbuja:


Para el residuo, también aplicamos la temperatura de burbuja:


Una vez determinadas las volatilidades relativas a las condiciones de alimentación, destilado y

residuo, se calculan las volatilidades relativas promedio en base a la media geométrica propuesta

por Hengstebeck:




Hengstebeck propuso en 1941 una relación lineal en coordenadas log-log para la distribución de

los componentes con respecto a la volatilidad relativa promedio.

La ecuación propuesta es:

Con los valores de las volatilidades relativas promedio, se procede a utilizar la ecuación de

Hengstebeck para calcular mejores estimados del balance de materia y las composiciones del

destilado y residuo.

Aplicando para la clave ligera (LK):




Aplicando para la clave pesada (HK):

De estas dos ecuaciones

Aplicando ahora la ecuación de Hengstebeck para el nC5:

Por un balance de materia global sobre el mismo componente,

Resolviendo simultáneamente, se obtienen DXDnC5 y BXBnC5. De la misma forma se obtienen

DXDiC4 y BXBiC4. Resumiendo estos resultados, tenemos el balance de materia aproximado:

PROBLEMA 4:

Se va a fraccionar o destilar a presión atmosférica una mezcla de multicomponentes que incluye

los siguientes compuestos

Componente Fracción Molar

Ácido Acetico 0.1

Ácido Propanoico 0.3

Ácido Butanoico 0.4

Ácido Metanoico 0.4

Se desea que en el destilado no haya mas del 2 % del componente Ácido Butanoico y no mas del

1 % componente Ácido Propanoico en el fondo .

La mezcla se alimenta en el punto de burbuja .

CALCULAR




1. Determinar las composiciones de cada componente en el destilado y fondo

2. Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Rocío en el 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

6. Suponiendo que se trabaja con un flujo de 1000 Kmol/h alimentación, calcular cual es el

calor necesario para el reervidor y cuál es el calor que se debe retirar en el condensador

del tope.

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.

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




ESQUEMA

F =1000Kmol/h

Los claves ligeros y pesados para esta operación son :

Hallamos las fracciones molares para el destilado y

FLUJOS MOLARES

Componentes Alimentacion (F) Kmol/h Destilado (D) Kmol/h Residuo (W) Kmol/h

Acido acetico 100 100 0

Acido propanoico 300 297 3

Acido butanoico 400 8 392

Acido metanoico 200 0 200

total 405 595Ácido Acetico =100 Kmol/h

Ácido Propanoico = 300 Kmol/h

Ácido Butanoico = 400 Kmol/h

Ácido Metanoico = 200 Kmol/h DESTILADO

Ácido Acetico = 297 Kmol/h


Ácido Metanoico=100Kmol/h

FONDO

Ácido Acetico = 3 Kmol/h


Ácido Butanoico = 200 Kmol/h

Clave Ligero(LK) Acido propanoico

Clave Pesado(HK) Acido butanoico




residuo:

2. Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Rocío en el destilado

A. TEMPERATURA DE BURBUJA EN EL RESIDUO (datos del Excel )

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

TEMPERATURA DE BURBUJA RESIDUO

componente C1 C2 C3 C4 C5 Pvap (Kpa)

Acido Acetico 53.27 -6304.5 -4.2985 8.8865E-18 6 150.3346626

Acido propanoico 54.552 -7149.4 -4.2769 1.1843E-18 6 73.84963832

Acido n-butanoico 93.815 -9942.2 -9.8019 9.3124E-18 6 34.18059391

Acido metanoico 50.323 -5378.2 -4.203 3.4697E-06 2 234.6023056

Fuente Perry Chemical Engineers Handbook (7ed)

Temperatura (K) 404.5 Presion (Kpa) 101.325

componente zi Pvap(Kpa) Ki α α*xi

Acido Acetico 0 150.334663 1.483687763 4.398246063 0

Acido propanoico 0.00504202 73.8496383 0.728839263 2.160572122 0.010893641

Acido n-butanoico 0.65882353 34.1805939 0.337336234 1 0.658823529

Acido metanoico 0.33613445 234.602306 2.315344738 6.863611154 2.307096186

1 2.976813357

Entonces K 0.33592969

Ki-K 0.00140654

TEMPERATURA DE ROCIO DESTILADO

componente C1 C2 C3 C4 C5 Pvap (Kpa)

Acido Acetico 53.27 -6304.5 -4.2985 8.8865E-18 6 180.3210808

Acido propanoico 54.552 -7149.4 -4.2769 1.1843E-18 6 91.27691968

Acido n-butanoico 93.815 -9942.2 -9.8019 9.3124E-18 6 43.30267547

Acido metanoico 50.323 -5378.2 -4.203 3.4697E-06 2 275.7674299

Fuente Perry Chemical Engineers Handbook (7ed)

Temperatura (K) 411 Presion (Kpa) 101.325

COMPOSICION fraccion molar fraccion molar

Componentes Destilado (D) Residuo (W)

Acido acetico 0.2469 0.0000

Acido propanoico 0.7333 0.0050

Acido butanoico 0.0198 0.6588

Acido metanoico 0 0.3361

1.0000 1.0000




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

PUNTO TEMPERATURA (K)

ROCIO 411.0

BURBUJA

404.5

3. 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 =407.75 K

∝𝐽 𝑍𝐽𝐹𝐹

∝𝐽− ∅= 𝐹(1 − 𝑞)

𝑥𝐽𝐷 ∝𝐽 𝐷

∝𝐽− ∅= 𝐷(𝑅𝑚𝑖𝑛 + 1)

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

∝𝐽 𝑍𝐽𝐹𝐹

∝𝐽− ∅= 0

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

La iteración produce un Ѳ=1.332773

Luego hallamos el reflujo mínimo el cual es Rmin =1.25309

4. 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

𝑁𝑚 =𝐿𝑜𝑔[(

𝑥𝐿𝐾𝑥𝐻𝐾

)𝐷(𝑥𝐻𝐾𝑥𝐿𝐾

)𝐵]

𝐿𝑜𝑔(∝𝐿𝐾 𝐴𝑉)

∝𝐿𝐾 𝐴𝑉= (𝐾𝐿𝐾

𝐾𝐻𝐾)𝐷(

𝐾𝐿𝐾

𝐾𝐻𝐾)𝐵

Con los datos obtenidos hallamos la volatilidad promedio del clave ligero

Componente clave K des (D) Frac molar (D) K res(B) Frac molar (B)

Acido propanoico LK 0.900833157 0.733333333 0.728839263 0.005042017

componente zi Pvap(Kpa) Ki α yi/α

Acido Acetico 0.24691358 180.321081 1.779630701 4.164201838 0.059294335

Acido propanoico 0.73333333 91.2769197 0.900833157 2.107881758 0.347900602

Acido n-butanoico 0.01975309 43.3026755 0.427364179 1 0.019753086

Acido metanoico 0 275.76743 2.721612928 6.36836932 0

1 0.426948024

Entonces K 0.42694802

Ki-K 0.00041616

componente zi Pvap(Kpa) Ki α αjxZjF/(αj-Ѳ) αjxXjD/(αj-Ѳ)

Acido Acetico 0.1 164.779521 1.626648775 4.277955056 0.145252652 0.358648525

Acido propanoico 0.3 82.182097 0.811274403 2.133586233 0.799282334 1.953801261

Acido n-butanoico 0.4 38.5182917 0.3802398 1 -1.2020206 -0.05935904

Acido metanoico 0.2 254.523371 2.512570298 6.607857195 0.250530871 0

1 SUMA -0.00695474 2.253090743

Ѳ= 1.332773




Acido n-butanoico HK 0.427364179 0.019753086 0.337336234 0.658823529

Entonces

∝𝐿𝐾 𝐴𝑉= (0.900

0.427)𝐷(

0.729

0.337)𝐵 = 2.1352

Luego el número de platos mínimos es :

𝑁𝑚 =𝐿𝑜𝑔[(

0.7330.019)𝐷(

0.6590.005

)𝐵]

𝐿𝑜𝑔(2.1352)= 11.25

Para calcular el número de platos reales utilizamos Ecuación de Gilliland

𝑁 − 𝑁𝑚

𝑁 + 1= 1 − 𝑒

1+54,4𝑋(𝑋−1)

11+117,2 𝑋

𝑋 =𝑅 − 𝑅𝑚𝑖𝑛

𝑅 + 1

Pero por dato R=2Rmin

𝑋 =2𝑅𝑚𝑖𝑛 − 𝑅𝑚𝑖𝑛

𝑅𝑚𝑖𝑛 + 1=

𝑅𝑚𝑖𝑛

𝑅𝑚𝑖𝑛 + 1=

(1.25309 )

( 1.25309) + 1= 0.

En la ecuación de Guilliland 𝑁 − 𝑁𝑚

𝑁 + 1= 0.118650

Finalmente obtenemos el valor de N= 12.899

5. 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

Componente clave X Frac molar (D) Z Frac molar (B)

Ácido propanoico LK 0.733333333 0.005042017

Ácido n-butanoico HK 0.019753086 0.658823529

Flujo de Destilado Kmol D 405

Flujo de Residuo Kmol B 595

0.206

20.659 0.733 595

. . 30.140.005 0.019 405

R

S

N

N

Además N= NR + NS = 31.14 NS = 12.899 NS =0.4142 NR =11.59

Finalmente el plato de alimentación es : número 13

6. Suponiendo que se trabaja con un flujo de 1000 Kmol/h alimentación, calcular cual es el

calor necesario para el re hervidor y cuál es el calor que se debe retirar en el condensador del

tope.




Usando HYSYS obtenemos los siguientes resultados




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.

4. Perry & Green, Manual del Ingeniero Químico, Seccion 13, McGraw Hill, 2000.

5. Towler & Sinnot, Chemical Engineering Design, Butterworth-Heinnemann Editions, 2008.

6. Moncada A., L, Diseño de Plantas Químicas, www.plantasquimicas.com/index, 2010.

CORRELACIÓN DE DEPRIESTER

http://www.plantasquimicas.com/index

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