DESTILACION MULTICOMPONENTE

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL ÁREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA QUÍMICA

CURSO : TRANSFERENCIA DE MASA IIPI - 147 - A

TEMA :

DISEÑO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

INTEGRANTES :

TORRES ALTAMIRANO, JUAN ANTONIO. 20071254J

BARZOLA SALVADOR , LUIS BERNARDO. 20084116J

DE LA CRUZ ARANDA , YULIZA . 20072640K

PROFESOR : ING. CELSO MONTALVO

FECHA : 09/09/2011

2011-II



UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFacultad de ingeniería Química y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II

DESTILACIÓN MULTICOMPONTE 2

LABORATORIO N 0 01

DISEÑO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE

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

siguientes compuestos

Componente Fracción MolarÁcido Acetico 0.1

Ácido Propanoico 0.3Ácido Butanoico 0.4Ácido 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 .

CALCULAR1. Determinar las composiciones de cada componente en el destilado y fondo2. Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Rocío en el destilado3. Determinar la relación de reflujo mínimo4. Calcular el número de platos mínimos y el número de platos reales para trabajar con un R= 2Rmin5. Calcular o estimar el plato de alimentación6. 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 funde la Presión de Vapor), y presentar una comparación de la misma aplicación usando Hysys (usaUNIQUAC). La comparación consistirá en la presentación del Diagrama de Flujo donde se mueen forma tabular las temperaturas, presión, flujos molares y composiciones para cada corriente resultado general de los datos solicitados.





SOLUCIÓN

Para las operaciones involucradas en el diseño operacional se va a usar el métodoFenske-Underwood-Gilliland (FUG) Este método aunque sólo es aproximado, se utiliza mucho epráctica con fines tales como el diseño preliminar, estudios paramétricos para establecer condiciones óptimas de diseño, así como para estudios de secuencias óptimas de separaciónla 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

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 405 595





ESQUEMA

F =1000Kmol/h

Los claves ligeros y pesados para esta operación son :

Hallamos las fracciones molares para el destilado y residuo:

Ácido Acetico =100 Kmol/h

cido Propanoico = 300 Kmol/hÁcido Butanoico = 400 Kmol/h

Ácido Metanoico = 200 Kmol/h DESTILADO

Ácido Acetico = 297 Kmol/h

cido Propanoico = 8 Kmol/h

Ácido Metanoico=100Kmol/h

FONDOÁcido Acetico = 3 Kmol/

cido Propanoico = 392 Kmo

Ácido Butanoico = 200 Kmo

COMPOSICION fraccion molar fraccion molar

Componentes Destilado (D) Residuo (W)

Acido acetico 0.2469 0.0000

Acido propanoico 0.7333 0.0050Acido butanoico 0.0198 0.6588

Acido metanoico 0 0.3361

1.0000 1.0000

Clave Ligero(LK) Acido propanoico

Clave Pesado(HK) Acido butanoico





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 0.010893641Acido 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





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

∑

∑

Aplicamos el procedimiento iterativo para hallar el valor de y además como se alimenta en el pun

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

La iteración produce un Ѳ=1.332773

Luego hallamos el reflujo mínimo el cual es Rmin =1.25309

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





4. Calcular el número de platos mínimos y el número de platos reales para trabajar con un R= 2Rm

Para calcular el mínimo numero de platos utilizamos Ecuación de Fenske

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 0.005042017Acido n-butanoico HK 0.427364179 0.019753086 0.337336234 0.658823529

Entonces

Luego el número de platos mínimos es :

Para calcular el número de platos reales utilizamos Ecuación de Guilliland √

Pero por dato R=2Rmin

En la ecuación de Guilliland

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

0.2062

0.659 0.733 595. . 30.14

0.005 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 calornecesario para el reervidor 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; PrenHall Hispanoamericana S.A.; 1 984.

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