Transcript DESTILACION - FCQ

DESTILACION
COLUMNA DE
FRACCIONAMIENTO
CONTINUO
PROBLEMA

Una columna de fraccionamiento continuo ha de
diseñarse para separar 30 000 lb/h de una mezcla del
40 por 100 de benceno y 60 por 100 de tolueno en un
producto de cabeza que contiene 97 por 100 de
benceno y un producto de cola del 98 por 100 de
tolueno (porcentajes expresados en peso). Se utilizará
una relación de reflujo de 3,5 moles por mol de
producto. Los calores latentes molares del benceno y
del tolueno son 7360 y 7960 cal/mol-g,
respectivamente. El benceno y el tolueno forman un
sistema ideal con una volatilidad relativa del orden de
2,5;. La alimentación tiene una temperatura de
ebullición de 95 °C a la presión de 1 atm.
(A) CALCÚLENSE LOS FLUJOS MOLARES DE LOS
PRODUCTOS DE CABEZA Y COLA POR HORA.
SUSTANCIA
PESO
CONC. AL CONC. EN LA CONC. EN EL
MOLECULAR
INICIO
CABEZA
FONDO
CALOR
LATENTE
BENCENO
78
40
97
2
7360
TOLUENO
92
60
3
98
7960
MEZCLA
PM MEDIO
CALOR MEDIO VAP.
30000 lb/h
85.837
7696 cal/gmol
COLUMNA
FRACCION MOL DE BENCENO
FLUJO (lbmol/h)
ALIMENTACION
0.4401
350
CABEZA
0.9744
153.36
FONDO
0.0275
196.6
(B) DETERMÍNESE EL NÚMERO DE PLATOS
IDEALES Y LAS POSICIONES DEL PLATO DE
ALIMENTACIÓN:

si la alimentación es un liquido a su temperatura de
ebullición

si la alimentación es un liquido a 20 °C (calor especifico =
0,44)

si la alimentación es una mezcla de dos tercios de vapor y
un tercio de líquido.
si la alimentación es un liquido a su temperatura de
ebullición
LINEA DE EQUILIBRIO
0
0
0.2
0.4
0.4
0.62
0.6
0.78
0.8
0.9
1
1
LINEA RD
LINEA DE X=Y
0
0
0.0235
0.0235
0.4401
0.4401
0.97
0.97
1
1
RD=3.5
XD/(RD+1)=
0.2165
0
0.2165
0.97
0.97
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
0.5
LINEA DE EQUILIBRIO
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
0.5
LINEA DE EQUILIBRIO
LINEA X=Y
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
0.5
LINEA DE EQUILIBRIO
LINEA X=Y
LINEA AUXILIAR XD
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
LINEA DE EQUILIBRIO
0.5
LINEA RD
LINEA X=Y
LINEA AUXILIAR XD
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
 q : definido como los moles de líquido que fluyen en la sección
de agotamiento como consecuencia de la introducción de cada
mol de alimentación. Por tanto:
 Cuando la alimentación esta a la temperatura de ebullición
q=1
LINEA ALIMENTACION
0.4402
0
0.4402
0.9
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.0235
0.0235
0.4402
0.56
a; liq. Frio
b; liq. Saturado
c; alimentación parcialmente
Vp.
d; alimentación Vp. saturado
e; alimentación Vp.
sobrecalentado
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
LINEA DE EQUILIBRIO
0.5
LINEA RD
LINEA X=Y
LINEA ALIMENTACION
0.4
LINEA AUXILIAR XD
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
LINEA DE EQUILIBRIO
LINEA RD
0.5
LINEA X=Y
LINEA ALIMENTACION
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.4
LINEA AUXILIAR XD
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
LINEA DE EQUILIBRIO
LINEA RD
0.5
LINEA X=Y
LINEA ALIMENTACION
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.4
LINEA AUXILIAR XD
0.3
*NUMERO DE
PLATOS
IDEALES=11
*PLATO DE
ALIMENTACIO =
ALIMENTACION
7
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
si la alimentación es un liquido a 20 °C (calor especifico = 0,44)
TB=95
Cp=0.792
TF= 20
l=
161.454545
q=
ECUACION DE LA
RECTA
PENDIENTE=
3.72
*Para el punto final de la recta hay que
tomar valores de X > Xf . Ya que la
pendiente de la recta es mayor a 1
1.3679
LINEA ALIMENTACION
0.4402
0
0.4402
0.4410
0.56
0.8867
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.0235
0.0235
0.48
0.59
1
0.9
0.8
Y BENCENO EN EL GAS
0.7
0.6
LINEA DE EQUILIBRIO
0.5
LINEA RD
LINEA X=Y
LINEA AUXILIAR XD
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
X BENCENO EN EL LIQUIDO
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
LINEA RD
LINEA X=Y
0.5
LINEA AUXILIAR XD
LINEA ALIMENTACION
0.4
LINEA DE EQUILIBRIO
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
LINEA RD
LINEA X=Y
0.5
LINEA AUXILIAR XD
LINEA ALIMENTACION
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.4
LINEA DE EQUILIBRIO
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
LINEA RD
LINEA X=Y
0.5
LINEA AUXILIAR XD
LINEA ALIMENTACION
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.4
LINEA DE EQUILIBRIO
0.3
*NUMERO DE
PLATOS
IDEALES= 10
*PLATO DE
ALIMENTACION=
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1
si la alimentación es una mezcla de dos tercios de vapor y un
tercio de líquido
*Cuando la alimentación es en parte líquida y en parte vapor, q es la
fracción de alimentación que es líquida.
q=0.3333
PENDIENTE=
LINEA ALIMENTACION
-0.5
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.4402
0
0.0235
0.0235
0.4402
0.4399
0.345
0.482
0.12
0.60
*Para el punto final
de la recta hay que
tomar valores de X <
Xf . Ya que la
pendiente de la recta
es menor a 1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
LINEA RD
0.5
LINEA X=Y
LINEA AUXILIAR XD
Series1
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
LINEA RD
LINEA X=Y
0.5
LINEA ALIMENTACION
LINEA AUXILIAR XD
0.4
Series1
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
Series1
LINEA RD
0.5
LINEA X=Y
LINEA ALIMENTACION
LINEA DE AGOTAMIENTO
0.4
LINEA AUXILIAR XD
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
0.9
0.8
0.7
Axis Title
0.6
LINEA RD
LINEA X=Y
0.5
LINEA ALIMENTACION
LINEA DE AGOTAMIENTO
LINEA AUXILIAR XD
0.4
Series1
0.3
*NUMERO DE
PLATOS
IDEALES=11
*PLATO DE
ALIMENTACION= 7
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Axis Title
0.6
0.7
0.8
0.9
1

(c) Si para calefacción se utiliza vapor de agua a la
presión manométrica de 20 lbf/pulg2, ¿qué cantidad de
vapor se requiere por hora para cada uno de los tres
casos anteriores, despreciando las pérdidas de calor y
suponiendo que el reflujo es un líquido saturado?
Vapor que se condensa en la sección de rectificación:
4,5 x 153,4 = 690 mol/h.
I = 7960 cal/mol-g x 1,8 = 14 328 Btu/lb-mol.
ls= 939 Btu.
V = 690 - 350(1 - q)
,i V= 690.12
m S=
10181.14
,iii V= 456.79
mS=
6738.84
(d) Si el agua de refrigeración entra en el condensador a
80 °F (26,7 °C) y sale a 150 °F (65,5 °C), ¿qué cantidad de
agua será necesaria, en galones por minuto?
141230/(60 x 8,33) = 283
gal/min.