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 MOLECULAR

CONC. AL INICIO

CONC. EN LA CABEZA

CONC. EN EL 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.

LINEA DE EQUILIBRIO

0 0

0.2 0.4

0.4 0.62

0.6 0.78

0.8 0.9

1 1

LINEA DE X=Y

0 0

0.0235 0.0235

0.4401 0.4401

0.97 0.97

1 1

LINEA RD

0 0.2165

0.97 0.97RD=3.5XD/(RD+1)= 0.2165

si la alimentación es un liquido a su temperatura de ebullición

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIO

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA X=Y

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA X=YLINEA AUXILIAR XD

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA RDLINEA X=YLINEA AUXILIAR XD

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

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. Friob; liq. Saturadoc; alimentación parcialmente Vp.d; alimentación Vp. saturadoe; alimentación Vp. sobrecalentado

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA RDLINEA X=YLINEA ALIMENTACIONLINEA AUXILIAR XD

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA RDLINEA X=YLINEA ALIMENTACIONLINEA DE AGOTAMIENTOLINEA AUXILIAR XD

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA RDLINEA X=YLINEA ALIMENTACIONLINEA DE AGOTAMIENTOLINEA AUXILIAR XD

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

*NUMERO DEPLATOS IDEA-LES=11*PLATO DE ALIMENTACION = 7

*NUMERO DEPLATOS IDEALES=11*PLATO DE ALI-MENTACION = 7

si la alimentación es un liquido a 20 °C (calor especifico = 0,44)

TB=95 TF= 20

Cp=0.792 l= 161.454545

q= 1.3679

ECUACION DE LA RECTA

PENDIENTE= 3.72

LINEA ALIMENTACION

0.4402 0

0.4402 0.4410

0.56 0.8867

*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

LINEA DE AGOTAMIENTO0.0235 0.0235

0.48 0.59

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA DE EQUILIBRIOLINEA RDLINEA X=YLINEA AUXILIAR XD

X BENCENO EN EL LIQUIDO

Y

BEN

CEN

O E

N E

L G

AS

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA RDLINEA X=YLINEA AUXILIAR XDLINEA ALIMENTACIONLINEA DE EQUILIBRIO

Axis Title

Axis Title

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA RDLINEA X=YLINEA AUXILIAR XDLINEA ALIMENTACIONLINEA DE AGOTAMIENTOLINEA DE EQUILIBRIO

Axis Title

Axis Title

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA RDLINEA X=YLINEA AUXILIAR XDLINEA ALIMENTACIONLINEA DE AGOTAMIENTOLINEA DE EQUILIBRIO

Axis Title

Axis Title

*NUMERO DE PLATOS IDEALES= 10*PLATO DE ALI-MENTACION= 5

*Cuando la alimentación es en parte líquida y en parte vapor, q es la fracción de alimentación que es líquida.

si la alimentación es una mezcla de dos tercios de vapor y un tercio de líquido

q=0.3333

PENDIENTE= -0.5

LINEA ALIMENTACION 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

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA RDLINEA X=YLINEA AUXILIAR XDSeries7

Axis Title

Axis Title

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA RDLINEA X=YLINEA ALIMENTACIONLINEA AUXILIAR XDSeries9

Axis Title

Axis Title

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Series1LINEA RDLINEA X=YLINEA ALIMENTACIONLINEA DE AGOTAMIENTOLINEA AUXILIAR XD

Axis Title

Axis Title

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

LINEA RDLINEA X=YLINEA ALIMENTACIONLINEA DE AGOTAMIENTOLINEA AUXILIAR XDSeries11

Axis Title

Axis Title

*NUMERO DE PLA-TOS IDEALES=11*PLATO DE ALI-MENTACION= 7

(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?

V = 690 - 350(1 - q)

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.

,i V= 690.12 mS= 10181.14

,iii V= 456.79 mS= 6738.84

141230/(60 x 8,33) = 283 gal/min.

(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?