rectificación continua esiqie

8/17/2019 Rectificación Continua ESIQIE

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Objetivos.

Conceptual

Entender el comportamiento de la columna de destilación al mantener elvalor de refujo.

Aplicar la metodología de trabajo para operar y optimizar la columna de

una mezcla binaria en recticación continua.

Procedimental

ealizar los diagramas de e!uilibrio binario de los sistemas" metanol#agua

y etanol#agua$ como solución ideal#gas ideal y solución no ideal#gas ideal.

el alumno deber% completar sus actividades con" mapas metales$ mapas

conceptuales$ ensayos$ e&posiciones$ etc.

Actitudinal

'esarrollar una actitud !ue impli!ue una disciplina pro(esional

'esarrollar )abilidades de investigación para ubicar en re(erencias las

di(erentes aplicaciones de la destilación.

Concretar su conocimiento al presentar algunas propuestas de innovación

para esta pr%ctica.

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*ntroducción

La destilación es un método para separar los componentes de una solución, el que depende de ladistribución de las sustancias entre las fases gaseosa y líquida y es aplicable a los casos dondetodos los componentes se hallan presentes en ambas fases. En lugar de introducir una nuevasustancia a la mecla, para lograr una segunda fase como se hace en la absorción o desorcióngaseosa, la nueva fase se crea en la solución original por evaporación o por condensación.

Las venta!as de tal método de separación son claras. En la destilación la nueva fase di"ere de la

original por su contenido calórico, pero él calor se adiciona o e#trae rápidamente sin di"cultad$aunque, por supuesto, deberá inevitablemente considerarse el costo para hacer esto. Lasoperaciones de absorción o desorción, que por otra parte dependen de la introducción de unasustancia e#tra%a, nos proporcionan una nueva solución, la que a su ve tiene que ser separadapor una de las operaciones de difusión, a menos que se utilice directamente la nueva solución.

&ero e#isten ciertas limitaciones para utiliar la destilación como proceso de separación. En laabsorción u operaciones análogas, donde con "nes de distribución conviene introducir unasustancia e#tra%a para obtener una nueva fase, elegiremos normalmente entre una granvariedad de solventes para obtener el mayor efecto posible de separación. &or e!emplo, como elagua no es e"ca para la absorción de gases hidrocarburados de una mecla gaseosa, en su

lugar se elegirá un aceite hidrocarburado que produce una alta solubilidad. &ero en la destilaciónno e#iste tal elección. El gas que puede crearse mediante la aplicación de calor, inevitablementeestá formado solamente por los componentes del líquido. &or lo tanto, como el gas esquímicamente muy parecido al líquido, el cambio en composición resultante de la distribución delos componentes entre las dos fases no es generalmente muy grande. 'ealmente, en algunoscasos el cambio en composición es tan peque%o, que el proceso se hace impráctico, pudiendoaun suceder que no halla cambio alguno de composición.

(in embargo, la separación directa que es posible generalmente mediante la destilación, la quepermite obtener productos puros que no requieren un procedimiento posterior, ha hecho de ladestilación una de las más importantes operaciones con transferencia de masa.

)&E'*+)-E( E E(/L*+)- +)-/-0*Los procesos de separación alcanan sus ob!etivos mediante la creación de dos o más onas quecoe#isten y que tienen diferencia de temperatura, presión, composición y fase. +ada especiemolecular de la mecla que se vaya a separar reaccionara de modo nico ante los diversosambientes presentes en esas onas. En consecuencia, conforme el sistema se desplaa hacia elequilibrio, cada especie establecerá una concentración diferente en cada ona y esto da comoresultado una separación entre las especies.

El proceso de destilación utilia fases de vapor y líquido, esencialmente a la misma temperaturay a la misma presión, para las onas coe#istentes. (e utilian varios tipos de dispositivos, como,por e!emplo, los empaques vaciados u ordenados y las bande!as o platos para que las dos fases

entren en contacto íntimo. Los platos se colocan uno sobre otro y se encierran con una cubiertacilíndrica para formar una columna. Los empaques también están contenidos dentro de unacubierta cilíndrica, entre los platos de apoyo y soporte. En la siguiente "gura aparece larepresentación esquemática de una columna característica de destilación del tipo de platos,

!unto con sus principales accesorios e#ternos.

El material de alimentación que se debe separar en fracciones, se introduce a uno o más puntosa lo largo de la coraa de la columna. ebido a la diferencia de gravedad entre la fase de vapor yla liquida, él liquido corre hacia deba!o de la columna, cayendo en cascada de plato a plato,

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mientras que el vapor asciende por la columna, para entrar en contacto con el líquido en cadauno de los platos.

El líquido que llega al fondo de la columna se vaporia parcialmente en un rehervidor calentadopara proporcionar vapor rehervido que haciende por la columna. El resto del liquido se retiracomo producto del fondo. El vapor que llega a la parte superior de la columna se enfría ycondensa como liquido en el condensador superior. &arte de este líquido regresa a la columnacomo re3u!o, para proporcionar un derrame líquido. El resto de la corriente superior se retira

como producto destilado o superior.Este patrón de 3u!o en el domo de la columna de destilación proporciona un contacto, a contracorriente de la corriente de vapor y líquido, en todos los platos de la columna. Las fases de vapory liquido en un plato dado se acercan a los equilibrios de temperatura, presión y composición,hasta un punto que depende la e"ciencia del plato de contacto.

Los componentes más ligeros 4de punto de ebullición más ba!o5 tienden a concentrarse en lafase de vapor, mientras que los más pesados 4de punto de ebullición más altos5 tienden a la faseliquida. El resultado es una fase de vapor que se hace más rica en componentes ligeros al irascendiendo por la columna, y una fase liquida que se va haciendo cada ve más rica en loscomponentes pesados conforme desciende en cascada. La separación general que se logra entre

el producto superior y del fondo depende primordialmente de las volatilidades relativas de loscomponentes, el nmero de platos de contacto y la relación de re3u!o de la fase liquida a la devapor.

(i la alimentación se introduce en un punto situado a lo largo de la coraa de la columna, lacolumna se dividirá en sección superior, que se denomina con frecuencia sección derecti"cación, y otra inferior, que suele recibir el nombre de sección de agotamiento estos terminose vuelven bastante inde"nidas en columnas en las cuales se retira una corriente lateral deproducto en algn punto a lo largo de la columna, además de las dos corrientes de productos delos e#tremos.

+oncepto de la etapa de equilibrio6 Los procesos de transferencia de energía y masa en una

columna real de destilación son demasiados complicados para poder modelarlos con facilidad enforma directa. Estas di"cultades se superan mediante el modelo de etapa de equilibrio. &orde"nición, la corriente de vapor y la de líquido que salen de equilibrio están en equilibriocompleto entre sí y se pueden utiliar relaciones termodinámicas para relacionar lasconcentraciones de las dos corrientes en equilibrio. (e dise%a una columna hipotética que secompone de etapas de equilibrio 4en lugar de verdaderos platos de contacto5, para realiar laseparación especi"cada para columna real. * continuación, el nmero de etapas de equilibrio sedebe convertir en un numero dado de platos reales, por medio de e"ciencias de plato quedescriben el punto hasta el cual el rendimiento de una bande!a real de contacto corresponde alrendimiento de una etapa de equilibrio.

El empleo del concepto de etapa de equilibrio separa el dise%o de una columna de destilación en

tres partes principales6

• Los datos y los métodos termodinámicos que se requieren para predecir las composiciones

del equilibrio de fases se tienen que determinar cuidadosamente.• (e debe calcular él nmero de etapas de equilibrio que se requieren para lograr una

separación especí"ca o la separación que se obtendrá con un nmero dado de etapas deequilibrio.

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• El nmero de etapas de equilibrio se debe convertir en un nmero equivalente de platos

reales de contacto, o determinar la altura del empaquetamiento y el diámetro de lacolumna

Platos con cachuchas

En estos platos el dispositivo de contacto es la cachucha o campana de burbujeo. El gas

asciende a través de las chimeneas de las campanas y se distribuye por las ranuras

burbujeando en el líquido. El líquido pasa de plato a plato a través de las bajantes o vertederos.

El diámetro de las campanas o cachuchas se seleccionan de acuerdo con el diámetro de la torre,siendo los tamaños más frecuentes los siguientes:

i el diámetro de la torre va de ! a " pies el diámetro de la campana es de #

pulgadas. i el diámetro de la torre va de " a !$ pies el diámetro de la campana es

de % pulgadas.

i el diámetro de las torres es mayor de !$ pies el diámetro de la campana es de & pulgadas.

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cargar el hervidorhasta tener 798

partes de su nivelcon la mecla inicial

suministrar calor decalentamiento al

hervidor

cuando el plato 1tenga :;


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C%lculos

+abla de datos e&perimentales

+emperatura

,-C

'ensidad,g/cm0

1peso 2mol 1ot.

Alimentación 22 ;.A: 7; ;.2 B;

'estilado 2: ;.CA2 AB.B ;.ACB 2;Plato n#3

,42: ;.CA: AB ;.AD8

Plato n ,5 2: ;.B;7 AD ;.A71;Plato n63

,72: ;.B28 BA ;.B1AB

esiduo 2: ;.ACD 12.2 ;.;C2; DCefujo 2: ;.CA2 AB.B ;.ACB 1:

3. Calculo de la conversión de 2peso a 2mol

atos6

&? agua 1B Fg9Fmol

&? metanol 72 Fg9Fmol fórmula Xn=

Xw

PM

Xw

PM +

Xw

PM

X n p8=

89

32

89

32+11

18

=0.8198

X nalimentacion=

30

32

3032+7018

=0.2

X nresiduo=

12.2

32

12.232

+ 87.818

=0.0720

pág. D


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X ndestilado=

98.8

32

98.8

32+1.2

18

=0.978 X n reflujo=

98.8

32

98.8

32+1.2

18

=0.978 X n p4=

98

32

98

32+

2

18

=0.964

X n p6=

96

32

96

32+

4

18

=0.931

8. Calculo del P9 de la mezcla

PM mezcl aalimentacion=(0.2∗32)+( (1−0.2)∗18)=20.7194 kg

kmol

PMmezcl aresiduo=(0.072∗32)+( (1−0.072 )∗18 )=19.0149 kg

kmol

PM mezcl adestilado=(0.978∗32)+ ( (1−0.978 )∗18)=31.7041 kg

kmol

PMmezcl areflujo=(0.978∗32)+ ( (1−0.978 )∗18 )=31.7041 kg

kmol

PM mezcl a p4=(0.964∗32 )+( (1−0.964 )∗18 )=31.5098 kg

kmol

PM mezcl a p6=(0.931∗32)+( (1−0.931 )∗18 )=31.0345 kg

kmol

PM mezcl a p8=(0.8198∗32)+( (1−0.8198 )∗18)=29.478 kg

kmol

0. Calculo de los fujos reales como mezcla.

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'atos obtenidos en ellaboratorio

)perativos4G5

Litros porminuto de

aguaAlimenta

ción

B; 1.712

'estilado 2; ;.2;2esiduo DC 1.;ABBefujo 1: ;.DC:

Constantes de losrot%metros

,Calibradoscon agua

destilada a8:-C

Litros9minuto al 1;;G

Alimentación 1.D8esiduo 1.D8

'estilado 1.;1efujo 8.:


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L/min alimentado=80∗1.64

100=1.32 L/min residuo=

67∗1.64

100=1.0988

L/min destilado=20∗1.01

100=0.202 L/min reflujo=

15∗4.5

100=0.675

4. Calculo de corrección del rot%metro por cambio de densidad

atos6• Hf densidad del 3otador B.;2 g9cm7 para acero ino#idable 71D.

• Ecuación6 4&ara corregir valores de rotámetro por cambio de densidad5.

litros/min de agua=litros /mindemezcla√7.02∗ ρ

ρ f − ρ

espe!ando6

demezcla=¿litros/min de agua

√7.02∗ ρ

ρf − ρ

litros /min¿

GV alimentacion=1.32

√ 7.02∗0.95

8.02−0.95

=1.3508 L

minmezcla

GV destilado=0.202

√ 7.02∗0.792

8.02−0.792

=0.2303 L

min mezcla

GV residuo= 1.0988

√ 7.02∗0.976

8.02−0.976

=1.1141 Lmin

mezcla

GV reflujo=0.675

√ 7.02∗0.792

8.02−0.792

=0.7696 L

min mezcla

;. Calculo de la conversión de


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G M residuo=

1.1141 L

minmezcla∗0.976

kg

L∗60

min

h

19.0149 kg

kmol

=3.43103kmol

h

G M reflujo=

0.7696 L

min mezcla∗0.792

kg

L∗60

min

h

31.7041 kg

kmol

=1.1535 kmol

h

5. Calculo de las entalpias para el c%lculo de la condición trmica.

?ormulas"

Hv=Cp ∗(tr a !f )∗ " f

Hl=Cp ∗(t#a!f )

Hf =Cp ∗(tf −t referenca )

e la mecla de alimentación.

(19.38∗0.2)+( (1−0.2 )∗18)=18.276 kcalkmol

Cp f =¿

(8415∗0.2 )+ ( (1−0.2)∗9718 )=9458.2 kcalkmol

" f =¿

+on la grá"ca de / vs 4#,y5 y las fracciones de alimentación se buscar la tr 4temperatura deroció5 y tb 4temperatura de burbu!a5

=nf ;.2 /' a =f A7.:


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B. Calculo de la condición trmica.

$= Hv− Hf

Hv− HL=

10710.1−0

10710.1−1019.8=1.1052 +omo qK1 tenemos un líquido sub@enfriado

7. Calculo de la línea de alimentación.

%= $

$−1 !+

!f

$−1 (ustituyendo6 %=1.1052

1.1052−1 !+

0.2

1.1052−1

%=10.5057 !+1.9011

m1;.:;:Cb1.A;11

m=tan ( & )

espe!ando6

& = tan−1 (m )

& =tan−1 (10.5057 )=84.5627 '

. Calculo del refujo e&terno

(= L

)=

1.1535kmol

h

0.3451kmol

h

=3.3425

3:. Calculo de la línea de enri!uecimiento

%= (

(+1 !+

X)

(+1 (ustituyendo6 %=

3.3425

3.3425+1 !+

0.978

3.3425+1

%=0.7697 !+0.2252

m;.CDAC

b@:.88;8

33. Calculo de la eciencia de la columna.

e la grá"ca se obtienen los platos teóricos -&/B

pág. 1;


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*c= +P, −1

+P( ∗100sustitu%endo : *c=

8−1

17∗100=41.1765

38.3 Calculo de la eciencia de los platos

atos obtenidos de grá"cos = vs >6

>nlD;.A1: >nlB;.B7; >nvD;.AC1 >nvB;.A2:

n PML6=0.965−0.931

0.965−0.915∗100=68 n PMV 6=

0.965−0.931

0.971−0.931∗100=85

n PML8=0.931−0.8198

0.931−0.830∗100=110.099 n PMV 8=

0.931−0.819

0.925−0.819∗100=105.66

+abla de resultados

pág. 11

?racción mol P9 mezcal,Fg/Fmol


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Apndices

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ig. 1 gra"ca de composición liquida =a J(composición vapor >a

ig. 2 gra"ca de equilibrio / vs

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