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7/25/2019 DESTILACIN EN COLUMNA2.pdf

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DESTILACIN ENCOLUMNAING. ENRIQUE HERNANDEZ O .

FIQIA - UNPRG


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ING. ENRIQUE HERNANDEZ O. 2


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Se ha comprendido la destilacin instantnea es muy simple, pseparacin es limitada. Si observamos bien, vemos que se puede ouna mayor separacin agregando ms separadores de evapoinstantnea, en forma de cascada. EI procedimiento de conex

cascada se puede ampliar a un proceso que produzca un vapor pulquido puro. Primero podramos enviar las corrientes de vapor cmaras de destilacin instantnea, cada vez a mayores presionecorrientes liquidas a cmaras de destilacin instantnea con predecrecientes, como se muestra en la figura sgte. La corriente V1tendalta concentracin del componente ms voltil y la corriente L5 menor concentracin del componente ms voltil. Cada cmadestilacin instantnea de la figura se puede analizar con los mdescritos anteriormente.



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Una dificultad de la cascada es que las corrientes de prodintermedios, L1, L2, V4, y V5 tienen concentraciones intermenecesitan ms separacin. Naturalmente, cada una decorrientes podra alimentar a otra cascada de destila

instantneas, pero entonces los productos intermedios procedde esas cascadas se deberan mandar a ms cascadas todavasucesivamente. Una solucin mucho ms ingeniosa es uscorrientes de productos intermedios como alimentaadicionales dentro de la misma cascada.



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Veamos la corriente L2, Que ha sido generada por la parteevaporada de la corriente de alimentacin, y despuscondensando parte del vapor resultante. Como el materialen L2 Se ha evaporado una vez y condensado una vez,

probablemente tenga una concentracin cercana a la dela corriente original de alimentacin. As, es correcto usar L2como corriente adicional de alimentacin a la etapa 3. Sinembargo, p2> p3; primero se debe reducir su presin.



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La cascada de la fig. sgte. tiene una tasa de flujodecreciente de vapor, desde la etapa de alimentacinhasta la etapa superior, y una tasa de flujo de liquidodecreciente, de la etapa de alimentacin a la etapa delfondo. La operacin y el diseo se facilitarn si parte dela corriente de vapor V1 que sale por arriba se condensay regresa a la etapa 1, y una parte de la corriente liquidaque sale del fondo, L5, (fig. sgte.) se evapora y se regresaa la etapa 5, tal como se ve. Eso permite controlar lastasas de flujo internas de liquido y de vapor para obtenercualquier valor que se desee.



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La corriente D es el productodestilado, mientras que B es elproducto del fondo; se llamacolas, residuos, subproducto.La corriente L

0se llama reflujo,

mientras que V6 es vapor alfondo.



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EQUIPO DE DESTILAC

Normalmente, la columna es de metal y tiene corte trancircular. Contiene platos (o etapas) donde se efecta el conentre lquido y vapor. EI tipo ms sencillo de platos es el perfoque es una lmina metlica con agujeros perforados en ella

que pase por ellos el vapor. Figura . EI lquido llega desde el plaarriba por una bajante ( 1, 2 3 tubos bajante) y a continucruza el plato, donde se mezcla ntimamente con el vapor. EI que sube por los agujeros evita que el lquido gotee y el vemetlico funciona como una represa que mantiene unsuficiente de lquido sobre el plato.



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EI lquido que pasa sobre el vertedor es una mezcla espumoscontiene mucho vapor. Este vapor se separa en la bajantdonde el liquido claro pasa al plato de abajo. EI espacio soplato permite la separacin del liquido y el vapor, y necesita te

altura suficiente para evitar un arrastre excesivo (arrastre del lde una etapa a la siguiente). Las distancias entre los platos entre 2 y 48 pulgadas, y tiende a ser mayor mientras mayor dimetro de la columna.

11ING. ENRIQUE HERNANDEZ O.


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ESPECIFICACIO

En el diseo u operacin de una columna de destilacin seespecificar una gran cantidad de variables, tanto para problemdiseo como de simulacin. Normalmente se especifica la presla columna (que determina los datos de equilibrio), la compo

de la alimentacin, la tasa de flujo y la temperatura o la entalpla alimentacin, o bien la calidad de la alimentacin; ademtemperatura o entalpia del liquido del reflujo. La condicin normreflujo que se indica es que sea lquido saturado.

Normalmente, se indica la separacin que se quiere, por lo qdisea una columna que logre esa separacin.



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Para una destilacin binaria especificaremos, normalmenfraccin molar del componente ms voltil en el destilado y fproducidos.

Adems se suele especificar la relacin de reflujo externo, L0/

ltimo, especificaremos normalmente el uso del lugar ptimalimentacin (alimentacin con la mnimo nmero de etapaque debe hacer el diseador entonces es calcular los flujdestilado y de fondos, las necesidades de calentamieenfriamiento en el calentador y el condensador, la cantidaetapas necesarias, el lugar ptimo de la etapa de alimentacinltimo, el dimetro necesario en la columna.



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VARIABLES QUE SE DEBEN

ESPECIFIC 1. Presin de la columna.

2. Tasa de flujo de alimentacin.

3. Composicin de la alimentacin.

4. Temperatura, entalpa o calidad de la alimentacin. 5. Temperatura o entalpa del reflujo (en general lquido saturado).



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VARIABLES CALCULADAS PA

DESTILACIN BINA



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BALANCES EXTERNOS DE

COLUM Determinado el problema, se deben calcular las va

desconocidas. Con frecuencia, no es necesario resolver toproblema porque se necesitan respuestas restringidas. EI primees hacer balances de masa y energa en torno a toda la colu

Para problemas de diseo con destilacin binaria, esos balanpodrn resolver sin hacer clculos de etapa por etapa. La muestra el esquema de una columna de destilacin. Los cindican las variables especificadas para un problema caractede diseo. Toda la transferencia de calor se efecta condensador y en el calentador. Se supone que la presin

columna permanece constante.



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Columna de destila-cin binaria: Lasvariables circuladas sonlas que se especifican

normalmente en undiseo.



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ECUACIO

(1) Balance General

(2) Balance respecto al componente msvoltil

(4)

(4) b



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Para el balance de energa se usarn las cargas trmicas de enpositivas y negativas las de salida.

(5)

El calor QR ser + y QCser negativo.

Todas las entalpas necesarias en esta ecuacin pueden determinarun diagrama entalpa-composicin, o bien a partir de las capaccalorficas y los calores latentes de evaporacin:



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El balance de masa en el condensador y1=xD=x0 (6) y V1= L0+D (que considerar que L0/D es relacin de reflujo externo. Entonces :

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Balance de energa en el condensador: (9)

Ya que V1 es un vapor que sale de una etapa de equilibrio en la coes un vapor saturado. H1= H1(y1, vapor saturado, p) (10), y h0= hD.

(11)



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Por lo tanto, despejando (12 )

Pero tambin es el resultado de:

(13)

Aqu observamos que QC< 0, porque la entalpa de lquido es menordel vapor, por lo tanto es negativo.

Conociendo el vapor de QC se puede despejar QR con el balanenerga en la columna, ecuacin 5:

(14) y tambin (1



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(16) Aqu QRes positivo.

Ejemplo: Una columna de destilacin de platos que opera en contracorrien

estado estable va a separa etano y agua. F tiene 30% de etanol y 7agua en peso a 40C. El flujo de F es 10000 kg/h, opera a 1 kg/cm2. Eregresa como lquido saturado, la relacin de reflujo L/D = 3. Se desecomposicin de fondos de xB=0,05 (peso) y un xD= 0,80 (peso). Tie

condensador total y un vaporizador parcial. Encuentre D, B, QCy QR. En el balance de masa hay 2 incgnitas D y B, aplicamos la ec 4.

= 10000(0,3 0,05)/(0,8 0,05) = 3333,33 kg/h.

Sabemos que F = B + D B = F D = 10000 3333,33 = 6666,67 kg/h



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hDxD= 0,80 lquido saturado = 60 kcal/kg

hBxB= 0,05 lquido saturado = 90 kcal/kg

hF z = 0,30 a 40C = 30 kcal/kg.

H1

y1, tiene la misma cc de xDy es vapor saturado 330 kcal/kg. De la ec 13 Qc= (1+L0/D)(hD-H1) = (1+3) (3333,33)(60-330) = -3600000 kc

Clculo de QR= DhD+ BhB FhF QC=

= 3333,33(60)+6666,67(90) 10000(30) (- 3600000) = 4100000 kcal/h

Este es el calor que tiene que abastecer el reboiler, normalmente con

de agua.



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GRACIAS


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