destilación multicomponentemaye

7/24/2019 Destilacin multicomponenteMaye

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UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERA

TRANSFERENCIA DE MASA II

DISEO OPERACIONAL DE UNA TORRE DE DESTILACIN PARALA SEPARACIN DE UNA MEZCLA DE GAS LICUADO DE

PETRLEO.

Velsquez Mariella, Malo Jorge Eduardo, Molina Johan Felipe, Surez R. ngela

Estudiantes Pregrado en Ingeniera u!i"a, #ni$ersidad de %ntioquia.

1. Algorito !" !i#"$o.

El dise&o opera"ional de la "olu!na de destila"i'n se realiz' "on (ase en el algorit!oplanteado en la Figura )).) Pro"edi!iento de "l"ulo de las etapas te'ri"as * rela"i'n dere+luo en una unidad de destila"i'n !ulti"o!ponente de -apias, et al. )/. %de!s +uene"esario re"urrir al so+t0are espe"ializado en Ingeniera u!i"a %SPE1 P2#S 3Versi'n 4.5 para la deter!ina"i'n de las propiedades de la !ez"la. El !odeloter!odin!i"o sele""ionado para deter!inar tales propiedades +ue Soa$e6Redli"h670ongpuesto que se trata de una !ez"la de hidro"ar(uros.

%. E#&"'i(i')'io*"# !" o&"r)'i+*.

2a "orriente de 82P a separar se ali!enta a la "olu!na de destila"i'n a raz'n de 9:).);

? * una presi'n de @:5.99 psia. 2as espe"ies presentesen la !ez"la son n6(utano, n6pentano, n6heAano, propano e iso(utano, siendo Bstos Clti!oslos "o!ponentes "la$e.

Figura ). Representa"i'n esque!ti"a de la torre de destila"i'n.


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El grado de separa"i'n deseado para los "o!puestos "la$e ligero DPropano * "la$e pesadoDIso(utano es de ;; en destilado * +ondo, respe"ti$a!ente. 2a "o!posi"i'n de la !ez"la,

as "o!o las "ondi"iones de opera"i'n se ilustran en la siguiente ta(la.

-a(la ). Espe"i+i"a"iones de la ali!enta"i'n.

Espe"ie ?o!posi"i'n Fluo D

?ondi"iones de opera"i'n-e!peratura DG? @:5.99Presi'n Dpsia 99.;

2.1. Estado termodinmico del alimento.

El estado ter!odin!i"o de la !ez"la se deter!in' !ediante el "l"ulo de los puntos deRo"o * ur(ua en %spen3 Plus 4.5 en un +lash adia(ti"o. 2a te!peratura de laali!enta"i'n se en"uentra en el inter$alo "o!prendido entre estos dos puntos, por tanto

"orresponde a una !ez"la lquido6$apor. Estas te!peraturas se !uestran en la siguienteta(la.

-a(la @. -e!peraturas de ro"o * (ur(ua del ali!ento.

-e!peratura de ro"o D>? ;9.H)-e!peratura de (ur(ua D>? 9@.:@

2.2. Volatilidad relativa de las especies.

2a $olatilidad relati$a de las espe"ies en la !ez"la se deter!in' !ediante la rela"i'n entreel "oe+i"iente de distri(u"i'n de "ada espe"ie * el "oe+i"iente del "o!puesto 7Diso(utano en la !ez"la. Estos "oe+i"ientes se o(tu$ieron de %spen3 Plus 4.5 a partir del!is!o +lash adia(ti"o realizado para deter!inar los puntos de Ro"o * ur(ua de la!ez"la.


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D) i ,HK=ki

kHK

-a(la 5. ?oe+i"ientes de distri(u"i'n * $olatilidades relati$as en el ali!ento.

Espe"ie


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$olatilidad relati$a es !enor que la del "o!puesto 7. Por tanto en el destilado s'loestaran presentes las dos espe"ies "la$e 27 * 7.

Ke a"uerdo a esta pri!era distri(u"i'n se "al"ul' la presi'n de la "olu!na siguiendo el

algorit!o planteado en la Figura )).@, MBtodos * %lgorit!os de Kise&o en Ingenierau!i"a. )/

3.2. Presin de operacin de la columna y tipo de condensador.

Se usar agua a H;o? "o!o +luido de ser$i"io para "ondensar la !ez"la en el tope de la"olu!na, puesto que esta te!peratura est dentro del rango 'pti!o para agua deen+ria!iento. @/2as presiones de ur(ua * Ro"o en el destilado P(* Pr, respe"ti$a!ente,se esti!aron dire"ta!ente a esta te!peratura usando %spen3 Plus4.5. 2a Presi'n deur(ua arro' un $alor superior a @): psia por lo "ual +ue ne"esario "al"ular la Presi'n deRo"o, este $alor +ue in+erior a 5: psia por lo "ual el tipo de "ondensador requerido en la"olu!na es par"ial. )/

Posterior!ente se esti!' la presi'n del destilado adi"ionando a la Presi'n de Ro"o un!argen de : psia de(ido a la "ada de presi'n en el "ondensador @/* la presi'n de la"orriente de +ondo !ediante las siguientes e"ua"iones.), @/

D@ Presindestilado=Pb+5psia

D5

Presinfondos=Pb+10psia

-a(la :. Kistri(u"i'n de Presiones en la "olu!na para la pri!era esti!a"i'n.

KestiladoP (ur(ua Dpsia @H.@GP ro"o Dpsia @H.G5

P destilado Dpsia @:).G5FondoP +ondo Dpsia @:.@

2a te!peratura de ur(ua de la "orriente de +ondo se deter!in' !ediante un +lashisotBr!i"o en %spen3 Plus4.5, arroando el siguiente $alor.


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Tburbujaen fondo=111.76 C

% estas "ondi"iones * "on la "o!posi"i'n de las "orrientes, se deter!in' la $olatilidad

relati$a de las espe"ies en tope * +ondo "on la e"ua"i'n D) usando %spen3 Plus4.5 en un+lash isotBr!i"o para o(tener los "oe+i"ientes de distri(u"i'n de las espe"ies en +ondoD+ra""i'n de $apor igual a ) * en destilado D+ra""i'n de $apor igual a G. 2os $alores seilustran a "ontinua"i'n.

-a(la . ?onstantes de distri(u"i'n * $olatilidades relati$as de las espe"ies para la pri!eraesti!a"i'n.

KestiladoEspe"ie ?o!posi"i'n Fluo D7!ol= < i Ni,7

Propano G.;;;; 554.G4)@ ) ).;@9;Iso(utano G.GGG) G.GH@:: G.:)9 )

FondoPropano G.GG 5.HGH4 ).;G@H ).:9@Iso(utano G.GG9@ H.@)5H ).);;5 )n6(utano G.9@4; H@:.:;: ).G) G.999;n6pentano G.)@H@ 5.95;@ G.45H G.:):n6heAano G.G55) )4.G@59 G.5H); G.@9:)

2a e"ua"i'n de Fens


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apli"ando la e"ua"i'n D: a los "o!puestos "la$e puesto que los +luos en destilado * +ondoson "ono"idos de a"uerdo al grado de separa"i'n deseado DVer -a(la

D: log

(D i

Bi )=#log ( i , j )+B

KondeO

KiO Fluo del "o!ponente i en el destilado D

las siguientes rela"iones.

D9 B i=Fi

10[ # log (ij )+B]+1

D; Di=FiBi

-a(la 4. Kistri(u"i'n de las espe"ies usando la e"ua"i'n de engste(e"


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n6(utano G.9@44 H@:.@H: ).G@ G.999;n6pentano G.)@H5 5.95;@ G.45H G.:)Hn6heAano G.G55) )4.G@59 G.5H); G.@9:G

3.!. Presin de la columna para la seunda estimacin.

Siguiendo un pro"edi!iento anlogo al des"rito para la pri!era esti!a"i'n * (ao las!is!as "onsidera"iones se o(tu$o la distri(u"i'n de presiones en la "olu!na de a"uerdo alos "l"ulos realizados !ediante engste(e"


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KondeOA27, K O ?o!posi"i'n del "la$e ligero en el destilado.

A7,K O ?o!posi"i'n del "la$e pesado en el destilado.A27, O ?o!posi"i'n del "la$e li$iano en los +ondos.A7, O ?o!posi"i'n del "la$e pesado en los +ondos ., T O Par!etros de la e"ua"i'n de inn.

2os par!etros * T se o(tu$ieron !ediante las siguientes e"ua"ionesO

D)) KLK , D=' ijKHK ,D& ij

D)@ KLK , B='ijKHK , B& ij

% partir de D)) * D)@ es posi(le deter!inar los par!etros de a"uerdo a las siguientesrela"iones.

D)5 &ij=

log(KLK ,DKLK ,B )log(KHK ,DKHK ,B)

=0.766

D)H' ij=

KLK , D

KHK , D&ij=1.6547

?on los par!etros de la e"ua"i'n de inn * las "o!posi"iones de las espe"ies "la$e 27 *7 se "al"ul' el nC!ero !ni!o de etapas de a"uerdo a la e"ua"i'n D)G.

$in=16.30

!.1. Distribucin de las especies de acuerdo a la ecuacin de "inn.

?on (ase en este nC!ero de etapas se re"al"ul' la distri(u"i'n de las espe"ies no "la$e"on+or!e a la siguiente rela"i'n.


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D):

B i=Fi

1+

[

'$in

(BHK

DHK

)

&

(B

D

)

1&

]KondeOFiOFluo de i en la ali!enta"i'n D

-a(la ;. Kistri(u"i'n de las espe"ies de a"uerdo a la E". inn.

Espe"ie Par!etros Kestilado Fondoi Ti Fluo

D

D

Propano G.4 ).::@ 554.G4)@ G.;;;) 5.HGH4 G.GGIso(utano ) ) G.GH@:: G.GGG)@ H.@)5H G.GG9@n6(utano ).)@ G.999 G.@:; G.GGG4 H@:.559) G.9@49n6pentano ).GH G.:G5G G G 5.95;@ G.)@H@n6heAano ).4G4 G.@:G G G )4.G@59 G.G55)

!.2. #omparacin de las distribuciones.

Se realiz' una "o!para"i'n entre los +luos de las espe"ies no "la$e "al"uladas !ediante lase"ua"iones de engste(e"


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Puesto que las espe"ies K * E s'lo salen por la "orriente de +ondos * la espe"ie ? sedistri(u*e tanto en +ondo "o!o en destilado, la separa"i'n es de "lase @.

3. R"l)'i+* !" r"(l-4o *io.

2a rela"i'n de re+luo !ni!o es una de las "ondi"iones l!ite de opera"i'n de la "olu!nade destila"i'n, para la "ual el nC!ero de etapas es in+inito. Esta rela"i'n se "al"ul' por!edio de las e"ua"iones de #nder0ood puesto que la separa"i'n es de "lase @.

D) 1(=i ,H K % i , F

i ,H K

D)4 (1+) )=i ,HK% i ,Di ,HK

El $alor q es la +ra""i'n de lquido en el ali!ento * se de+ine de a"uerdo a la rela"i'n entrelas entalpas de lquido * $apor de a"uerdo a la siguiente e"ua"i'n.

D)9 (=H* , FHFH* , FHL

=[97882290(105993745 )]K+/[978882290(111638793)]K+/

=0.5853

Konde

V,FO Entalpa del $apor en la ali!enta"i'n D


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)-nio=1.9116

5. Et)&)# r")l"# ) r"(l-4o !" o&"r)'i+*.$.1. %e&lu'o de operacin.

Ke a"uerdo a enle* @/, "uando se tiene un nC!ero inter!edio de etapas te'ri"as larela"i'n de re+luo 'pti!o est dada por ).5 $e"es las rela"i'n de re+luo !ni!o, se"onsider' que el nC!ero de etapas o(tenido D1pQ).5 es un $alor inter!edio *a que no setiene una "olu!na sCper +ra""ionadora.

D);)

)-n=1.30

Por tanto la rela"i'n de re+luo real es )=2.458 .

$.2. Etapas reales.

El nC!ero de etapas reales se deter!in' por !edio de las "orrela"iones de 8illiland *a quese "u!plen todas las restri""iones listadas a "ontinua"i'n. 5/

El nC!ero de "o!ponentes de(e estar "o!prendido entre @ * )). 2a +ra""i'n de lquido en el ali!ento de(e estar en un inter$alo de G.@9 a ).H@. 2a presi'n de $a"o de(e ser !enor a GGpsi. 2as $olatilidades relati$as de(en estar entre ).) * H.G:.

El re+luo !ni!o de(e estar en un rango entre G.:5 * ;.G;. El nC!ero !ni!o de etapas te'ri"as de(e estar entre 5.H * G.

2as "orrela"iones se ilustran a "ontinua"i'n * los $alores se "al"ularon usando [email protected]:9 *1pQ).5.

D@G .=))

)+1 =0.1645

D@)

$p$p , in

$p+1=1exp

[( 1+54.4.

11+117.2.

)(.1

.0.5

)]=/=0.4918

D@@ $P=(/$p+1 )+$p , -n=33.04

Puesto que el nC!ero de etapas reales se de(e aproAi!ar por en"i!a al $alor "al"ulado paraasegurar el grado de separa"i'n deseada, el nC!ero de etapas reales de(e ser 5H.


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6. Lo')li7)'i+* !" l) "t)&) +&ti) !" )li"*t)'i+*.

Para deter!inar la etapa 'pti!a en "ual de(e ingresar el ali!ento a la "olu!na es ne"esarioesta(le"er el nC!ero de etapas en las zonas de re"ti+i"a"i'n * despoa!iento, para lo "ual se

us' la rela"i'n e!pri"a de 7ir

D@H $P=$)+$#=33.04

Ke las e"ua"iones D@5 * D@H se o(tu$o el nC!ero de etapas para a!(as zonas.

$#=10.12111! $)=22.9123

Puesto que se deter!in' que el "ondensador ne"esario para en+riar la !ez"la en el tope dela "olu!na de(e ser par"ial * el reher$idor ta!(iBn lo es, el nC!ero total de etapas para"ada una de las zonas se ilustra en la siguiente ta(la.

-a(la )). Etapas reales de la "olu!na.

Etapas?ondensador )

ona de re"ti+i"a"i'n. @@ona de agota!iento. )GReher$idor. )-otal 5H


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El nC!ero de platos o(tenido D5@ platos "orro(ora la rela"i'n entre 1p real * 1p !ni!oque de(e ser aproAi!ada!ente @ "uando se usa una rela"i'n de re+luo de ).5 $e"es elre+luo !ni!o. @/

8. R"9-"rii"*to# "*"rg:ti'o#..1. %euerimientos para el #ondensador.

2a "antidad de agua de en+ria!iento ne"esaria para "u!plir los requeri!ientos energBti"osse "al"ul' !ediante (alan"es de !asa * teniendo en "uenta que el agua de ser$i"io de(eestar a H;o? * que el "alor ganado por Bsta @de(e ser igual al "edido por la !ez"la ).

2os (alan"es de !asa para "al"ular la "antidad de $apor en el tope de la "olu!na se!uestran a "ontinua"i'n.

*=L+D

)D=

L

D

El +luo en el destilado es un $alor "ono"ido as "o!o la rela"i'n de re+luo por tantoO

L=838.3662kol

! *=1175.7369

kol

2os (alan"es de energa estn dados porO

21=*3

22=H24Cp, H245T

K'ndeO)O ?alor "edido por la !ez"la de $apor en el "a!(io de +ase D7J=h.@O ?alor ganado por el agua D


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D@: H24=*3*

CP , H245T=446.606

K6

.2. %euerimientos para el %e*ervidor.

2os requeri!ientos para el reher$idor se deter!inaron de +or!a anloga a los del"ondensador. Se realizaron (alan"es de !asa en el +ondo de la "olu!na para deter!inar el+luo de la "orriente de $apor en el +ondo, teniendo en "uenta que el ali!ento es una !ez"lalquido6$apor * el +luo de lquido en la zona de agota!iento es el lquido que sale del"ondensador !s la +ra""i'n de lquido que entra en el ali!ento, estos (alan"es se !uestrana "ontinua"i'n.

*=

L

B

L=L+(F

Se tiene enton"es que *=822.88kol

2os (alan"es de energa se realizaron para deter!inar la !asa de $apor saturado de aguarequerida para la $aporiza"i'n de la !ez"la, a partir de la iguala"i'n de los "alores "edidos* ganados.

23=

*3

24= (*), H243(7 )H24

K'nde,5O ?alor ganado por la !ez"la D7J=h.HO ?alor "edido por el $apor de agua D7J=h.

* O Masa de $apor en el +ondo de la torre.

X!O ?alor de $aporiza"i'n de la !ez"la en el +ondo. D-o!ado de %spen Plus3.XD$@LO ?alor de $aporiza"i'n del agua. D-o!ado de las ta(las de $apor de agua a @G psig.

2a !asa de $apor saturado se deter!ina de a"uerdo a la rela"i'nO


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D@ (*) , H24=*3

3( 7 ) , H24=5518.7

K6

-a(la )@. Requeri!ientos energBti"os.

?ondensador?alor de $aporiza"i'n de !ez"la X! D7J=7!ol )@ 4G).;Masa de agua de en+ria!iento D7g HH G.;

Reher$idor?alor de $aporiza"i'n de !ez"la X! D7J=7!ol )H :.:9?alor de $aporiza"i'n del agua XD$@L D7J=7g @ )9:.H)HMasa de $apor saturado D7g : :)9.4

;. R"#-"* !" r"#-lt)!o#.

El algorit!o des"rito en la Figura )). ) de -apias, et al, per!iti' realizar el dise&oopera"ional de una "olu!na de destila"i'n para separar una !ez"la lquido $apor de gasli"uado de petr'leo 82P, "u*os "o!ponentes "la$e son Propano e Iso(utano. 2osprin"ipales resultados se ilustran en la siguiente ta(la.

-a(la )5. Resultados del dise&o opera"ional de la "olu!na.

-ipo de "ondensador. Par"ialRela"i'n de re+luo !ni!o. ).;)Rela"i'n de re+luo real. @.H91C!ero de platos reales. 5@1C!ero de etapas reales. 5H?antidad de agua de en+ria!iento D7g=h. HH G4?antidad de $apor saturado D7g=h. : :);

1


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@/ enle*, E.J. Seader, J.K. Lpera"iones de separa"i'n por etapas de equili(rio enIngeniera u!i"a. Re$ertB, );;9.

5/ MBtodos aproAi!ados para el "l"ulo de opera"iones de separa"i'n de !ez"las!ulti"o!ponente. #ni$ersidad de %li"ante, Keparta!ento de Ingeniera u!i"a. Material(i(liogr+i"o para el "urso de -rans+eren"ia de Masa II, #ni$ersidad de %ntioquia. %r"hi$oen Krop(oA.

httpsO==000.drop(oA."o!=ho!e=-R%1SFERE1?I%@GKE@GM%S%@GII=In+or!a"i?55n@GPro+.@Ge(erto
https://www.dropbox.com/home/TRANSFERENCIA%20DE%20MASA%20II/Informaci%C3%B3n%20Prof.%20Hebertohttps://www.dropbox.com/home/TRANSFERENCIA%20DE%20MASA%20II/Informaci%C3%B3n%20Prof.%20Hebertohttps://www.dropbox.com/home/TRANSFERENCIA%20DE%20MASA%20II/Informaci%C3%B3n%20Prof.%20Hebertohttps://www.dropbox.com/home/TRANSFERENCIA%20DE%20MASA%20II/Informaci%C3%B3n%20Prof.%20Heberto

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