DESTILACION BINARIA (Metodos graficos McCabe-Thiele y Ponchon-Savarit)

TAREA DE TRANSFERENCIA DE MASA I

RAUL MOGOLLON JOSE MONSALVE RANDY PEDROZA

MIGUEL ANGEL MUESES

UNIVERSIDAD DE CATRAGENA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA VII SEMESTRE

Enero de 2012

SEPARAR UNA MEZCLA BINARIA POR LOS MTODOS GRAFICOS DE MC CABE-THIELE Y PONCHON-SAVARIT

Se alimenta una mezcla de benceno tolueno a una torre de destilacin a 600 kmol/h como liquido saturado a 1 atmosfera de presin. El alimento entra con una compocision de 50% de benceno, por el flujo de destilado se pretende obtener 90% de benceno y en el flujo del residuo un 5% de benceno. La relacin de reflujo es de 1.2

Alimento =

Se procede a aplicar los mtodos de separacin mc cabe thiele y ponchon-savarit.

Metodo de Mc Cabe Thiele

y y

Se plantearon las condiciones de diseo Ahora se procede a buscar los datos de equilibrio de la mezcla para la posterior construccin de la grfica de equilibrio, en este caso los datos fueron encontrados en la literatura y se organizan de la siguiente manera:

X y

0.0 0.0

0.131 0.260 0.422 0.590 0.782 0.892 1.0 0.264 0.457 0.640 0.782 0.903 0.955 1.0

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 Xgraficas de curvas de equilibrio

Y

0.6

0.8

1

Se calcula los valores de D y B por medio de los balances de materia

Balance general

Balance por componente: Benceno:

Tolueno:

se procede a calcular la ecuacin de la recta de rectificacin por medios de las balances en esta zona;

Para el benceno se tiene;

Sabiendo que: R=L/D =1,2 V= L+D = D(R+1)

Por lo que el intercepto en y=x ;

Luego;

Para zona de agotamiento la line de operacin seria:

Se tiene que:

Sumando:

Sabemos tambin el intercepto y=x queda:

Para la zona de alimentacin:

Reemplazando en 1:

En donde

, entonces

El alimento entra como liquido saturado, quiere decir que q=1; entonces la pendiente de la lnea de alimentacin es infinita. Conociendo el valor de q, se traza la lnea de alimentacin; permitiendo as la localizacin de la lnea de agotamiento ya que el punto de intercepcin de la dos lneas de operacin no establece necesariamente la separacin de las zona de agotamiento y rectificacin; mas bien la introduccin de la mezcla de alimentacin es la que define el cambio de una lnea de operacin a otra. Se trazaron las lneas de operacin y ahora procedemos con las trazas de las etapas tericas. Que en total fueron 12 platos tericos y el plato de alimentacin es el quinto.

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 X 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Y

Ponchon-Savarit

En el mtodo de ponchon y savarit es necesario los los diagramas H-X que representan los datos de entalpia de las mezclas binarias, por lo tanto, es necesario disponer de los valores de entalpia para cada mezcla ya sea por medio de fuentes de informacin donde se encuentren los datos especficos de entalpias, o a travs de balances.

X 0 0.116 0.228 0.336 0.440 0.541 0.639 0.723 0.825 0.914 1.00

h ( Kcal/Kmol) 4467 4187 3916 3683 3500 3350 3200 3090 2950 2770 2730

H ( Kcal/Kmol) 12098 11866 11631 11407 11200 11000 10790 10600 10400 10220 10038

h(Kcal/Kmol): entalpia de liquido saturado. H(Kcal/Kmol): entalpia de vapor saturado.

Los datos tabulados anteriormente se grafican para construir la curva de equilibrio, y el diagrama de entalpia composicin (H-X), para la mezcla.

14000

12000

10000

Entalpia

8000

6000

4000

2000

0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

fraccion molar de benceno (X)

Inicialmente, se alinean los grficos de entalpia-concentracion y los graficos de equilibrios descrita en el mtodo anterior segn los ejes, luego se calcula a travs de balances, el punto de partida para trazar las lneas y proseguir con el mtodo. Balance global de materia Balance por componente despejamos B y remplazamos :

Despejando D:

obtenemos:

Ahora corresponde leer del diagrama de entalpia-concentracin, tanto para la alimentacin como para el producto, para obtener por medio de la relacin de reflujo el polo (punto de partida) para trazar las lneas. Mediante la relacin de reflujo especificada inicialmente, obtenemos :

Este valor, lo ubicamos en la grafica de entalpia concentracin, su coordenada ser el polo para la utilizacin del mtodo. Una vez alineados los dos diagramas, corresponde ubicar , y trazar lneas verticales hasta la lnea de vapor saturado del diagrama de entalpia concentracin, lnea de lquido saturado del diagrama de entalpia concentracin y respectivamente. De la lnea AB se baja hasta el intercepto con la lnea de idealidad del diagrama de equilibrio, este punto se intercepta con la curva de equilibrio y posteriormente se sube trazando otra lnea hasta la curva de liquido saturado del diagrama de entalpia-concentracin (punto L1). Luego son trazadas las diagonales correspondientes desde L1 a la lnea de vapor saturado del diagrama de entalpia concentracin (punto V1), tomando como referencia el intercepto AB, lnea de vapor saturado, formando as la primera isoterma (isoterma 1). Siendo L: caudal molar o msico de una fase lquida, y V: caudal molar o msico de una fase vapor. La otra diagonal corresponde al intercepto entre L1 y el polo atravesando la curva de vapor saturado, esta intercepcin dar un nuevo punto para V, (V2). A partir de este punto (V2) se baja trazando una lnea hasta la idealidad y se prosigue con el mtodo hasta que se sobrepase la lnea de proyeccin de obteniendo varias isotermas, varios V y varios L posteriormente. Uniendo los puntos resultantes dentro de la curva de equilibrio se resulta la lnea de operacin para la zona de rectificacin.

El otro polo se puede calcular grficamente extendiendo la recta que une el punto C (intercepto lnea de proyeccin con curva de liquido saturado en el diagrama de entalpia concentracin), con el polo inicial , hasta la lnea de proyeccin de . Basndonos en la coordenada de se baja por la lnea de proyeccin de hasta la curva de equilibrio, este punto se proyecta hasta la idealidad y se sube hasta interceptar la lnea vapor saturado del diagrama de entalpiaconcentracin, generando otro valor para V(V1) . Se traza la diagonal correspondiente a la isoterma (isoterma 1), desde el punto V1 hasta D. posteriormente se traza la diagonal desde V1 hasta , atravesando la lnea de liquido saturado dando otro punto de intercepcin (L1). A partir de L1 se baja trazando una lnea hasta la curva de equilibrio del diagrama de equilibrio, y se prosigue del mismo modo para obtener los puntos referentes a la curva de operacin de la zona de agotamiento. Al trazar todas las lneas descritas, obtuvimos el diseo de mtodo para el sistema benceno-tolueno.

ANALISIS

En el mtodo de Mc Cabe-Thiele la traza de la lnea del plato 12 se pasa un poco sobre la especificacin del destilado, obteniendo aproximadamente un 94% (mas de lo especificado que fue de un 90%), enriqueciendo aun mas el destilado con el componente mas voltil. La lnea AB, nos da el punto de arranque para la utilizacin del mtodo, a parir de este la lnea que corta con el vapor saturado, genera un punto que determina el vapor en la primera bandeja. Como en la misma bandeja los fluidos salen a la misma temperatura, tomando los puntos que unen las isotermas de se obtiene el flujo de lquido que condensa en la primera bandeja, y la lnea que une L1, V2 y Q , representa el balance msico en el siguiente plato, y esto nos da el flujo V2 grficamente. Nuevamente, esta corriente se encuentra en equilibrio trmico con L2, por lo tanto, nos movemos sobre la isoterma, y as sucesivamente, formamos todo el haz de rectas, en el diagrama entalpia concentracin, para la seccin de enriquecimiento, todo esto tomando como referencia el diagrama de equilibrio que se encuentra alineado justo debajo. Con el intercepto y proyeccin de estos puntos sobre el diagrama xy, se construye la lnea de operacin para la seccin de enriquecimiento, en el diagrama xy, una vez construida, mediante el mismo mtodo con referencia a Q, la curva de agotamiento, se pueden construir los escalones, para contar el nmero de platos y el plato de alimentacin, esto de la misma forma que en el mtodo de McCabe Thiele. Por lo tanto, a partir del anlisis del mtodo de Ponchon-Savarit, el nmero de platos para la separacin de la mezcla es 11, siendo el plato numero 6 el plato de la alimentacin. El mtodo de Ponchon-Savarit relaciona las variaciones de entalpia con respecto a la composicin, tanto en el lquido como en el vapor. Por lo tanto son necesarios los dos diagramas anteriores para la realizacin del mtodo mientras que para el mtodo de Mc Cabe Thiele solamente se necesita las curvas de equilibrio. Al analizar los dos mtodos, observamos que el mtodo de Ponchon-Savarit es ms riguroso pero un poco ms exacto que el mtodo de Mc Cabe-Thiele.