DISEO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIN MULTICOMPONENTE PROBLEMASe va a fraccionaro destilar a presin atmosfrica una mezcla de multicomponentesque incluye los siguientes compuestos ComponenteFraccin Molar cido Acetico0.1 cido Propanoico0.3 cido Butanoico0.4 cido Metanoico0.4 Se desea que en el destilado no haya mas del 2 % del componentecido Butanoico y no mas del 1 % componente cido Propanoico en el fondo . La mezcla se alimenta en el punto de burbuja . CALCULAR1.Determinarlas composicionesde cada componente en el destilado y fondo 2.Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Roco en el destilado3.Determinar la relacin de reflujo mnimo4.Calcular el nmero de platos mnimos y el nmero de platos reales para trabajar con un R= 2Rmin 5.Calcular o estimar el plato de alimentacin6.Suponiendo que se trabaja con un flujode 1000 Kmol/halimentacin, calcular cual es el calor necesario para el reervidor y cul es el calor que se debe retirar en el condensador del tope. Observacin:DesarrollareltrabajoenExcelsiguiendoelmtodousadoenclase(Kcomofuncin de la Presin de Vapor), y presentar una comparacin de la misma aplicacin usando Hysys(usando UNIQUAC). La comparacin consistir en la presentacin del Diagrama de Flujo donde se muestren enformatabularlastemperaturas,presin,flujosmolaresycomposicionesparacadacorrienteyel resultado general de los datos solicitados. SOLUCINUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE2 ParalasoperacionesinvolucradaseneldiseooperacionalsevaausarelmtododeFenske-Underwood-Gilliland (FUG) Este mtodo aunque slo es aproximado, se utiliza mucho en la prcticaconfinestalescomoeldiseopreliminar,estudiosparamtricosparaestablecerlascondicionesptimasdediseo,ascomoparaestudiosdesecuenciasptimasde separacin en la sntesis de procesos. Un esquema del algoritmo a seguir se muestra en la Fig. 1.Determinarlas composicionesde cada componente en el destilado y fondo De los datos dados y del balance de masa se obtiene el siguiente cuadro ESQUEMAFLUJOS MOLARESComponentes Alimentacion (F) Kmol/h Destilado (D) Kmol/h Residuo (W) Kmol/hAcido acetico 100 100 0Acido propanoico 300 297 3Acido butanoico 400 8 392Acido metanoico 200 0 200total 405 595UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE3 F =1000Kmol/h Los claves ligeros y pesados para esta operacin son : Hallamos las fracciones molares para el destilado y residuo: cido Acetico=100 Kmol/h cido Propanoico = 300 Kmol/h cido Butanoico = 400 Kmol/h cido Metanoico= 200 Kmol/h DESTILADO cido Acetico= 297 Kmol/h cido Propanoico = 8 Kmol/h cido Metanoico=100Kmol/h FONDO cido Acetico=3Kmol/h cido Propanoico = 392 Kmol/h cido Butanoico = 200 Kmol/h COMPOSICION fraccion molar fraccion molarComponentes Destilado (D) Residuo (W)Acido acetico 0.2469 0.0000Acido propanoico 0.7333 0.0050Acido butanoico 0.0198 0.6588Acido metanoico 0 0.33611.0000 1.0000Clave Ligero(LK) Acido propanoicoClave Pesado(HK) Acido butanoicoUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE4 2. Calcular el punto de burbuja en el fondo y punto de Roco en el destilado A. TEMPERATURA DE BURBUJA EN EL RESIDUO (datos del Excel ) B. TEMPERATURA DEROCIO EN EL DESTILADO (datos del Excel ) TEMPERATURA DE BURBUJA RESIDUOcomponente C1 C2 C3 C4 C5 Pvap (Kpa)Acido Acetico 53.27 -6304.5 -4.2985 8.8865E-18 6 150.3346626Acido propanoico 54.552 -7149.4 -4.2769 1.1843E-18 6 73.84963832Acido n-butanoico 93.815 -9942.2 -9.8019 9.3124E-18 6 34.18059391Acido metanoico 50.323 -5378.2 -4.203 3.4697E-06 2 234.6023056Fuente Perry Chemical Engineers Handbook (7ed)Temperatura (K) 404.5 Presion (Kpa) 101.325componente zi Pvap(Kpa) Ki *xiAcido Acetico 0 150.334663 1.483687763 4.398246063 0Acido propanoico 0.00504202 73.8496383 0.728839263 2.160572122 0.010893641Acido n-butanoico 0.65882353 34.1805939 0.337336234 1 0.658823529Acido metanoico 0.33613445 234.602306 2.315344738 6.863611154 2.3070961861 2.976813357Entonces K 0.33592969Ki-K 0.00140654TEMPERATURA DE ROCIO DESTILADOcomponente C1 C2 C3 C4 C5 Pvap (Kpa)Acido Acetico 53.27 -6304.5 -4.2985 8.8865E-18 6 180.3210808Acido propanoico 54.552 -7149.4 -4.2769 1.1843E-18 6 91.27691968Acido n-butanoico 93.815 -9942.2 -9.8019 9.3124E-18 6 43.30267547Acido metanoico 50.323 -5378.2 -4.203 3.4697E-06 2 275.7674299Fuente Perry Chemical Engineers Handbook (7ed)Temperatura (K) 411 Presion (Kpa) 101.325UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE5 Finalmente de los datos calculados en el Excel obtenemos la siguiente tabla: PUNTOTEMPERATURA (K) ROCIO411.0 BURBUJA404.5 3. Determinar la relacin de reflujo mnimoPara hallar el reflujo mnimousamos la Ecuacin de Underwood y con la temperatura promedioTemperatura promedio=(Tb+Tr)/2 =407.75 K

Aplicamos el procedimiento iterativo para hallar el valor de y adems como se alimenta en el punto de burbuja , sabemos que q=1, luego la ecuacin se transformaen

Con la hoja de clculos del Excel obtenemos la siguiente tabla mediante un proceso iterativo La iteracin produce un =1.332773 Luego hallamos el reflujo mnimoel cual esRmin =1.25309 componente zi Pvap(Kpa) Ki yi/Acido Acetico 0.24691358 180.321081 1.779630701 4.164201838 0.059294335Acido propanoico 0.73333333 91.2769197 0.900833157 2.107881758 0.347900602Acido n-butanoico 0.01975309 43.3026755 0.427364179 1 0.019753086Acido metanoico 0 275.76743 2.721612928 6.36836932 01 0.426948024Entonces K 0.42694802Ki-K 0.00041616componente zi Pvap(Kpa) Ki jxZjF/(j-) jxXjD/(j-)Acido Acetico 0.1 164.779521 1.626648775 4.277955056 0.145252652 0.358648525Acido propanoico 0.3 82.182097 0.811274403 2.133586233 0.799282334 1.953801261Acido n-butanoico 0.4 38.5182917 0.3802398 1 -1.2020206 -0.05935904Acido metanoico 0.2 254.523371 2.512570298 6.607857195 0.250530871 01 SUMA -0.00695474 2.253090743= 1.332773UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE6 4. Calcular el nmero de platos mnimos y el nmero de platos reales para trabajar con un R= 2Rmin Para calcular el mnimo numero de platos utilizamos Ecuacin de Fenske

Con los datos obtenidos hallamosla volatilidad promedio del clave ligeroComponente claveK des (D)Frac molar (D)K res(B)Frac molar (B) Acido propanoicoLK0.9008331570.7333333330.7288392630.005042017 Acido n-butanoico HK0.4273641790.0197530860.3373362340.658823529

Entonces

Luego el nmero de platos mnimos es :

Para calcular el nmero de platosreales utilizamos Ecuacin deGuilliland

Peropor dato R=2Rmin

En la ecuacin de Guilliland

Finalmente obtenemosel valor deN= 12.899 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE7 5. Calcular o estimar el plato de alimentacin Para calcular el plato de alimentacinusamos la ecuacin de Kirkbride Dnde: NR=Nmero de platos en seccin de rectificacin (arriba). NS=Nmero de platos en Stripping (abajo). NR + NS = N De los datos hallados tenemosComponente clave X Frac molar (D)Z Frac molar (B) cido propanoicoLK0.7333333330.005042017 cido n-butanoico HK0.0197530860.658823529 Flujo de Destilado Kmol D405 Flujo deResiduo Kmol B595 0.20620.659 0.733 595. . 30.140.005 0.019 405RSNN (| | | || |= = ( || |\ . \ .\ . ( AdemsN= NR + NS = 31.14 NS=12.899NS =0.4142 NR =11.59 Finalmente el plato de alimentacin es : nmero 13 6.Suponiendo que se trabaja con un flujode 1000 Kmol/halimentacin, calcular cual es el calor necesario para el reervidor y cul es el calor que se debe retirar en el condensador del tope. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE8 Usando HYSYS obtenemos los siguientes resultados UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE9 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de ingeniera Qumica y Textil Laboratorio de Transferencia de Masa II DESTILACIN MULTICOMPONTE10 BIBLIOGRAFIA1.Treybal, Robert; Operaciones de Transferencia de Masa;Mc Graw Hill; 2 Edc. (Espaol), 1 981.2.Seader, J. D.; Henley, Ernest J.; Separation Process Principles; John Wiley & Sons, Inc.; 1 998.3.Hines, Anthony L.; Maddox, Robert N.; Transferencia de masa: Fundamentos y Aplicaciones; Prentice Hall Hispanoamericana S.A.; 1 984.