UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFACULTAD DE QUMICA

3er Proyecto

Destilacin Binaria no Ideal

Procesos de Separacin

Profesor: Dr. Antonio Valiente Barderas

Integrantes:

Coquet Dvila Manuel BenitoSalas Flores RodrigoSnchez Miaur Fernando

Semestre 2015-IProblemaCalcule una columna de destilacin de platos perforados para tratar 100 kgmol/h de una mezcla de agua y acetona que entra a 20C y 1 atm de presin. La alimentacin contiene 50% en mol de acetona. Se desea un destilado con 92% en mol de acetona y unos fondos con 3% en mol de acetona.

Presente:a. Clculosb. Planosc. Maqueta

Traduccin

Construccin de los Diagramas de EquilibrioSabemos que la mezcla acetona-agua no forma azetropos pero es no ideal. Esto significa que no podemos utilizar Van Laar para calcular coeficientes de actividad. Por lo tanto, para realizar los diagramas de equilibrio, lo que hicimos fue asumir que se comportaba como una mezcla ideal (Raoult) y luego comparamos con datos experimentales. Al analizar los resultados vimos que no se comportaba como mezcla ideal por lo que utilizamos los resultados experimentales.

Para nuestra mezcla utilizamos las siguientes ecuaciones de Antoine tomadas del Perry2:

CompuestoABC

Agua4.65431435.264208.312

Acetona4.424481312.253240.715

Para construir el diagrama de equilibrio utilizamos datos de temperaturas que correspondan con valores experimentales medidos desde la temperatura de ebullicin del agua hasta la de la acetona.

RaoultExperimentales

T (C)P (mmHg) (acetona)P (mmHg) (agua)x acetonay acetonax acetonay acetona

1002806.136748.4530.0060.0210.0000

87.82018.727481.2450.1810.4820.0100.335

831761.358400.4060.2640.6120.0230.462

76.51454.733309.0710.3940.7530.0410.585

75.381406.454295.2320.4180.7740.0500.631

68.761146.362223.5040.5810.8770.1000.731

66.21056.704199.9760.6540.9090.1200.756

63.98983.561181.2800.7210.9340.2000.792

61.84916.936164.6630.7910.9550.3000.82

60.73883.829156.5580.8300.9650.4000.834

59.87858.842150.5110.8600.9720.5000.848

59.29842.312146.5440.8820.9770.6000.858

58.52820.763141.4140.9110.9830.7000.874

57.65796.949135.7990.9440.9900.8000.894

57.1782.182132.3470.9660.9940.8500.918

56.65770.265129.5780.9840.9970.9000.938

56.36762.662127.8190.9960.9990.9500.963

56.09755.638126.1991.0071.0011.0001

Datos experimentales obtenidos de Binary Vapor-Liquid Equilibrium Data (Queriable database). Chemical Engineering Research Information Center. Retrieved 6 June 2007.

Decidimos utilizar los datos experimentales como lo habamos comentado y proseguimos a calcular las entalpas del lquido y del vapor con las ecuaciones siguientes:

CompuestoCp LquidokJ/(kgmol K)PMkg/kgmolCp Lquidokcal/(kgmol C)kcal/kgmol

Agua75.31218.02189,723

Acetona125.5 58.0829.9957,481

Para construir los valores de entalpas utilizamos las ecuaciones siguientes:

Se obtienen los siguientes valores:T (C)x acetonay acetonaHL (kcal/kgmol)HG (kcal/kgmol)

1000.00001800.00 11,523.00

87.80.0100.3351590.93 10,905.14

830.0230.4621516.90 10,641.16

76.50.0410.5851414.62 10,325.24

75.380.0500.6311402.05 10,235.68

68.760.1000.7311320.16 9,924.69

66.20.1200.7561286.89 9,819.96

63.980.2000.7921305.13 9,706.79

61.840.3000.821335.65 9,605.93

60.730.4000.8341384.52 9,553.84

59.870.5000.8481436.73 9,508.43

59.290.6000.8581493.93 9,476.78

58.520.7000.8741544.72 9,430.35

57.650.8000.8941590.91 9,374.56

57.10.8500.9181609.98 9,321.40

56.650.9000.9381631.27 9,277.09

56.360.9500.9631656.72 9,229.46

56.091.00011682.42 9,163.42

Obtenemos los siguientes diagramas:

PlanteamientoBalances de Materia

Reflujo (proviene del balance de energa)

ClculosBalances de Materia

Clculo del Nmero de Platos MnimoVer Grfica 1 Anexa.

El nmero de platos mnimo se da cuando el reflujo es total y esto implica que D tiende a 0 y por lo tanto QD tiende a infinito por lo que D = y que F = -.

Clculo del Reflujo Mnimo Ver Grfica 2 Anexa.

Diagrama de Referencia para la lectura de valores

Clculo del Reflujo de Operacin y Nmero de Platos IdealesVer Grficas 3 y 4 Anexas.

Calor condensador

Calor reboiler

Diseo del EquipoClculo de eficiencia y nmero de platos reales

Diseo de la Torre y Platos Perforados en Rectificacin

Vamos a utilizar platos perforados y sabemos que en esta seccin predomina el componente ligero que es la acetona por lo que vamos a utilizar sus propiedades a una temperatura media.

Determinacin de la velocidad de inundacin y el espaciamiento

Si asumimos un espaciamiento t = 18 = 45.72 cm

Obtenemos una N =0.07 (Ver Grfica en la prxima hoja)

Trabajando al 80% de la inundacin

Lo cual corresponde ya que un espaciamiento de 18 sirve para torres con dimetro entre 2.5 - 4 ft.Detalles de los platos perforados (Enriquecimiento)

Platos enriquecimiento = 12Huecos de 3/16 estndar de acero inoxidableEspesor = 0.43= 1.092 cmAltura vertedero (hw) = 2 = 5.08 cmAltura de cresta sobre vertedero (how) = 0.515 cm

rea total (AT) = 0.7105 m2Dimetro (DT) = 3.12 ft = 0.951 mrea de bajantes (12%) = 0.08526 m2rea activa (76%) = 0.54 m2rea de Flujo de Gas (10% A.A) = 0.054 m2rea de un hueco = 9.5 x 105 m2

# perforaciones por plato

Longitud del Vertedero (77% DT) = 0.732 mLongitud de Paso de Lquido (64% DT) = 0.609 mEspaciamiento entre platos (t) = 18 = 45.72 cmAltura de platos = 12 x 0.4572 = 5.5 mAltura total Rectificacin = 5.5 m + 1.2 m (salida de vapor) = 6.7 m

Cada de Presin (Enriquecimiento)

Diseo de la Torre y Platos Perforados en Agotamiento

Vamos a utilizar platos perforados y sabemos que en esta seccin predomina el componente pesado que es la agua por lo que vamos a utilizar sus propiedades a una temperatura media.

Determinacin de la velocidad de inundacin y el espaciamiento

Si asumimos un espaciamiento t = 18 = 45.72 cm

Obtenemos una N =0.049 (misma grfica que en rectificacin)

Trabajando al 80% de la inundacin

Lo cual corresponde ya que un espaciamiento de 18 sirve para torres con dimetro entre 2.5 - 4 ft.

Detalles de los platos perforados (Agotamiento)

Platos agotamiento = 5 y 1 caldernHuecos de 3/16 estndar de acero inoxidableEspesor = 0.43= 1.092 cmAltura vertedero (hw) = 2 = 5.08 cmAltura de cresta sobre vertedero (how) = 0.678 cm

rea total (AT) = 0.4850 m2Dimetro (DT) = 2.58 ft = 0.7858 mrea de bajantes (12%) = 0.0582 m2rea activa (76%) = 0.3686 m2rea de Flujo de Gas (10% A.A) = 0.03686 m2rea de un hueco = 9.5 x 105 m2

# perforaciones por plato

Longitud del Vertedero (77% DT) = 0.605 mLongitud de Paso de Lquido (64% DT) = 0.503 mEspaciamiento entre platos (t) = 18 = 45.72 cmAltura de platos = 6 x 0.4572 = 2.74 mAltura total Agotamiento = 2.74 m + 1.8 m (reboiler) = 4.54 m

Cada de Presin (Agotamiento)

Conclusiones y ResultadosEn este trabajo se muestra el diseo con planos adjuntos de una torre de destilacin de platos perforados para tratar 100 kgmol/h de una mezcla de agua y acetona que entra a 20C y 1 atm de presin con una alimentacin contiene 50% en mol de acetona. De ella se obtiene un destilado con 92% en mol de acetona y unos fondos con 3% en mol de acetona.

La torre cumple con todos los requerimientos y opera al 80% de la inundacin.

Los resultados son los siguientes:

Caractersticas Generales de la Torrea. Torre de destilacin con platos perforados con reboilerb. Condensador totalc. RD min: 0.2465d. # Platos Mnimo: 3 y 1 Calderne. RD operacin: 0.4437f. Eficiencia: 0.41g. Nmero de Platos: 17 y 1 caldernh. Platos Enriquecimiento: 12i. Platos Agotamiento: 5 y 1 caldernj. Plato de alimentacin: Entre el 12 y el 13k. Altura total de la torre: 11.24 ml. P Torre: 1,059.26 Pam. Presin: 1 atmn. Temperatura alimentacin: 20Co. Temperatura destilado: 80Cp. Temperatura fondos: 56.5C

Flujosa. Alimentacin i. xacetona=0.5 y xagua=0.5

b. Destilado i. xacetona=0.92 y xagua=0.08

c. Fondos i. xacetona=0.03 y xagua=0.97

Calor requerido en equiposa. Condensador: liberab. Reboiler: requiere

Diseo Enriquecimientoa. Platos enriquecimiento = 12b. Huecos de 3/16 estndar de acero inoxidablec. Espesor = 0.43= 1.092 cmd. Altura vertedero (hw) = 2 = 5.08 cme. Altura de cresta sobre vertedero (how) = 0.515 cmf. rea total (AT) = 0.7105 m2g. Dimetro (DT) = 3.12 ft = 0.951 mh. rea de bajantes (12%) = 0.08526 m2i. rea activa (76%) = 0.54 m2j. rea de Flujo de Gas (10% A.A) = 0.054 m2k. rea de un hueco = 9.5 x 105 m2l. # perforaciones por plato = 568m. Longitud del Vertedero (77% DT) = 0.732 mn. Longitud de Paso de Lquido (64% DT) = 0.609 mo. Espaciamiento entre platos (t) = 18 = 45.72 cmp. Altura de platos = 12 x 0.4572 = 5.5 mq. Altura total Rectificacin = 5.5 m + 1.2 m (salida de vapor) = 6.7 mr. P = 500.09 Pa

Diseo Agotamientoa. Platos agotamiento = 5 y 1 caldernb. Huecos de 3/16 estndar de acero inoxidablec. Espesor = 0.43= 1.092 cmd. Altura vertedero (hw) = 2 = 5.08 cme. Altura de cresta sobre vertedero (how) = 0.678 cmf. rea total (AT) = 0.4850 mg. Dimetro (DT) = 2.58 ft = 0.7858 mh. rea de bajantes (12%) = 0.0582 m2i. rea activa (76%) = 0.3686 m2j. rea de Flujo de Gas (10% A.A) = 0.03686 m2k. rea de un hueco = 9.5 x 105 m2l. # perforaciones por plato = 407m. Longitud del Vertedero (77% DT) = 0.605 mn. Longitud de Paso de Lquido (64% DT) = 0.503 mo. Espaciamiento entre platos (t) = 18 = 45.72 cmp. Altura de platos = 6 x 0.4572 = 2.74 ma. Altura total Agotamiento = 2.74 m + 1.8 m (reboiler) = 4.54 mb. P = 559.17 Pa

Referencias Binary Vapor-Liquid Equilibrium Data (Queriable database). Chemical Engineering Research Information Center. Retrieved 6 June 2007. R. H. Perry, Don W. Green: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 1999 McGraw-Hill Inc. http://www.engineeringtoolbox.com/fluids-evaporation-latent-heat-d_147.html Apndices entregados en clase por el profesor.