Purga SISTEMA DE. Reciclo de Gases RECUPERACION DE VAPORES. Vapor SISTEMA DE REACTORES SEPARADOR. Líquido. Alimentos FASES. Líquido SISTEMA DE

SISTEMA DE REACTORES SISTEMA DE SEPARACION DE LIQUIDOS Alimentos Productos Purga SISTEMA DE RECUPERACION DE VAPORES Vapor Reciclo de Gases Líquido Líquido Reciclo de Líquidos SEPARADOR DE FASES

Hidrogeno 1552

f

i

(mol/h)

Hidrogeno 1554

Metano

1036

Benceno

265

Tolueno

91

Difenilo

4

Metano

1029

Benceno

20

Tolueno

2

Difenilo

0

Hidrogeno

2

Metano

7

Benceno

245

Tolueno

89

Difenilo

4

Balance de Masa Global:

F = V + L

Balance de Masa de Componentes:

Fz

_i

= Vy

_i

+ Lx

_i

⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

⎛

∑

∑

−

=

−

=

∑

∑

=

=

i

f

i

K

j

f

i

f

i

l

i

f

i

v

i

f

i

K

j

f

i

f

i

Lx

i

l

1

⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

⎛

∑

∑

−

=

∑

∑

=

⇒

=

=

=

∑

∑

j

f

i

f

j

K

j

f

j

l

j

f

i

f

j

f

j

K

j

v

f

f

K

y

f

f

L

f

x

j

j

j

j

j

j

j

j

1

Benceno Perdido en Purga = 0.13(20) = 2.6 mol/hora Tolueno Perdido en Purga = 0.13(2.0) = 0.26 mol/hora

2 4 2 4

I I I n-C5 n-C6 n-C7 n-C5 n-C6 n-C7 I I I n-C5 n-C6 n-C7 n-C5 n-C6 n-C7

1 A/BCD B/CD C/D

2 A/BCD BC/D B/C

3 AB/CD A/B C/D

4 ABC/D A/BC B/C

5 ABC/D AB/C A/B

Secuencias Columna 1 Columna 2 Columna 3

BC/D B/C AB/C A/B A B C D A/BCD ABC/D B/CD A/BC C/D B/C AB/CD A/B C/D

1 A/BCDE B/CDE C/DE D/E

2 A/BCDE B/CDE CD/E C/D

3 A/BCDE BC/DE B/C D/E

4 A/BCDE BCD/E B/CD C/D

5 A/BCDE BCD/E BC/D B/C

6 AB/CDE A/B C/DE D/E

7 AB/CDE A/B CD/E C/D

9 ABC/DE AB/C D/E A/B

10 ABCD/E A/BCD B/CD C/D

11 ABCD/E A/BCD BC/D B/C

12 ABCD/E AB/CD A/B C/D

13 ABCD/E ABC/D A/BC B/C

14 ABC/DE ABC/D AB/C A/B

(

)

(

)

(

1

)

!

1

!

!

1

2

.

−

−

−

=

n

S

n

n

n

Secuencias

de

No

seg

pie

pie

mol

M

v

m G G

/

,

)

/

(

5

.

1

5

.

1

3

ρ

ρ

=

=

)

3600

)(

5

.

1

(

88

.

0

/

)

3600

(

88

.

0

)

/

(

88

.

0

)

/

(

3 G m m

M

F

v

h

mol

F

v

seg

pie

Q

A

ρ

ρ

=

=

=

4 / 1 2 / 1 2 / 1

0164

.

0

88

.

0

4

4

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

m G T

M

F

v

Q

A

D

ρ

π

π

F

q

f

_i i _ik ik

)

1

(

−

=

−

∑

_α

α

_φ

D

R

V

d

_i i ik ik

₍

₁

₎

min min

=

+

=

−

∑

_α

α

_φ

B

R

V

b

_i i ik ik min __ min __

=

=

−

∑

_α

α

_φ

ik

α

_{Volatilidad relativa de i con respecto a k}

φ

_{Variable a determinar}

i

i i

d

b

f

,

,

_{Flujos molares de componentes}

B

D

F

,

,

_{Flujos molares totales}

q

_{Fracción del alimento que se une a la corriente líquida en el plato}

de alimentación

min __ min

, R

R

_{Relaciones de reflujo mínimas}

min __ min,V

F

q

b

d

f

_i i _ik ik i i _ik ik i i _ik ik

=

₍

₁

−

₎

−

+

−

=

−

∑

∑

∑

_α

α

_φ

_α

α

_φ

_α

α

_φ

i i ik ik i i ik ik

b

F

q

d

V

∑

∑

−

−

−

=

−

=

φ

α

α

φ

α

α

)

1

(

min

Para los componentes, i, no claves

i hk lk ik ik

f

i

componente

del

inado

m

vapor

de

mínimo

Flujo

2

arg

α

α

α

α

+

−

=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

MEZCLA TERNARIA

ALIMENTO:

COMPOSICION:

20% n-C5; 30% n-C6; 50% n-C7

FLUJO:

10

mol/s

CONDICION:

Punto de burbuja

OBJETIVO:

Obtener por destilación tres productos en sus puntos de burbuja con

composiciones del 99% n-C5, 99% n-C6 y 99% n-C7, respectivamente

ASIGNACION:

Determinar la secuencia, directa o indirecta, de dos columnas de destilación

simple con las que se consiga el objetivo propuesto con un menor costo total.

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

MEZCLA TERNARIA – PROPIEDADES

Propiedad n-Pentano n-Hexano n-Heptano

Peso mol

72.151

86.176 100.205

T. de ebullición, K

309.187

341.887

371.6

T. Crítica, K

469.8

507.9

540.2

D E S T IL A C IO N D E S IS T E M A S ID E A L E S

M E Z C L A T E R N A R I A – C A L C U L O S F L A SH

H Y S Y S (U N I Q U A C – I d ea l)

n-C5

n-C6

n-C7

1,424 0,687

4,72

2,07

Rocío

1,0

357,4

3,242

1,238 0,597

4,65

2,07

L-V

0,5

351,3

2,779

0,948 0,445

5,54

2,13

Burbuja

0

341,6

2,466

Volatilidad

Relativa

n-C5 / n-C7

Volatilidad

Relativa

n-C6 / n-C7

Constantes de

Equilibrio

Condición

Fracción

de vapor

Temperatura K

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

MEZCLA TERNARIA

I II n-C5 n-C6 n-C7 n-C5 n-C6 n-C7 I II n-C5 n-C6 n-C7 n-C5 n-C6 n-C7 (a) _(b)

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

BALANCES DE MATERIA

Balances de componentes

s

mol

C

n

f

C

n

f

_I

(

−

5

)

+

_II

(

−

5

)

=

2

/

s

mol

C

n

f

C

n

f

C

n

f

_I

(

−

6

)

+

_II

(

−

6

)

+

_III

(

−

6

)

=

3

/

s

mol

C

n

f

C

n

f

_II

(

−

7

)

+

_III

(

−

7

)

=

5

/

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

RELACIONES INICALES

Especificaciones iniciales de productos

Producto I:

f

_I

(

n

−

C

5

)

=

99

f

_I

(

n

−

C

6

)

Producto II:

₉₉₀

(

6

)

5

)

5

(

n

C

f

n

C

f

_II

−

=

_II

−

)

6

(

990

5

)

7

(

n

C

f

n

C

f

_II

−

=

_II

−

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS Y COMPOSICIONES DE PRODUCTOS

Componentes Producto I mol/s Producto I % mol Producto II mol/s Producto II % mol Producto III mol/s Producto III % mol 0,005 4,985 0,990 Total 2,005 1,000 2,960 1,000 5,035 1,000 n-C7 0,000 0,000 0,015 2,930 0,010 0,020 n-C6 0,005 0,000 0,000 0,010 0,050 0,990 n-C5 1,985 0,990 0,015

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA DIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD

Columna I: Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

)

/

10

)(

1

1

(

)

/

5

(

1

1

)

/

3

(

13

.

2

13

.

2

)

/

2

(

54

.

5

54

.

5

s

mol

s

mol

s

mol

s

mol

=

−

−

+

−

+

−

φ

φ

φ

Resolviendo:

φ

=

[

3

.

68

,

1

.

43

]

Columna I: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

s

mol

s

mol

s

mol

V

(

0

.

02

/

)

4

.

02

/

68

.

3

13

.

2

13

.

2

)

/

985

.

1

(

68

.

3

54

.

5

54

.

5

min

=

−

+

−

=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA DIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD

Columna II:Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

0

)

/

5

(

1

1

)

/

98

.

2

(

13

.

2

13

.

2

)

/

015

.

0

(

54

.

5

54

.

5

₌

−

+

−

+

−

φ

mol

s

φ

mol

s

φ

mol

s

Resolviendo para los componentes claves:

φ

=

[ ]

1

.

50

Columna II: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

s

mol

s

mol

s

mol

s

mol

V

9

.

9

/

50

.

1

1

)

/

015

.

0

(

1

50

.

1

13

.

2

)

/

93

.

2

(

13

.

2

50

.

1

54

.

5

)

/

015

.

0

(

54

.

5

min

=

−

+

−

+

−

=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA INDIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD

Columna I: Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

)

/

10

)(

1

1

(

)

/

5

(

1

1

)

/

3

(

13

.

2

13

.

2

)

/

2

(

54

.

5

54

.

5

s

mol

s

mol

s

mol

s

mol

=

−

−

+

−

+

−

φ

φ

φ

Resolviendo:

φ

=

[

3

.

68

,

1

.

43

]

Columna I: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

s

mol

s

mol

s

mol

s

mol

V

11

.

64

/

1.43

-1

)

/

015

.

0

(

1

43

.

1

13

.

2

)

/

95

.

2

(

13

.

2

43

.

1

54

.

5

)

/

2

(

54

.

5

min

+

=

−

+

−

=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

SECUENCIA INDIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD

Columna II:Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

0

)

/

015

.

0

(

1

1

)

/

95

.

2

(

13

.

2

13

.

2

)

/

2

(

54

.

5

54

.

5

₌

−

+

−

+

−

φ

mol

s

φ

mol

s

φ

mol

s

Resolviendo para los componentes claves:

φ

=

[ ]

3

.

36

Columna II: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

s

mol

s

mol

s

mol

V

5

.

0

/

35

.

3

13

.

2

)

/

02

.

0

(

13

.

2

36

.

3

54

.

5

)

/

985

.

1

(

54

.

5

min

=

−

+

−

=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES

FLUJO MINIMO DE VAPOR MARGINADO

Secuencia directa:

s

mol

de

inado

m

vapor

de

mínimo

Flujo

(

5

)

1

.

76

/

2

13

.

2

54

.

5

1

1

C7

-n

arg

=

+

−

=

Secuencia indirecta:

s

mol

de

inado

m

vapor

de

mínimo

Flujo

(

2

)

2

.

79

/

2

1

13

.

2

54

.

5

54

.

5

C5

-n

arg

=

+

−

=

Alcohol Flujo

Volatilidad

relativa

Mol/s

A

1

4.3

B

0.5

4.0

C

1

3

D

7

2

E

10

1

C.

Claves

A

B

C

D

E

A/B

-

-

2.6

6.5

3.2

B/C 5.3

-

-

9.3

4.0

C/D 2.4

1.3

-

-

6.7

-1 3 , 3

6 , 7

B / C D E

C / D E

1 2 , 3

8 , 0

2 , 0

A / B C D E

B C / D E

C D / E

1 8 , 6

2 , 8

9 , 3

A B / C D E

B C D / E

B / C D

1 0 , 4

9 , 1

1 , 3

A B C / D E

A / B C D

B C / D

4 , 3

1 4 , 6

2 , 6

A B C D / E

A B / C D

A / B C

3 , 7

5 , 4

A B C / D

A B / C

Secuencia No. Separaciones Flujo marginado Posición

1 A/BCDE, B/CDE, C/DE, D/E 32,3 14

2 A/BCDE, B/CDE, CD/E, C/D 27,6 13

3 A/BCDE, BC/DE, B/C, D/E 20,3 8

4 A/BCDE, BCD/E, B/CD, C/D 24,4 11

5 A/BCDE, BCD/E, BC/D, B/C 16,4 6

6 AB/CDE, A/B, C/DE, D/E 25,3 12

7 AB/CDE, A/B, CD/E, C/D 20,6 9

8 ABC/DE, A/BC, B/C, D/E 13,0 2

9 ABC/DE, AB/C, A/B, D/E 15,8 5

10 ABCD/E, A/BCD, B/CD, C/D 22,7 10

11 ABCD/E, A/BCD, BC/D, B/C 14,7 4

12 ABCD/E, AB/CD, A/B, C/D 18,9 7

13 ABCD/E, ABC/D, A/BC, B/C 10,6 1