acetona agua destilacion

8/13/2019 ACETONA AGUA Destilacion

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INTRODUCCIN

Este trabajo, tiene la finalidad el dimensionamiento de una torre de platos para una destilacin binaria, de cierto sistema y para determinadas condiciones de alimentacin, residuo y destilado.

La destilacin es una de las ms importantes operaciones unitarias. El principio que rige estaoperacin es la diferencia entre los puntos de ebullicin o volatilidad relativa de loscomponentes de cierta mezcla. Esta diferencia nos permite la separacin de las dos sustancias.

Este fenmeno consiste en esencia en la formacin de dos fases (L-V) mantenidas en contactolo suficiente para que difundan los componentes de forma que al separarlas se consigan dosfracciones de distinta composicin.

En este trabajo realizamos la destilacin con la condicin que parte del condensado retorne a lacolumna (reflujo) de forma que el lquido descendente contacte ntimamente con el vapor queasciende al condensador. As el vapor es ms rico en el componente ms voltil.

A este proceso con reflujo le llamamos rectificacin, que difiere de la destilacin flash, en quela segunda no tiene reflujo. En la rectificacin el contacto puede ser continuo (columnas derelleno) o discontinuo (columnas de platos).

El conocimiento terico sobre columnas de destilacin es muy importante al momento derealizar una destilacin. Dicho conocimiento nos permite encontrar los parmetros necesarios para determinadas condiciones de destilado y residuo. Ya que sin este conocimiento no podramos calcular el nmero de platos requeridos, o el reflujo necesario.

Este trabajo nos muestra la forma correcta para dimensionar una columna, los pasos a seguir, ylas correcciones que debemos realizar para el correcto funcionamiento de la columna, y para laobtencin del producto buscado.


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1. OBJETIVOS1.1. Dimensionar una columna de destilacin binara de platos para el sistema acetona-agua. 1.2. Determinar la eficiencia global de la operacin con la carta de OConnel. 1.3. Determinar el nmero de platos tericos y reales para la torre de destilacin.

2. ENUNCIADO DEL PROBLEMADimensionar una columna de destilacin para el sistema ACETONA-AGUA, cuyaalimentacin es de 14500(kg/h) que se encuentra a 25 C y su composicin dealimentacin es de (xf = 0.20); Su composicin de destilado (xd = 0.95) y sucomposicin de cola es (xw= 0.05).

3. DATOSTabla 2-1

Datos de flujo de alimentacinN F (kg/h) TF (C)

1 14500 25Tabla 2-2

Porcentaje molar de las corrientes N XF XD XW 1 0.20 0.95 0.05

3.1. Datos adicionalesTabla 2.1-1

Datos del equilibrio del sistema Acetona-Agua a P=760mmHgN Temperatura, C x % y % xacetona yacetona 1 100,00 0 0 0,000 0,0002 97,01 1 27,9 0,010 0,2793 92,90 3 51,5 0,030 0,5154 88,70 5 63 0,050 0,6305 81,10 10 75,4 0,100 0,7546 75,10 15 79,4 0,150 0,7947 70,91 20 81,3 0,200 0,8138 67,59 25 82,6 0,250 0,8269 65,71 30 83,4 0,300 0,834

10 64,30 35 83,8 0,350 0,83811 63,16 40 84,2 0,400 0,84212 62,35 45 84,6 0,450 0,84613 61,79 50 85 0,500 0,85014 61,31 55 85,5 0,550 0,85515 60,97 60 86,3 0,600 0,86316 60,66 65 86,9 0,650 0,86917 60,31 70 87,5 0,700 0,87518 59,94 75 88,2 0,750 0,88219 59,54 80 89,8 0,800 0,89820 59,11 85 91,5 0,850 0,91521 58,62 90 93,5 0,900 0,935


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22 57,72 95 96,2 0,950 0,96223 57,25 97 97,55 0,970 0,97624 56,76 99 99,13 0,990 0,99125 56,50 100 100 1,000 1,000

Fuente: EMIL, Kirschbaum,Destilacin y Rectificacin, 2da Ed, Editorial Aguilar, Madrid, pg, 441, 443.

Tabla 2.1-2Peso Molecular de los componentes a TF

Componente Frmula Mi (kg/kmol)Acetona C3H6O 58.08

Agua H2O 18.16Fuente: Tabla peridica.

Tabla 2.1-3

Propiedades de los componentes a TF Componente Cp, J/mol K , J/molAcetona 127.65 30200

Agua 75.4 40656Fuente: CHARD M. FELDER, PRINCIPIOS ELEMENTALES DE LOS PROCESOSQUMICOS. Segunda Edicion, Limusa Wiley, pag 671.

4. Clculos

4.1. Calculo del peso molecular promedio

( ) ( )

4.2. Calculo de las moles de alimentacin

4.3. Balance de masa


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( ) Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtiene:

Tabla 3.3-1Datos de concentracin de las corrientes

Corriente Smbolo Flujo, kmol/hAlimentacin,m3 F 554.62Destilado, m3/h D 92.44

Residuo,m3 W 462.18

4.4. Recta de alimentacin

4.4.1. Capacidad calorfica de la mezcla

[J/molK] Ec. 4.4.1.-1 85.85 J/molK

4.4.2. Entalpa especfica de la mezcla

[J/mol] Ec. 4.4.2-1 4.4.3. Clculo del parmetro f

Tb = 70.91 - - Ec. 4.4.1-1

4.4.4. Clculo de la pendiente

Ec. 4.4.4-1 ( )

4.4.5. Calculo del ngulo


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Ver Anexo 3 NT = 5.1

4.8. Clculo del nmero de platos reales

Ec. 4.8-1

4.8.1. Clculo de la temperatura media

Tabla 4.8.1-1Temperaturas de Ebullicin

X en peso Tb Residuo 0.05 88.70Destilado 0.95 57.75


Ec. 4.8.1-1

4.8.2. Clculo de la volatilidad relativa

Tabla 4.8.2-1Temperatura media y fracciones.

Tm, X Y 0.1750 0.8035

( )( ) Ec. 4.8.2-1 ( )( )

4.8.3. Clculo de la viscosidad media


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Tabla 4.8.3-1

Datos de ViscosidadCompuesto T Viscosidad (cp)Acetona 0.2

Agua 0.4Fuente: G.J. Geankoplis;Procesos de transporte y operaciones unitarias; 3ra Edicin, Editorial Continental, Mxico, 1998, pag: 966

Viscosidad acetona:0.2 cp Agua =0.4 cp

* + Ec. 4.8.3-1 [ ( ) ( ) ( )]

4.8.4. Clculo de la eficiencia global

6.795 Ec. 4.8.4-1A partir de este valor se realiza una interpolacin en la carta de OConnel Ver Anexo 4,encontrndose que:

Tabla 4.8.4-1Resultado del clculo del nmero de platos reales

% Plato de alimentacin78 6.795 17 5.6

4.9.Clculo del dimetro de la columna

4.9.1. Clculo del dimetro de la cabeza

Tabla 4.9.1-1Datos de equilibrio de destilado

XD YD 0.95 0.962


Tabla 4.9.1-2Datos de densidad


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Compuesto TD, (C) , ( kg/m )Acetona 57.72 747.964Agua 57.72 984.367Fuente: PERRY, Robert, Chemical Engineers Handbook, 3ra ed., McGraw Hill BookCompany Inc., New York. 1950, p. 2-95

4.9.2. Clculo del peso molecular de la cabeza

( ) Ec. 4.9.2-1( ) ( )( )

4.9.3. Densidad del vapor

Ec. 4.9.3-1

()( )( )( )

4.9.4. Densidad del lquido

Ec. 4.9.4-1( ) ( )( )

4.9.5. Clculo de G

( ) Ec. 4.9.5-1Clculo modelo para una distancia entre platos de 52cm.

De la carta de Brown-Souders C= 174 (ver anexo 5)

( )

4.9.6. Clculo de V

( ) Ec. 4.9.6-1


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( )

4.9.7. Clculo del rea transversal

Ec. 4.9.7-1Clculo modelo para una distancia entre platos de 52cm

4.9.8. Clculo del dimetro en la cabeza

Clculo modelo para una distancia entre platos de 52cm

Ec. 4.9.8-1

( )

4.9.9. Resultados para el dimetro de la cabeza

Tabla 4.9.9-1

Resultados para el dimetro de la cabeza

DEP, (m) CG,

(Kg/hm 2)V, (Kg/h) A, (m 2) d, (m)

0.46 167 6636.0985 7973.26 1.20149813 1.23684879

0.52 174 6914.2584 7973.26 1.153162 1.21171427


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0.55 180 7152.6811 7973.26 1.11472327 1.19134787

4.10. Clculo del dimetro de la cola

Tabla 4.10-1Datos de equilibrio de residuo

Xw Yw 0.05 0.630


Tabla 4.10-2Datos de densidad

Compuesto Tw, (C) , ( kg/m )Acetona 88,70 708.61Agua 88,70 966.191Fuente: PERRY, Robert, Chemical Engineers Handbook, 3ra ed., McGraw Hill BookCompany Inc., New York. 1950, p. 2-95

4.10.1. Clculo del peso molecular medio en la cola

( ) Ec. 4.10.1-1( ) ( )( )

4.10.2. Densidad del vapor

Ec. 4.10.2-1

()( )( )( )

4.10.3. Densidad del lquido

Ec. 4.10.3-1( ) ( )

4.10.4. Clculo de G


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( ) Ec. 4.10.4-1Clculo modelo para una distancia entre platos de 52cm.

De la carta de Brown-Souders c =174 Ver anexo 5

( )( )

4.10.5. Clculo de Vm

( ) Ec. 4.10.5-1( )

4.10.6. Clculo del rea transversal

Ec. 4.10.6-1Clculo modelo para una distancia entre platos de 55cm

4.10.7. Clculo del dimetro en la cola


Ec. 4.10.7-1

( )


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Tabla 4.10.7Resultados para el dimetro de la cola

DEP, (m) C G,(Kg/hm2) V, (Kg/h) A, (m2) d, (m)

0.46 167

4246.99949455.16

2.22631537 1.683636770.52 174 4425.0173 9455.16 2.13675096 1.649422870.55 180 4577.6041 9455.16 2.06552593 1.62169951

4.10.8. Clculo del dimetro medio de la columna

Ec. 4.10.8-1

Clculo modelo para una distancia entre platos de 52 cm

4.10.9. Clculo de la longitud de la columna

( ) Ec.4.10.9-1


( ) ( ) ( )

5. RESULTADOS

Tabla 5-1Resultados de la columna

DEP, (m) Dm, (m) L, (m)0,46 1.460 8.970,52 1.431 10.140.55 1.406 10.725

6. DISCUSIN


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La eficiencia dio un valor muy bajo debido a que la volatilidad relativa delsistema calculada a partir de los datos de equilibrio del sistema fue alta, y juntoal producto de la viscosidad media dio un valor cercano a 10 lo que en la cartade O`Connel y se acerca a los lmites de la carta. Adems la k elegida fue enfuncin del sistema debido a que fue un sistema que no est a altas temperaturasni tiene alcoholes, entonces fue un sistema normal y los rangos de valores para kfueron de 1.3 a 3, segn Vauck Muller. El valor escogido de la distancia entrelos platos fue opcional y basado en los resultados del dimetro y longitud de lacolumna determinando estos valores a diferentes distancias entre cada plato.El mtodo de Mc Cabe fue un poco complicado ya que hubo dificultad almomento de encontrar las densidades para cada componente a la temperaturadeterminada, por lo que se tuvo que reemplazar la temperatura en las ecuacionesdadas en la literatura especializada.

7. CONCLUSIONES

7.1. A medida que disminuimos la distancia entre platos, la columna se hace mscorta y el dimetro ms grande por ende se necesita mayor requerimiento devapor en el caldern.

7.2. El tipo de alimentacin que obtuvimos del sistema binario es para fluido frioya que el factor q es mayor que 1 y la temperatura del sistema es menor a lade ebullicin.

7.3. La volatilidad relativa del sistema es grande debido a que el compuesto tienegran facilidad para evaporarse porque la curva est muy alejada de ladiagonal.

7.4. El nmero de platos que se requieren para la separacin es mayor para elreflujo total, y aumenta de forma continua a medida que disminuye la relacinde reflujo.

7.5. A medida que se va reduciendo el reflujo, el rea formada por las lneas deoperacin va disminuyendo y el nmero de platos aumenta.

7.6. El vapor producido ser siempre ms rico en el componente de punto deebullicin ms bajo que el lquido con el que est en equilibrio, porque seevapora con mayor facilidad.

7.7. Se concluye que el procedimiento grfico utilizado es vlido para el diseo dela columna, con lo que es factible la construccin de la misma y la destilacin para este sistema.

8. BIBLIOGRAFA


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8.1. KIRSCHBAUM, Emil, Destilacin y Rectificacin, Traduccin del alemn,Editorial Aguilar S.A., Madrid 1989.

8.2. OCON, J., TOJO, G., Problemas de la Ingeniera Qumica, Primera edicin,Tomo 2, Graficas Halar, Espaa, 1980

8.3. MEDINA JORGE, Destilacin: Notas de clase del Curso de OperacionesUnitarias I, Ecuador, 2011 2012

8.4. PERRY, Robert, Chemical Engineers Handbook, 7th ed., McGraw Hill BookCompany Inc., New York. 1999

8.5. MC CABE, W. SMITH, J. y otros, SmithOperaciones Unitarias en IngenieraQumica 4ta edicin editorial Mc Graw Hill. Espaa, 1998.

8.6. FELDER R., ROSSEAU R.Principios elementales de los procesos qumicos 2da edicin, editorial Pearson, Mxico, 1991.

8.7. GEANKOPLIS, C. J. Procesos de transporte y operaciones unitarias 3raedicin, editorial Cecsa, Mxico, 1998.

9. ANEXOS9.1. Curva de equilibrio del sistema acetona-agua con Rmin. (Anexo 1)9.2. Curva de equilibrio del sistema acetona-agua con R T (Anexo 2)

9.3. Nmero de platos para el sistema acetona-agua. (Anexo 3)9.4. Carta de OConnel . (Anexo 4)9.5. Carta de Brown-Sounders. (Anexo 5)


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ResultadosTabla 13-1

Valores de Reflujo Mnimo y de TrabajoR min f m k R T

0.5222 -0,1022 10.7847 10 5.222

Tabla 13-2Resultados calculo NR

CondicionesIniciales

N PlatosTericos

Eficiencia N Platos Reales

F, kg/h 14500

5.1 30 % 17T, C 25XF 0,20XW 0,05XD 0,95

Tabla 13-3Resultados para el dimetro de la cabeza


0.46 167 6636.0985 7973.26 1.20149813 1.236848790.52 174 6914.2584 7973.26 1.153162 1.21171427

0.55180 7152.6811 7973.26 1.11472327 1.19134787

Tabla 13-4Resultados para el dimetro de la cola


0.46 167 4246.9994 9455.16 2.22631537 1.683636770.52 174 4425.0173 9455.16 2.13675096 1.649422870.55 180 4577.6041 9455.16 2.06552593 1.62169951

Tabla 13-5

Resultados de la columna

DEP, (m) Dm, (m) L, (m)0,46 1.460 8.97

0,52 1.431 10.140.55 1.406 10.725


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