Balance de materia y energía. Bloque de corrección (Rellena el ayudante)
Cristian tello jaureInforme23 de Agosto de 2016
2.296 Palabras (10 Páginas)661 Visitas
21-8-2016 |
[pic 1]
[pic 2]
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA | ||
Laboratorio N°1 | ||
Pre-Informe | ||
Balance de materia y energía. | ||
Bloque de corrección (Rellena el ayudante) | ||
Item | Puntaje total | Puntaje obtenido |
Profesora | Andrea Lazo Acuña | |
Ayudante | Santiago Fadic Martina Witting | |
Bloque | Martes 7 | |
Alumnos | Javier Aros | |
Cristian Tello | ||
Contenido
Ejercicio 1:
Ejercicio 2:
Ejercicio 3:
Sección conceptual
Referencias
Figura 1 Proceso de destilación
Figura 2 Proceso ejercicio 2
Figura 3 Entalpía vs fracción en masa
Tabla 1 Entalpías de vaporizacion
Tabla 2 Capacidades caloríficas
Ejercicio 1:
Uno de los procesos más importantes y estudiados en ingeniería de procesos corresponde a la
destilación. La destilación consiste en separar mediante la diferencia en los puntos de ebullición una
mezcla de fluidos. Generalmente en la parte de fondo de la torre se utiliza un rehervidor que entrega la
energía necesaria para llevar a cabo la separación. En la parte superior se condensa una corriente cuya
composición es mayoritariamente el compuesto más volátil y por la parte inferior se obtiene el
compuesto más pesado. En el proceso de separación de una mezcla benceno – tolueno una columna de destilación separa 1500 kg/h de esta solución que contiene 55% en masa de benceno. El producto recuperado del condensador en el tope (parte superior) de la columna contiene 91% de benceno e ingresa a él a 82°C. La corriente de vapor que entra al condensador de la parte superior de la columna es 1200 kg/h que luego de ser condensada se dirige a un estanque acumulador en el cual una parte del producto se regresa a la columna como reflujo y el resto es tomado para utilizarlo en otra sección de proceso (destilado). Suponga que las composiciones de las corrientes en la parte superior de la columna; el producto retirado (destilado) y el reflujo (recirculación) son idénticas. El fondo de ésta torre contiene 96% de tolueno, corriente que abandona el proceso a 105°C. El tolueno obtenido de esta corriente es utilizado para la producción de pegamento, el cual debe ingresar a otra sección del proceso a 60 °C. Para lograr esta disminución de temperatura se utiliza un intercambiador de calor.
Determine:
a) Realice el diagrama de proceso (PFD) correspondiente para la situación presentada.
b) Realice el o los balances de materia necesarios para la torre de destilación.
c) Determine la corriente de destilado y de reflujo en (kg/h)
d) Realice los balances de energía para el condensador y el intercambiador de calor.
e) Obtenga los requerimientos de agua de enfriamiento para el condensador y el intercambiador de
calor.
f) Identifique las posibles causas de pérdidas de energía.
- [pic 3]
Figura 1 Proceso de destilación
- Utilizando la expresión de balance de masa:
[pic 4]
Como no existe acumulación, puesto que se encuentra en estado estacionario, No existe generación ni transferencia de materia, El balance queda:
[pic 5]
Realizando un balance de masa global del proceso y otro por la cantidad de tolueno, se tiene que:
[pic 6]
[pic 7]
Como el valor de es conocido y es igual a 1500 [kg/h] se procede a resolver el sistema de ecuaciones, obteniendo asi:[pic 8]
[pic 9][pic 10]
Realizando un balance de materia en la torre de destilacion se tiene que:
[pic 11]
Teniendo el valor de y se obtiene que . [pic 12][pic 13][pic 14]
- Destilado = 879,3 [kg/h] y Reflujo = 320,7 [kg/h].
- Utilizando la expresión de balance de energía:
[pic 15]
En ambos equipos no existe acumulación de energía, ni generación de esta, por lo tanto, la expresión de balance de energía queda:
[pic 16]
Condensador:
Para obtener el balance en el condensador se supondrá que es un condensador total, está perfectamente aislado y la presión se mantiene constante, Así
[pic 17]
Dado que el fluido que pasa por el equipo es una mezcla se procederá a calcular un de la mezcla con un promedio ponderado entre las dos entalpias de vaporización.[pic 18]
Compuesto | [kJ/mol][pic 19] | [kJ/Kg][pic 20] | referencia |
Benceno | 31,5 | 403,3 | Stephenson, Malanowsky |
Tolueno | 35,4 | 384,2 | Pivenq |
Tabla 1 Entalpías de vaporizacion
[pic 21]
[pic 22]
Intercambiador de calor:
Puesto que la mayoría de la mezcla contiene tolueno y a presión atmosférica la temperatura de ebullición es inferior a 105 °C, se asume que el fluido está completamente líquido.
Análogamente al balance realizado en el condensador obtendremos que el calor intercambiado es:
[pic 23]
Se procede a obtener el valor de con la expresión: [pic 24]
[pic 25]
Para obtener el valor del cp de la mezcla se realizará un ponderado entre los cp de cada uno de los compuestos:
Compuesto | Cp [kj/kmol*k] | Cp [kj/kg*k] | Referencia |
Tolueno | 157 | 1,71 | Nist webbook |
Benceno | 143,57 | 1,84 | Nist webbook |
Tabla 2 Capacidades caloríficas
[pic 26]
Con todos los datos, finalmente se obtiene que el calor recibido es: [pic 27]
- Se utilizará el agua líquida como fluido de servicio para llevar a cabo la condensación y el intercambio de calor en el proceso. Se ingresará a temperatura ambiente (aprox 20°C) y se calentará hasta un máximo de 50 °C, debido a que pasada de esta temperatura comienza a precipitar los minerales que contiene el agua formando sarro.
[pic 28]
[pic 29]
[pic 30]
[pic 31]
- Existirán perdidas naturales provocada por la entropía y perdidas del proceso provocadas por la fricción entre las tuberías y el fluido, también parte de la energía se traspasará a los alrededores en el condensador y el intercambiador de calor, puesto que estos equipos en la realidad no están perfectamente aislados.
Ejercicio 2:
A continuación, se presenta un sistema similar al instalado en el Laboratorio. En este proceso hay dos ciclos involucrados, el ciclo de enfriamiento y el de calefacción. El primero está conformado por las líneas 1, 2, 3 y 4 y el segundo por las líneas 5, 6, 7 y 8. El segundo ciclo cumple la función de simular el calor de reacción producido por una reacción química en el reactor CSTR1. Esto se logra calentado el agua que entra al reactor mediante una resistencia R1. El primer ciclo utiliza agua de la matriz para enfriar el reactor CSTR1. El agua que sale del reactor debe ser enfriada antes de ser devuelta al alcantarillado y es por eso que el agua que viene desde la matriz intercambia calor con el agua que va hacia el alcantarillado en el intercambiador de tubos y coraza HX1.
...