DISEÑO TORRE DE DESTILACION POR PLATOS

DISEÑO TORRE DE DESTILACION POR PLATOS

SISTEMA

METANOL (CH4O)- AGUA (H2O)

Diseño detallado del modulo.

Base de cálculo: composiciones de entrada y salida al sistema, caudales elegidos, energía a entregar/retirar, etc.

Se tomo una base de cálculo de:

F= 2 L/h

XF=0.3

XD=0.95

XW= 0.05

Tabla 1. Datos de equilibrio del metanol-agua % molar (P= 1 atm)

liquido Vapor T(°C)

0 0 100

0,02 0,134 96,4

0,04 0,23 93,5

0,06 0,304 91,2

0,08 0,365 84,3

0,1 0,418 87,7

0,15 0,517 84,4

0,2 0,579 81,7

0,3 0,665 78

0,4 0,724 75,3

0,5 0,779 73,1

0,6 0,825 71,2

0,7 0,87 69,3

0,8 0,95 67,6

0,9 0,958 66

0,95 0,979 65

1 1 64,5

Calculo PM̄

M ̄=X_F M_A+(1-X_F ) M_B

M ̄=0,3*32,04 g/mol+(1-0,3)*18 g/mol=22,212 g/mol

Calculo de los moles de la alimentación F

ρ=X_F ρ_A+(1-X_F ) ρ_B

ρ=0,3*0,786 g/ml+(1-0,3)*1 g/ml=0,1651 g/ml

F=2 l/h (2000 ml/h)(0,9146 g/ml)=1829,2 g/h

F(moles)=F/M ̄ =(1829,2 g/h)/(22,212 g/mol)=88,35 mol/h

Balance de masa global:

F=D+W 88,35=D+W

Balance por componente:

X_F F=X_D D+X_W W 0,3*88,35=0,95D+0,05W

W=(0,3*88,35-0,95D)/0,05

D=88,35-(0,3*88,35)/0,05+0,95/0,05 D

D=24,54 mol/h W=88,35-24,54=63,81 mol/h

Calculo de la fracción liquida.

La masa molecular media del destilado es:

M ̄destilado=0,95*32,04+(1-0,95)*18=31,338 g/mol

El peso del destilado será:

D=31,338*24,54=769.03 g/h

Calor especifico de la alimentación (C)

Dentro del intervalo de temperatura de operación pueden tomarse los valores medios (T̄) para los calores específicos y para los calores latentes a T̄=50°c

Agua: C=0,99 kcal/(kg °C) τ=600 kcal/kg (18kg/1kmol)=10800 kcal/kmol

Metanol: C=0,63kcal/(kg °C) τ=150 kcal/kg (32kg/1kmol)=4806 kcal/kmol

C=0,63 kcal/(kg°C)*0,3*32 kg/kmol +0,99 kcal/(kg°C)*0,7*18 kg/kmol

C=18,522 kcal/(kmol°C)

De los datos de equilibrio se encuentra que la temperatura de ebullición de la mezcla corresponde a la componente F de X=0,3 es de T°=78°C

h(liq)=18,522 kcal/(kmol°C)*78°C= 1444,72 kcal/kmol

h(alimentacion)=18,522 kcal/(kmol°C)*25°C=463,05 kcal/kmol

Hsat-hliq=0,3*4806 kcal/kmol+ 0,7*10800 kcal/kmol=9001,8 kcal/kmol

Hsat-h=9001,8 kcal/kmol-1444,72 kcal/kmol-463,05 kcal/kmol=7094,03 kcal/kmol

∅=(Hsat-hliq)/(Hsat-h)=(9001,8 kcal/kmol)/(7094,03 kcal/kmol)=1,27

∅>1 por lo que la alimentacion es un liquido frio " por debajo de la temperatura de ebullición"

El coeficiente angular de la recta C será:

∅/(∅-1)=4,7 (y-x_f)/(x-x_f )=∅/(∅-1)=(y-0,3)/(x-0,3)=4,7

y=4,7(x-0,3)+0,3 .

Y=R/(R+1) X+X_D/(R+1) ; R=L/D=5

Y=L_m/V_m x-(Wx_W)/V_m L_m/V_m =(y+W/V_m x_W)/x; W=L_m-V_m

Se halla el punto de intersección entre la línea de alimentación y la línea de enriquecimiento:

Y=0,833x+0,1583=4,7x-1,11

0,833x+0,1583-4,7x+1,11=0

-3,867x+1,2683=0; x=0,328 y=0,4316

Ahora sabiendo que:

L_m/V_m =(y-x_W)/(x-x_W )=(0,4316-0,05)/(0,328-0,05)=1,37

Rinterno=V_m/L_m =0,73

L_m=V_m+W=0,73L_m+63,81; L_m=236,33 mol/h

V_m=0,73*236,33=172,52 mol/h

De modo que:

Línea de empobrecimiento

y=L_m/V_m *X-(W*X_w)/V_m

y=1,37*X-(63,81*0,05)/172,52

Trazando las etapas teóricas como se muestra en la figura, el numero de etapas teóricas es 5,01=5, menos el hervidor lo cual da 4 platos teóricos, la alimentación se introduce en el plato 4, contando a partir de la cabeza de la columna.

El número de platos reales incluido el rehervidor es:

Nr=(Nt-1)/∈+1; ∈=eficiencia de 70%

Nr=(5-1)/0,7+1=6,7≈7 platos reales incluiod el calderin

La altura de la torre será tomando una separación

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