Determinación De La Relación De Reflujo óptimo.

Ejemplo 6. Determinación de la relación de reflujo óptimo.

Una columna de destilación de tamiz de placa está siendo diseñada para manejar 700 libras mol (318 kg mol) de alimentación por hora. La unida funcionara de forma continua a una presión de 1 atm. La alimentación consta del 45% en moles de benceno y 55% en moles de tolueno, la alimentación entra a su temperatura de ebullición.

El producto de cabeza de la torre de destilación debe contener 92% en moles de benceno, y el fondo debe contener 95% en moles de tolueno. Determinar:

La relación de reflujo óptima como líquido moles devuelto a la torre por mol de producto destilado retirado.

(b) La relación de la relación de reflujo óptima a la relación de reflujo mínimo.

(c) El porcentaje del costo variable total por el consumo de vapor en las condiciones óptimas.

Datos:

A partir de los datos de equilibrio para una mezcla Vapor-líquido de benceno y tolueno a presión atmosférica (método Mc-Thiele), determinar el número de platos teóricos, para una relación de reflujo de 1.7.

La capacidad calorífica molar de las mezclas líquidas de benceno y tolueno en todas las proporciones se puede suponer que ser de 40 Kcal / (libra mol) (° F) (1,67 X 10 J / kg mol. K)

El calor de vaporización molar de benceno y tolueno se puede tomar como 13.700 Btu / libra mol (3,19 X 10 J / kg mol).

Los efectos en el cambio de temperatura sobre la capacidad calorífica y calores de vaporización son despreciables. Las pérdidas de calor de la columna son despreciables. Efectos de la caída de presión en la columna pueden ser despreciados.

El coeficiente global de transferencia de calor es 80 Btu/(h)(ft2)(°F)(454J/m2sK) en el rehervidor y 100 Btu/(h)(ft2)(°F)(568J/m2sK) en el condensador.

La temperatura de ebullición es 201 ° F (367 K) para la alimentación, 179 ° F (367 K) para el destilado, y 227 ° F (381 K) para el fondo. La diferencia de la fuerza impulsora de temperatura en el condensador de reflujo se puede basar en un promedio del agua de refrigeración de temperatura de 90 ° F (305 K); y el cambio en la temperatura del agua de refrigeración es de 50 ° F (27,8 K) para todos los casos. Vapor saturado a 60 psi (413,6 kPa) se utiliza en el rehervidor. A esta presión, la temperatura del vapor de condensación es 292,7 ° F (418 K) y el calor de condensación es 915,5 Kcal / Kg (2,13 X10 J / kg). No se emplearon dispositivos de ahorro de calor.

El diámetro de la columna esta basado en la velocidad máxima permitida de vapor de 2,5 m / s (0,76 m / s) en la parte superior de la columna. La eficiencia global de la placa se puede suponer en un 70 por ciento. La unidad operarara 8500 h por año.

Datos de los costos:

Costo del vapor =$1.50/1000 lb ($3.31/1000 Kg)

Costo del agua de refrigeración = $0.090/1000 gal o $0.108/10,000 lb ($0.238/10,000 Kg).

La suma de los costos para tuberías, aislamiento e instrumentación puede estimarse en un 60% del costo del equipo instalado. Los costos fijos anuales asumen un 15% del costo total para el equipo instalado, tuberías, instrumentación, y el aislamiento.

Los siguientes costos pertenecen a los equipos instalados, e incluyen los gastos de entrega y montaje. (Los datos pueden interpolarse).

Tabla1. Columna de destilación placa de tamiz

Diámetro

plg m $/plato

60 1.52 2400

70 1.78 3000

80 2.03 3700

90 2.29 4500

100 2.54 54000

Tabla2. Condensador-intercambiador de tubo y coraza

Área de transferencia de calor

ft2 m2 $

800 74.3 19,500

1000 92.9 22,500

1200 111.5 25,200

1400 130.1 27,600

1600 148.6 29,700

Tabla3. Rehervidor-intercambiador de tubo y coraza

Área de transferencia de calor

ft2 m2 $

1000 92.9 34,500

1400 130.1 42,300

1800 167.2 49,200

2200 204.4 55,500

2600 241.5 60,600

Costo anual de la columna de destilación

A partir del método de McCabe-Thiele

...