Intercambiadores De Calor
Enviado por jesusguzp • 14 de Febrero de 2014 • 3.154 Palabras (13 Páginas) • 245 Visitas
Diseño Preliminar y Estimación de Costos: Proceso de Producción de Acetona
Corriente 1 2 3 4 5 6 7 8
Temperatura (°C) 22 90 61 61 90 83 83 109
Presión (bar) 1,63 1,4 1,5 1,5 1,4 1,2 1,2 1,4
Flujo másico (ton/h) 2,79 0,92 4,22 4,22 0,92 8,23 0,27 0,65
Flujo molar (kmol/h) 74,02 41,73 72,51 32,29 41,73 177,18 5,88 35,85
Flujo molar del componente (kmol/h)
Hidrogeno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Acetona 32,43 0,16 72,45 32,27 0,16 4,82 0,16 0,00
Alcohol Isopropilico 3,84 3,82 0,05 0,02 3,82 115,0 3,82 0,00
Agua 37,75 37,75 0,01 0,00 37,75 57,26 1,90 38,85
Se modificaron las corrientes 3 de tal manera que hubiese presencia de agua en el tope. Todo esto con el propósito de simplificar los cálculos.
Servicio cw cw cw lps lps
Equipo E-1006 E-1008 E-1005 E-1007 E-1010
Flujo (ton/h) 74 176 1,68 3,55 4,16
COSTO DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN T-1005
Se asume una mezcla de componentes ideal. Por lo que obedecen a la ley de Raoult.
Cálculo del número de etapas de equilibrio.
El número mínimo de etapas de equilibrio se calculó mediante la ecuación de Fenske :
N_min=(ln (x/(1-x))_tope/(x/(1-x))_fondo )/(ln α ̅ ) (1)
Siendo la volatilidad relativa promedio, α ̅, igual a:
α ̅=√(α_tope α_fondo )(2)
Y a su vez se puede definir las volatilidades relativas en el fondo y tope como la relación entre las presiones de vapor de los componentes liviano (acetona) y pesado (agua) claves respectivamente.
α=(P_i^°)/(P_j^° ) (3)
Las presiones de vapor de cada componente se calculan a partir de la ecuación de Antoine:
lnP_i^°=A_i-B_i/(T+C_i )
Donde Pi° está en mmHg y T en K. los valores de las constantes de Antoine para cada uno de los componentes se encuentran consignados en la tabla &&
COMPONENTE Ai Bi Ci
Acetona 16,6513 2940,46 -35,92
Alcohol Isopropilico 18,6929 3440,80 -53.54
Agua 18,3036 3816,44 -46,13
La presión de vapor de la acetona en el tope será:
lnP_i^°=16,6513-2940,46/(334,15 K-35,92)=6,7915
P_i^°=890,3319 mm Hg
890,3319 mm Hg*(1 atm)/(760 mm Hg)*(1 bar)/(0,987 atm)=1,1869 bar
Y en el fondo:
lnP_i^°=16,6513-2940,46/(382,15 K-35,92)=8,1585
P_i^°=3492,9648 mm Hg
3492,9648 mm Hg*(1 atm)/(760 mm Hg)*(1 bar)/(0,987 atm)=4,6565 bar
En el caso del agua, presión de vapor en el tope será:
lnP_i^°=18,3036-3816,44/(334,15 K-53,54)=4,7030
P_i^°=110,28 mm Hg
110,28 mm Hg*(1 atm)/(760 mm Hg)*(1 bar)/(0,987 atm)=0,1470 bar
Y en el fondo:
lnP_i^°=18,3036-3816,44/(382,15 K-53,54)=6,6897
P_i^°=804,0899 mm Hg
804,0899 mm Hg*(1 atm)/(760 mm Hg)*(1 bar)/(0,987 atm)=1,071 bar
De la misma manera se calculó la presión parcial del alcohol isopropilico. Estos valores se encuentran tabulados en la tabla ###.
COMPONENTE Pi° (bar) @ 335,15 K Pi° (bar) @ 382,15 K
Acetona 1,1869 4,6565
Alcohol Isopropilico 0,8276 4,9624
Agua 0,1470 1,071
Por lo que las volatilidades relativas en el fondo y en el tope, que se calculan con la ecuación (3), son:
α_tope=1,1869/0,1470=8,074
α_fondo=4,6565/1,071=4,3478
Reemplazando en la ecuación (2):
α ̅=√((8,074)(4,3478))=5,9248
Ahora bien, las composiciones de fondo y tope para la acetona y el agua son:
x_(D,Acetona)=104,72/(104,72+0,01)=0,9999
x_(B,Acetona)=0,16/(37,75+0,16)=0,004
Reemplazando en la ecuación (1):
N_min=(ln (0,9999/0,0001)_tope/(0,004/0,996)_fondo )/(ln 5,9248)=14,72
N_min=15
EL número óptimo de platos teóricos óptimo económicamente es cercano al doble del valor mínimo :
N_T=30
Asumiendo la eficiencia más baja posible (60%) , el número de etapas actuales será:
N_A=30/0,60=50
Considerando un factor de seguridad del 10% del número de etapas calculadas :
N_A=30*(1,1)=55
Cálculo del Diámetro de la columna.
El diámetro de la columna se calcula mediante el método de velocidad de arrastre del vapor. Para lo cual se hace necesario calcular en primera instancia el peso molecular promedio del vapor del tope de la columna. Por lo que se parte de los valores de presión parcial de cada uno de los componentes, consignados en la tabla ##, para el cálculo de las constantes de Raoult:
K=(P_i^°)/P_T (4)
Siendo la presión en el tope de la columna 1,20 bar.
COMPONENTE K Z(Fi/FT)
Acetona 0,9890 0,44
Alcohol Isopropilico 0,6896 0,05
...