Sistemas Multicomponente - Destilación

FACULTAD DE INGENIERÍA – U.B.A.[pic 1][pic 2][pic 3]

Operaciones Unitarias de Transferencia de Materia (76.52)

SISTEMAS MULTICOMPONENTES

Alumnos: Bunge, Tomás Ignacio

Costa, Luis María

Manning Barnech, Nathalie Ashleigh

Mercau, Maria Guillermina

  Fecha de entrega: 25/06/2010

1er Cuatrimestre 2010

Objetivo:

El objetivo del trabajo práctico es resolver una torre de destilación de-propanizadora mediante la utilización de métodos analíticos y compararlos con el software de simulación Hysys.

Esquema del equipo:

[pic 4]

Resolución analítica:

La primera suposición que se hizo en este trabajo fue seleccionar las llaves pesada y liviana, las cuales se van a verificar más adelante.

• LLAVE LIVIANA “lk”: propano

• LLAVE PESADA “hk”: i-butano

A continuación se muestran las composiciones y flujos para todos los componentes en la alimentación, destilado y fondo.

Nota: En el destilado se decidió utilizar una masa de i-butano equivalente al 3% del alimentado, que es el máximo permitido.

Determinación de la condición térmica de la alimentación:        

Para el cálculo de la condición térmica de entrada (ϕ) se realiza un flash isotérmico de la corriente F. El procedimiento utilizado es el de Rachford-Rice, el cual tiene como suposición que el valor de K es independiente de las composiciones molares tanto en el líquido como en el vapor, siendo únicamente función de la presión y la temperatura.

[pic 5]

La ecuación de Rachford-Rice se obtiene a partir de las siguientes expresiones:

Balance global:

[pic 6]

Balance parcial:

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]        0<ϕ<1

Relacionando las ecuaciones anteriores se obtienen expresiones para x e y:

[pic 10]

[pic 11]

Teniendo en cuenta que se cumple:

[pic 12]

Entonces, se obtiene:

[pic 13]

        Donde

[pic 14]

        Calculando Pv con la expresión de Antoine para todos los compuestos, excepto la del etano, ya que el rango de validez de la ecuación no incluye a la temperatura de trabajo. Para el etano se utilizaron los nomogramas de De Priester.

        Para cumplir con la ecuación de Rachford-Rice, se busca mediante el uso de la herramienta Solver de MS Excel el valor de ϕ que cumple con la condición.

        De esta forma, se obtuvo:

[pic 15]

        Con el valor dato de la corriente F y ϕ se calcularon los valores de las corrientes V y L:

[pic 16]

Cálculo de las temperaturas extremas de la columna:

Las temperaturas extremas de la columna corresponden a la temperatura de Rocío para el caso del destilado (condensador) y a la temperatura de burbuja para el fondo.

Para encontrar los valores de dichas temperaturas se resolvieron dos procesos iterativos, uno para cada extremo de la columna:

• Punto de rocío:

En este caso se cumplen las siguientes ecuaciones:

[pic 17]

[pic 18]

La ecuación de f(ϕ) desarrollada anteriormente toma la siguiente forma:

Debido que al estar en el punto de rocío V=F, entonces  ϕ = 1.[pic 19]

Proceso iterativo: [pic 20]

• Punto de burbuja

En este caso se cumplen las siguientes ecuaciones:

[pic 21]

[pic 22]

Al estar en el punto de burbuja, V=0 y ϕ  toma el valor 0.Obteniendo así, la siguiente ecuación para f(ϕ)

[pic 23]

Proceso iterativo:

[pic 24]

Los resultados obtenidos mediante los dos procesos iterativos son:

Cálculo del número de platos mínimo (Nmin)

El número mínimo de etapas de equilibrio corresponde a la condición de reflujo total. Esta condición se puede alcanzar en la práctica cargando la columna con la alimentación y operando sin introducir más alimentación y sin retirar producto de tope ni de fondo. Todo el vapor que sale de la última etapa, se condensa y retorna a la misma como reflujo, mientras que todo el líquido de la primera etapa se vaporiza y retorna a la etapa 1 como vapor. En esta condición de operación (estado estacionario) se supone que no hay pérdidas de calor, de este modo el calor de entrada al reboiler y el calor de salida del condensador son iguales.

...