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Prof. Ing. Yolimar Fernรกndez


- BALANCES

DE

MASA

Y

ENERGÍA

RECTIFICACIÓN.  ZONA DE ENRIQUECIMIENTO.  ZONA DE AGOTAMIENTO.  ZONA DE ALIMENTACIÓN. - CONDICIONES LÍMITES DE OPERACIÓN. - REFLUJO DE OPERACIÓN -EFICIENCIA EN LOS PLATOS. - EJERCICIOS DE APLICACIÓN. - EJERCICIOS PROPUESTOS. - REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS.

EN

UNA

COLUMNA

DE


Balance de masa total alrededor de la columna:

F = D+B Balance de masa por componente alrededor de la columna:

z F .F = xD .D + xB .B Balance de energía alrededor de la columna:

H F .F + qr = H D .D + H B .B + qc

Entonces:

 z F − xB   D = F   x D − xB 


Balance total de masa :

Vn+1 = Ln + D Balance de masa por componente :

Vn+1. yn+1 = Ln .xn + D.xD Arreglando se puede escribir : Para el caso de flujo molar constante podemos escribir: Línea operación de la L D sección de y = x + xD rectificación V V En función del reflujo R=L/D:

y=

R 1 x+ xD R +1 R +1

Ln D y n +1 = xn + xD Vn +1 Vn +1


y= Recordando:

y=

L D x + xD V V

R 1 x+ xD R +1 R +1

Si R y XD son especificados se puede graficar la línea:

y2 y

Con y = 0 → y = x D

1

y1

n n +1

m=

Línea de operación. Sección de enriquecimiento (L.O.E)

1 y= xD R +1 y=

L R = <1 V R +1

D xD V x

x1

x0 = x D


Balance total de masa :

Vm+1 = Lm − B Balance de masa por componente :

Vm+1. ym+1 = Lm .xm − B.xB Arreglando se puede escribir :

Se define esta ecuación como Línea operación de la sección de agotamiento

y m +1 =

Lm B xm − xB Vm +1 Vm +1


Recordando:

y m +1 =

y

Lm B xm − xB Vm +1 Vm +1

m

y m +1

m=

Lm V m +1

Línea de operación. Sección de agotamiento (L.O.A)

y=−

B V m +1

xB

xm Con y = 0 → y = x B

x


V n (1-q)F

Ln

F

Se define el parámetro “q” como la fracción líquida del alimento e indica la condición térmica de la alimentación El valor de q puede calcularse de la siguiente manera:

q* F

q=

Lm

Vm

Lm − Ln H v − H F = F HV − H L

Restando las ecuaciones de las líneas de operación (zona de enriquecimiento – zona de agotamiento) e insertando la definición de q, se tiene: b

a

y=

q x x− F q −1 q −1

a. Líquido subenfriando, q > 1

c

y

b. Líquido saturado, q = 1 c. Mezcla L-V, 0 < q < 1

d

d.Vapor saturado, q = 0

e

e.Vapor sobrecalentado, q < 0 xB

xF

xD

x


 Cuando la línea de operación de la zona de enriquecimiento intercepta la curva de equilibrio y se requiere una cantidad infinita de etapas. Reflujo mínimo

Número mínimo de pisos

Número infinito de pisos Fracción molar en el vapor, y

Fracción molar en el vapor, y

 Cuando la columna trabaja a reflujo total. No hay alimentación, ni salidas de destilado ni de fondos durante la operación de la columna

XR

XD Fracción molar en el líquido, x

XR

XF

Fracción molar en el líquido, x

XD


 El equilibrio presenta desviaci贸n.

 Recta tangente a la recta de equilibrio.

 Busco punto m谩s c贸ncavo (P) y se une con xB.

P K

T

xB

xB

R min + 1

R min + 1 A

XR

XF

XD

XR

XF

XD


 La razón de reflujo de operación que se debe aplicar en realidad está situada entre el límite del reflujo total (número de platos mínimo) y el límite del reflujo mínimo (número de platos infinito).  Para seleccionar el valor apropiado de R se requiere un balance económico completo de los costos fijos de la torre y de los de operación.  La relación óptima de reflujo que debe intervenir para un costo total mínimo por año, está situada entre el mínimo Rm y el reflujo total.  Se ha demostrado en muchos casos que para lograr esto, la relación de reflujo de operación debe estar situada entre 1.2Rm y 1.5Rm.


Plato real: No llega alcanzarse el equilibrio entre el líquido y el vapor que sale de él. En consecuencia, la concentración del vapor es menor que la de equilibrio. Eficiencia de platos total o global ε0 =

Número de platos ideales Número de platos reales

Eficiencia de platos de Murphree εM =

yn − yn +1 ( yn* − yn +1 )

Eficiencia de platos puntual o local

ε MP

y ' n − y ' n +1 = * ( yn − y ' n +1 )


100 Kmol/hr de una alimentación de 60% benceno y 40% tolueno es separada por destilación. El destilado tiene que ser 90% benceno y el fondo 10% benceno. La alimentación entra a la columna como 30 mol% vapor. Use R 1.5 veces el mínimo. Asuma volatilidad relativa de 4 y que la presión es constante en la columna =1 atm


Se desea destilar una mezcla líquida de benceno – tolueno en una torre fraccionadora a 101,3KPa de presión. La alimentación de 100Kmol/h es líquida y contiene 45%mol de Benceno y 55% de tolueno y entra a 327,6K . También se desea obtener un destilado que contenga 95%mol de Benceno y un residuo que contenga 10%mol de benceno. La relación de reflujo es 4:1. La capacidad calorífica promedio de la alimentación es 159KJ/Kmol.K, el calor latente promedio es 32099KJ/Kmol y el punto de ebullición de la alimentación es 366,7K.Calcule los Kmol por hora de destilado y residuo, número de platos teóricos que se requieren, reflujo mínimo y número mínimo de platos.


1. A mixture of alcohol and water containing 0.45 mole fraction of alcohol is to be continuously distilled in a column to give a top product of 0.825 mole fraction alcohol and a liquor at the bottom containing 0.05 mole fraction alcohol. How many theoretical plates are required if the reflux ratio used is 3? a) Calculate the minimum number of plates y minimum reflux ratio possible. b) Calculate number of plates theory a efficiency of 60%.

2. A mixture of 40 mole per cent benzene with toluene is distilled in a column to give a product of 95 mole per cent benzene and a waste of 5 mole per cent benzene, using a reflux ratio of 4. a) Using the McCabe and Thiele method, determine the number of plates required and the position of the feed if supplied to the column as liquid at the boiling-point. b) Find the minimum reflux ratio possible. c) Find the minimum number of plates. d) f the feed is passed in at 288 K find the number of plates required using the same reflux ratio.


COULSON, J.M. y J.F. RICHARDSON. “Ingeniería Química. Tomo II. Operaciones básicas”. Editorial Reverté, Barcelona, 1988. OCON J Y TOJO G. “Problemas de Ingeniería Química”. Tomo II. Madrid España. 1980. MCCABE, W., “Operaciones unitarias de ingeniería química”. La Habana, Edición Revolucionaria, 1979.  TREYBAL, R. “Operaciones de Transferencia de Masa”. Editorial McGRAW-HILL. 3a edición. México, 1998.

McCabe Thiele  

Descripción del método grafico (McCabe Thiele), el cual permite determinar el numero de platos o etapas teóricas necesarias para la separaci...

McCabe Thiele  

Descripción del método grafico (McCabe Thiele), el cual permite determinar el numero de platos o etapas teóricas necesarias para la separaci...

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