UNEFM. ING QUÍMICA. OPERACIONES UNITARIAS II

1. Ejercicio destilación Multicomponente
Una mezcla de hidrocarburos entra como alimentación a una columna de
destilación como liquido en el punto de burbuja a 300 psia con la siguiente
composición en fracciones molares: C2 = 0,08 ; C3 = 0,15 ; n-C4 = 0,20 ;
n-C5 = 0,27; n-C6 = 0,20 y n-C7 = 0,10.
a. Para una separación nítida entre n-C4 y n-C5 determínese la presión de
la columna y el tipo de condensador, si la temperatura a la salida del
mismo es 120 ºF.
b. Para reflujo total determínese la separación para ocho etapas teóricas
totales, especificando una fracción molar de 0,01 para n-C4 en el
producto de fondo.
c. Determine el reflujo mínimo para las condiciones dadas en (b).
d. Determine el numero de etapas teóricas para una relación de reflujo que
supere en un 50% el valor mínimo.
Nota: Utilice los nomogramas de DePriester para el calculo de los valores de k
Solución:
Una separación nítida indica que los componentes n-C4 y n-C5 salen
completamente por el tope y fondo respectivamente, la distribución se indica
en el diagrama que se muestra a continuación.
C2 = 0,08
C3 = 0,15
n-C4 = 0,20
n-C5 = 0,27
n-C6 = 0,20
n-C7 = 0,10
F
C2 = 0,08
C3 = 0,15
n-C4 = 0,20
D
B
n-C5 = 0,27
n-C6 = 0,20
n-C7 = 0,10
PD
PB

2. Poperacion = (PD + PB)/2
Para determinar la presión de la columna y el tipo de condensador se
determina la presión (PD) del punto de burbuja del destilado a una
temperatura de 120 ºF, y si:
PD < 215 psia ====> El condensador es total
215 psia < PD < 315 psia ====> El condensador es parcial
PD > 365 psia ====>
Base de calculo: 1 mol mezcla alimentada
Para el punto de burbuja ∑yi = 1,00 ; ki = yi/xi ====> ∑ki.xi = 1,00
Asumiendo P = 270 psia
Componente xi di ki ki.xi
C2 0,1860 0,08 2,7 0,5023
C3 0,3488 0,15 1 0,3488
n-C4 0,4651 0,2 0,348 0,1619
n-C5
n-C6
n-C7
0,43 1,0130
Como PD = 270 psia > 215 psia, se calcula la presión PD del punto de rocío del
destilado a 120 ºF.
Para el punto de rocío ∑xi = 1,00 ; xi = yi/ki ====> ∑yi/ki = 1,00
Asumiendo P = 135 psia
Componente xi di ki yi/ki
C2 0,1860 0,08 4,8 0,0388
C3 0,3488 0,15 1,8 0,1938
n-C4 0,4651 0,2 0,6 0,7752
n-C5
n-C6
n-C7
0,43 1,0078
PD = 135 psia
El condensador es parcial y debe elegir un
refrigerante para operar el condensador a
parcial a 415 psia.

3. Si la caída de presión es de aproximadamente 5 psia, quiere decir que la
presión en el fondo de la columna es igual a 135 psia + 20 psia = 155 psia
PB = 155 psia.
Con esta presión se calcula la temperatura de burbuja en la corriente de fondo
y esta debe ser menor a las temperaturas criticas de los componentes de la
corriente (TB < Tc,i)
Calculo de la temperatura de burbuja en la corriente de fondo.
∑yi = 1,00 ; ki = yi/xi ====> ∑ki.xi = 1,00
Asumiendo T = 310 ºF
Componente xi di ki ki.xi Tc (ºF)
n-C5 0,4737 0,27 1,39 0,6584 29
n-C6 0,3509 0,2 0,78 0,2737 -20
n-C7 0,1754 0,1 0,42 0,0737 -63,1
1,0000 0,57 1,0058
Como se observa en la tabla anterior TB < Tc,i
Poperacion = (135 + 155)/2 = 145 psia
Poperacion = 145 psia
Tipo de condensador: Condensador Parcial.
b) Para 8 etapas teóricas totales, Nmin = 8 se determina la separación si la
composición del componente clave liviano en la corriente de fondo es igual a
0,01.
C2 = 0,08
C3 = 0,15
n-C4 = 0,20 LK
n-C5 = 0,27 HK
n-C6 = 0,20
n-C7 = 0,10
F
C2 = 0,08 mol/h
C3 = 0,15 mol/h
n-C4 = ?
n-C5 = ?
y(n-C4)= 0,01
n-C5 = ?
n-C6 = ?
n-C7 = ?

4. Asumiendo la recuperación del clave pesado en la corriente de fondo, se
determina la distribución de los componentes, considerando volatilidad relativa
constante.
Ecuaciones de distribución de los componentes:
( )
( ) min
min
,
,
1
N
m
HK
i
r
r
N
m
HK
i
r
r
i
i
b
d
b
d
f
d
α
α
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
( ) min
,
1
N
m
HK
i
r
r
i
i
b
d
f
b
α
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
Se determina la temperatura de la alimentación y la volatilidad promedio se
calcula a la temperatura de la misma. La alimentación entra como liquido en su
punto de burbuja a 300 psia
Asumiendo T = 228 ºF
Componente xfi fi ki ki.xi alfai
C2 0,08 0,08 4,4 0,352 10,4762
C3 0,15 0,15 2,07 0,3105 4,9286
n-C4 0,2 0,2 0,9 0,18 2,1429
n-C5 0,27 0,27 0,42 0,1134 1,0000
n-C6 0,2 0,2 0,22 0,044 0,5238
n-C7 0,1 0,1 0,1 0,01 0,2381
1,0000 1,0000 1,0099
Se asume una recuperación del 92,7 % molar del clave pesado por la corriente
de fondo y se obtienen los moles del clave pesado en la corriente de tope igual
a 0,01971 y los moles del clave pesado en la corriente de fondo igual a
0,25029 es decir, dr = 0,01971 y br = 0,25029 con estos valores se
determinan los moles del resto de los componentes que salen por la corriente

5. de fondo y se comprueba que la fracción molar del componente clave liviano
en la corriente de fondo es igual a 0,01.
Recuperación= 92,7 dr = 0,01971 (dr/br)alfa(8) =c br = 0,25029
Componente fi alfa alfaelv(8) c fi/(1+c) xbi fi(c)/(1+c) xdi
C2 0,08 10,4762 1,45E+08 11425451,55 7,00191E-09
1,3E-
08 0,0800 0,1801
C3 0,15 4,9286 348167,8 27417,7434 5,47071E-06
9,8E-
06 0,1500 0,3377
n-C4 0,20 2,1429 444,6469 35,01534137 0,0056 0,0100 0,1944 0,4378
n-C5 0,27 1,0000 1,0000 0,078748652 0,25029 0,4504 0,0197 0,0444
n-C6 0,20 0,5238 0,005667 0,000446239 0,1999 0,3597 8,92E-05 0,000201
n-C7 0,10 0,2381 1,03E-05 8,13426E-07 0,1000 0,1799 8,13E-08 1,83E-07
1,00 0,5558 1,0000 0,4442 1,0002
c) Reflujo mínimo para las condiciones dadas en el punto b.
Antes de iniciar el calculo del reflujo mínimo se comprueba la distribución de
los componentes mediante la ecuación de Shira’s:
C2 = 0,08
C3 = 0,15
n-C4 = 0,20 LK
n-C5 = 0,27 HK
n-C6 = 0,20
n-C7 = 0,10
Fracción molar
C2 = 0,1801
C3 = 0,3377
n-C4 = 0,4378
n-C5 = 0,0444
n-C6 = 2,01E-04
n-C7 = 1,83E-07
Fracción molar
C2 = 1,3E-08
C3 = 9,8E-06
n-C4 = 0,0100
n-C5 = 0,4504
n-C6 = 0,3597
n-C7 = 0,1799
D
B
F