Destilación fraccionada de una mezcla ideal

OPERACIONES UNITARIA III
PRQ-603
DESTILACIÓN FRACCIONADA
Docente: Mg Sc Ing. Armenio Silva Manzaneda

EFECTO DE LAS CONDICIONES OPERACION
• Las condiciones de la corriente de alimentación “F” que entra a la
torre determina la relación entre el vapor Vm en la sección de
empobrecimiento y Vn sección de enriquecimiento y entre Lm y Ln.
Mg Sc Ing. Armenio Silva
1 lim
lim
Calor necesario para vaporizar mol dea entacionencondiconesdeentrada
q
Calorlatentemolar devaporizaciondela a entacion

V F
V L
H H
q
H H



HV =Entalpia de la alimentación al punto de roció
HL= Entalpia de la alimentación al punto de burbuja
HF= Entalpia de la alimentación en condiciones de entrada

Estado termodinámico de la alimentación
Ln
HLn, f-1
Vn
HVn, f
Lm
HLm, f
Vm
HVm, f+1
F
Hf
Balance global de materia
Balance global de entalpía
Considerando que las entalpías de los
vapores saturados son similares, e
igualmente las de los líquidos saturados, en
este plato de alimentación, se tiene:
F HF + HL (Ln - Lm) = HV (Vn – Vm) (2)
L L H H
= q
H H
m n V F
V L
F
 


F + Ln + Vm = Lm + Vn (1)
F HF + Ln HLn, f-1 + Vm HVm,f+1 = Lm HLm, f + Vn HVn, f
Combinando (1) y (2):

Vn Ln
m
L
m
V
F
q F
(1-q) F
Alimentación
m n
L L qF
 
(1 )
n m
V V q F
  
También se puede considerar a “q” como el numero de moles de liquido saturado
producido en el plato de alimentación por cada mol que penetra en la torre.

Línea de alimentación
Destilación
súbita
F, XF
D, y
R, x
 
1
F D R
x F x D Rx
 
 
2
m m R
yV xL Rx
 
 
3
n n D
yV xL Dx
 
Restando 2 y 3
( ) ( )
m n m n R D
y V V x L L Rx Dx
    
 
( ) ( )
4
m n m n
F
y V V x L L
x
F F
 
 

Línea de alimentación
( 1) 1
F
X
q
y x
q q
 
 
Balance global de materia
Vm - Vn = Lm - Ln- F
( ) ( )
1
m n m n
V V L L
F F
 
 
( )
1
m n
V V
q
F

 
Reemplazando en (4)
F + Ln + Vm = Lm + Vn

LOCALIZACION DE LA LINEA “q” PARA CONDICIONES
TIPICAS DE ALIMENTACION

Se desea diseñar una columna de para separar 10.000kg/h de una mezcla que contiene 40% de
benceno y 60% de tolueno, con el fin de obtener un producto de cabeza (destilado) con 92% de
benceno y un producto de cola (residuo) con 98% de tolueno. Todos estos porcentajes están en
peso. Se utilizará una relación de reflujo externa de 3,5.
a) Calcular los caudales de destilado y residuo producidos.
b) Determinar el número de platos ideales y la ubicación del plato de alimentación en los
siguientes casos:
i) la alimentación entra como líquido a su temperatura de ebullición
ii) la alimentación consiste en una mezcla de dos tercios de vapor y un tercio de líquido.
Datos de equilibrio del sistema Benceno-Tolueno a 260 mmHg
X 0 0,0169 0,1292 0,2529 0,4113 0,5810 0,2801 1
Y 0 0,0389 0,2613 0,4561 0,6320 0,2262 0,9002 1
PROBLEMA 2.1

4402
0
92
60
78
40
78
40
,
X F 


9744
0
92
3
78
97
78
97
,
X D 


0235
0
92
98
78
2
78
2
,
X B 


h
/
kmol
.
.
.
F 5
116
92
6
0
78
4
0
10000 









Calculo de caudales de destilado y residuo
F D R
 
kmol/h
05
.
51

D
65.45kmol/h
R 
116,5 /
D R kmol h
 
F D R
FX DX RX
 
)
0235
.
0
(
)
9744
.
0
(
)
4402
.
0
)(
5
,
116
(
B
D 


0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD

1 1
F
x
q
y x recta de pendiente
q q
   
 
Línea de alimentación (q=1)

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
Línea alimentación
(q=1)

2165
0
7778
0
5
4
9744
0
5
4
5
3
1
1
.
x
.
.
.
x
.
.
R
x
x
R
R
y
D
D
D
D 







Línea operativa del sector de enriquecimiento LOSE

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
(q=1)
LOSE
(y= 0.2228x+0.2165)

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
(q=1)
LOSE
(y= 0.2228x+0.2165)
LOSA

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
Sector
enriquecimiento 1
2
3
4
5

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
Sector
enriquecimiento 1
2
3
4
5
Sector
Agotamiento
6
7
8
9
10
11
12

Cálculo de caudales
kmol/h
.
.
.
D
L
V 725
229
05
51
675
178 




kmol/h
178.675
L
.
L
.
D
L
RD 




05
51
5
3

Calcular la razón de reflujo mínima y el número mínimo de
platos para cada uno de los casos de alimentación del
problema anterior.
PROBLEMA 2.2

Número mínimo de platos
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD

Razón de Reflujo mínima
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
q= 1

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
0.39= XD/(RDmin +1) Rdmin =1.50

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
q= 2/3

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
X
Y
XF
XR XD
0.30= XD/(RDmin +1) Rdmin =2.25

Se desea rectificar una mezcla ideal de dos componentes A y B, siendo el
valor de la presión de vapor del componente más volátil (A) tres veces mayor
que la del otro componente (B) a la misma temperatura. El alimento, con un
caudal de 5 kmol/h, entra en la columna mitad vapor y mitad líquido, con un
40% en moles del componente A. El destilado debe tener una concentración
molar de A del 95% y el residuo del 4% en el mismo componente.
Si en el condensador de cabeza de columna se eliminan 82000 kcal/h,.
Calcular:
a) Caudal de destilado obtenido
b) Ecuaciones de las dos rectas de operación
c) Número de pisos teóricos de la columna
d) Piso teórico en que debe introducirse el alimento
e) Número de pisos reales si la eficacia de plato es de 0,8
Datos: El calor latente de vaporización de cualquier mezcla de ambos
componentes vale =10000 kcal/kmol, independientemente de la temperatura.
PROBLEMA 2.3

a) Caudales de destilado y residuo
5 /
F D R kmol h
  
F D R
FX DX RX
 
)
.
(
B
)
.
(
D
)
.
)(
( 04
0
95
0
4
0
5 

kmol/h
.
D 98
1

3.02 kmol/h
R 

b) Condensador
h
kcal
V /
82000


kmol/h
.
.
.
D
V
L
D
L
V 22
6
98
1
20
8 







14
3
98
1
22
6
.
.
.
D
L
RD 


23
.
0
76
.
0
14
.
4
95
.
0
14
.
4
14
.
3
1
1







 x
x
R
x
x
R
R
y
D
D
D
D
h
kmol
V
V /
20
.
8
)
10000
(
82000 



c) Calculo del número de platos
0.5
q 
0.5 0.4
0.8
1 1 0.5 1 0.5 1
F
x
q
y x x X
q q
      
   

Datos de equilibrio
)
x
(
)
y
(
x
y
B
B
A
A
AB
x
y
x
y




1
1

P
x
P
y
P
x
P
y B
B
B
A
A
A
0
0
; 

3
/
/
0
0
0
0




B
A
B
A
B
B
A
A
AB
P
P
P
P
P
P
x
y
x
y


Datos de equilibrio
x
x
y
)
x
(
)
y
(
x
y
AB
2
1
3
3
1
1 







x 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
y 0 0,429 0,667 0,818 0,923 1

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
8
.
0


 X
y

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
23
.
0
76
.
0 
 x
y

0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
9 pisos; alimentación = 5º

10
8
0
8



,
eficacia
teóricos
pisos
nº
reales
pisos
º
n

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