Post on 05-May-2017
Universidad Nacional José Faustino
Sánchez Carrión
Facultad De Ingeniería Química, Metalurgia
Y Ambiental
Escuela Profesional De Ingeniería
Química
PROBLEMA DE DESTILACION FRACCIONAL
ALUMNO:
JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin
Responsable del curso de: Diseño de Plantas Químicas del IX ciclo. Ing. José Saúl Orbegoso López
Huacho – 16 de Diciembre Del 2010
“Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión” Facultad de Ingeniería – Escuela Profesional de Ingeniería Química
Ing. José Saúl Orbegoso López 2
Problema propuesto
Calcular el número de platos para la siguiente mezcla isobutano, butano normal, isopentano y
pentano normal.
comp Xfi αi* Ki XFiKi
IC4 0.060 2.575 2.150 0.129
C4 0.170 2.040 1.700 0.289
IC5 0.320 1.000 0.835 0.267
C5 0.450 0.838 0.700 0.315
*A T=188℉ y 100psia.
Se debe fraccionar la mezcla para conseguir el 95% de C4 normal que hay en la alimentación
que hay en el destilado y 95% iC5 que hay en la alimentación por las colas. La relación del
reflujo que debe usarse es 1.3 del Rm la presión de vapor debe ser 1000psia en el plato del tope,
el reflujo y la alimentación están a su punto burbuja determinar el número de platos teóricos
necesarios para esta separación y la ubicación del plato de alimentación.
Solución
Del enunciado se entiende que:
Tope (D): 95% de n-butano de la alimentación.
Cola (W):95% de iso-pentano de la alimentación.
De la siguiente ecuación se hallara los componentes ligeros y pesados.
𝛼𝑖 =𝑘𝑖
𝑘𝐻𝑘
Despejando la ecuación tendremos la siguiente expresión:
𝑘𝐻𝑘 =𝑘𝑖
𝛼𝑖
De la tabla anterior se obtiene lo siguiente:
COMPONENTE xfi αi* ki xFiki 𝒌𝑯𝒌
Iso-butano 0.060 2.575 2.150 0.129 0.835
n-butano 0.170 2.040 1.700 0.289 0.833
Iso-pentano 0.320 1.000 0.835 0.267 0.835
n-pentano 0.450 0.838 0.700 0.315 0.835
De la tabla se tiene que los componentes clave ligero y pesado son:
LK: n-butano.
HK: iso-pentano.
Considerando las claves: donde;
𝐴 = −𝐿𝑜𝑔 [
(𝑛𝐻𝑘)𝑤
(𝑛𝐻𝑘)𝐹
1 −(𝑛𝐻𝑘)𝑤
(𝑛𝐻𝑘)𝐹
] 𝑦 𝐵 =
𝐿𝑜𝑔 {[
(𝑛𝐿𝑘)𝐷
(𝑛𝐿𝑘)𝐹
1 −(𝑛𝐿𝑘)𝐷
(𝑛𝐿𝑘)𝐹
] [
(𝑛𝐻𝑘)𝑤
(𝑛𝐻𝑘)𝐹
1 −(𝑛𝐻𝑘)𝑤
(𝑛𝐻𝑘)𝐹
]}
𝐿𝑜𝑔𝛼𝐿𝑘
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Hallando A y B para el sistema:
𝐴 = −𝐿𝑜𝑔 [
0.32 ∗ 0.950.32 ∗ 1
1 −0.32 ∗ 950.32 ∗ 1
] = −1.279
𝐵 =
𝐿𝑜𝑔 {[
0.17 ∗ 0.950.17 ∗ 1
1 −0.17 ∗ .095
0.17 ∗ 1
] [
0.32 ∗ 0.950.32 ∗ 1
1 −0.32 ∗ 950.32 ∗ 1
]}
𝐿𝑜𝑔2.04= 8.254
Las recuperaciones de iso-butano:
(𝑛𝑖𝑠𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜)𝐷
(𝑛𝑖𝑠𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜)𝐹
=10𝐴 ∗ 𝛼𝐵
1 + 10𝐴 ∗ 𝛼𝐵=
10−1.272 ∗ 2.5758.254
1 + 10−1.272 ∗ 2.5758.254= 0.992
Se llega a recuperar el 99.2% de isobutano en D:
Las recuperaciones de n-pentano:
(𝑛𝑖𝑠𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜)𝐷
(𝑛𝑖𝑠𝑜𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜)𝐹
=10𝐴 ∗ 𝛼𝐵
1 + 10𝐴 ∗ 𝛼𝐵=
10−1.272 ∗ 0.8388.254
1 + 10−1.272 ∗ 0.8388.254= 0.0121
Donde:
1 − 0.0121 = 0.9879 → 𝑒𝑙 98.8% 𝑑𝑒 𝑛 − 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑜 𝑣𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑠
Resumen de la tabla; base calculo F=1mol.
COMPONENTE RECUPERACION
DESTILADO
F D W
xfi nFi nDi xDi nWi xWi
Iso-butano 0.99200 0.06000 0.06000 0.05952 0.24552 0.00048 0.00063
n-butano 0.95000 0.17000 0.17000 0.16150 0.66620 0.00850 0.01122
Iso-pentano 0.05000 0.32000 0.32000 0.01600 0.06600 0.30400 0.40128
n-pentano 0.01200 0.45000 0.45000 0.00540 0.02228 0.44460 0.58687
Σ 1.00000 1.00000 0.24242 1.00000 0.75758 1.00000
Calculo de Rm
El calculo se realiza referida al mas pesado.
COMPONENTE αi αi*
Iso-butano 2.57500 3.07279236
n-butano 2.04000 2.43436754
Iso-pentano 1.00000 1.19331742
n-pentano 0.83800 1
Método de UNDERWOOD
𝛼𝐻𝑘 < 𝜃 < 𝛼𝐿𝑘
1.1934 < 𝜃 < 2.4344
Para punto de burbuja 1-q=0; por lo tanto la expresión estimada queda de la siguiente forma:
∑𝛼𝑖 ∗ 𝑥𝐹𝑖
𝛼𝑖 − 𝜃
4
𝑖=1
= 1 − 𝑞 ⇒ ∑𝛼𝑖 ∗ 𝑥𝐹𝑖
𝛼𝑖 − 𝜃
4
𝑖=1
= 0
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Hallando 𝜃:
0.06 ∗ 2.575
2.575 − 𝜃+
0.17 ∗ 2.04
2.04 − 𝜃+
0.32 ∗ 1.00
1.00 − 𝜃+
0.45 ∗ 0.838
0.838 − 𝜃= 0
Donde 𝜃 es 1.6302
Reflujo de operación:
1 + 𝑅𝑚 = ∑𝛼𝑖 ∗ 𝑥𝐷𝑖
𝛼𝑖 − 𝜃
𝑛
𝑖=1
2.575 ∗ 0.2454
2.575 − 1.6302+
2.04 ∗ 0.662
2.04 − 1.6302+
1.00 ∗ 0.066
1.00 − 1.6302+
0.838 ∗ 0.0022
0.838 − 1.6302= 1 + 𝑅𝑚
1 + 𝑅𝑚 = 3.836 → 𝑅𝑚 = 2.836
𝑅 = 1.3 ∗ 𝑅𝑚 → 𝑅 = 1.3 ∗ 2.836 = 3.687𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜(𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜)
Nº de platos teóricos
Se realiza mediante la siguiente fórmula:
𝑅 − 𝑅𝑚
𝑅 + 1=
3.687 − 2.836
3.687 + 1= 0.182
Usando la correlación de Gilliland, se obtiene lo siguiente:
Donde en la grafica se observa que:
𝑁 − 𝑁𝑚𝑖𝑛
𝑁 + 1= 0.476
Para hallar Nmin se obtiene a partir de la ecuación de Fouske.
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Ecuación de Fouske
𝑁𝑚 =
𝐿𝑜𝑔 [(𝑥𝐿𝑘
𝑥𝐻𝑘)
𝐷
(𝑥𝐻𝑘
𝑥𝐿𝑘)
𝑊
]
𝐿𝑜𝑔𝛼𝐿𝑘
Reemplazando los datos obtenidos en la ecuación de Fouske:
𝑁𝑚 =𝐿𝑜𝑔 [(
0.6630.066
)𝐷
(0.40230.0122
)𝑊
]
𝐿𝑜𝑔2.04= 8.14 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠
Reemplazando en la ecuación:
𝑁 − 8.14
𝑁 + 1= 0.476 → 𝑁 = 14.62 ≅ 15 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠
Calculo del plato de alimentación
Se calcula a partir de la siguiente ecuación:
𝐿𝑜𝑔 (𝑚
𝑝) = 0.206 ∗ {(
𝑊
𝐷) (
𝑥𝐻𝑘
𝑥𝐿𝑘
)𝐹
[(𝑥𝐿𝑘)𝑊
(𝑥𝐻𝑘)𝐷
]
2
}
Reemplazando los datos en la ecuación anterior:
𝐿𝑜𝑔 (𝑚
𝑝) = 0.206 ∗ {(
0.32
0.17) (
0.7576
0.2424)
𝐹[0.0112
0.06]
2
}
𝐿𝑜𝑔 (𝑚
𝑝) = −0.1588 →
𝑚
𝑝= 𝐴𝑛𝑡𝑖𝐿𝑜𝑔(−0.1588) = 0.6937
𝑚 = 0.6937𝑝
Además se tiene que la cantidad de platos teoricos es 15:
𝑚 + 𝑝 = 15
Reemplazando la expresión anterior en la ecuación; se obtiene lo siguiente:
0.6937𝑝 + 𝑝 = 15 → 𝑝 = 8.86 ≈ 9 ∴ 𝑚 = 6
Conclusión
El numero de platos teóricos para este tipo de destilación de 15 platos en la columna; y y la
ubicación de de la alimentación es a partir del sexto plato para obtener el 95% de n-butano en
el destilado y el 95% de iso-pentano en la cola.