Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

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Prefacio xvAgradecimientos xviiAcerca del autor xixNomenclatura xxi

Capítulo 1 Introducción a la ingeniería de procesos de separación 1

1.1. Importancia de las separaciones 1 1.2. El concepto de equilibrio 2 1.3. Transferencia de masa 4 1.4. Métodos para resolver los problemas 5 1.5. Prerrequisitos 7 1.6. Otras fuentes sobre ingeniería de procesos de separación 8 1.7. Resumen–Objetivos 9 Referencias 9 Tarea 10

Capítulo 2 Destilación instantánea 12

2.1. Método básico de destilación instantánea 12 2.2. Forma y fuentes de los datos de equilibrio 14 2.3. Representación gráfica del equilibrio binario vapor-líquido 16 2.4. Destilación instantánea binaria 21

2.4.1. Procedimiento secuencial de solución 21 Ejemplo 2-1. Separador de evaporación instantánea para etanol y agua 242.4.2. Procedimiento de solución simultánea 27

2.5. Equilibrio vapor-líquido con varios componentes 29 2.6. Destilación instantánea de varios componentes 34 2.7. Convergencia simultánea con varios componentes 40 2.8. Cálculo de los tamaños 45 2.9. Uso de tambores de destilación existentes 49 2.10. Resumen–Objetivos 50 Referencias 51 Tarea 52 Apéndice al capítulo 2 Simulación en computadora de la destilación instantánea 59

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Capítulo 3 Introducción a la destilación en columna 65

3.1. Desarrollo de una cascada de destilación 65 3.2. Equipo de destilación 72 3.3. Especificaciones 74 3.4. Balances externos de la columna 76

3.5. Resumen–Objetivos 81 Referencias 81 Tarea 81

Capítulo 4 Destilación en columna: balances internos, etapa por etapa 86

4.1. Balances internos 86 4.2. Métodos de solución de etapa por etapa, para destilación binaria 90

4.3. Introducción al método de McCabe-Thiele 97 4.4. Línea de alimentación 101

4.5. Método completo de McCabe-Thiele 109

4.6. Perfiles para destilación binaria 112 4.7. Calentamiento con vapor directo 114

4.8. Procedimiento general de análisis McCabe-Thiele 118

4.9. Otras situaciones en las columnas de destilación 1254.9.1. Condensadores parciales 1254.9.2. Vaporizadores totales 1264.9.3. Corrientes laterales o líneas de salida 1264.9.4. Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios 1284.9.5. Columnas de agotamiento y enriquecimiento 129

4.10. Condiciones límite de operación 1304.11. Eficiencias 1334.12. Problemas de simulación 1354.13. Usos nuevos para columnas viejas 1364.14. Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferior 1384.15. Comparaciones entre los métodos analíticos y los gráficos 1404.16. Resumen–Objetivos 142 Referencias 143 Tarea 144 Apéndice al capítulo 4 Simulaciones de destilación binaria en computadora 158

Capítulo 5 Introducción a la destilación de varios componentes 161

5.1. Dificultades de cálculo 161

5.2. Perfiles para destilación de varios componentes 167 5.3. Resumen–Objetivos 172 Referencias 172 Tarea 172

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Capítulo 6 Procedimientos de cálculo exacto para destilación de varios componentes 176

6.1. Introducción a la solución matricial para destilación de varios componentes 176 6.2. Balances de masa de componentes en forma de matrices 178 6.3. Proposición inicial para tasas de flujo 181 6.4. Cálculos de punto de burbuja 181

6.5. Método θ de convergencia 184

θ 6.6. Balances de energía en forma matricial 191 6.7. Resumen–Objetivos 194 Referencias 195 Tarea 195 Apéndice al capítulo 6 Simulaciones en computadora de columnas

de destilación de varios componentes 200

Capítulo 7 Métodos abreviados aproximados para destilación de varios componentes 205

7.1. Reflujo total: Ecuación de Fenske 205

7.2. Reflujo mínimo: Ecuaciones de Underwood 210

7.3. Correlación de Gilliland para la cantidad de etapas a relación de reflujo finita 215

7.4. Resumen–Objetivos 219 Referencias 219 Tarea 220

Capítulo 8 Introducción a métodos complejos de destilación 225

8.1. Ruptura de azeótropos con otros separadores 225

8-2. Procesos de destilación azeotrópica binaria heterogénea 2278.2.1. Azeótropos heterogéneos binarios 2278.2.2. Secado de compuestos orgánicos parcialmente miscibles con agua 230

8.3. Destilación por arrastre de vapor 234 8.4. Procesos de destilación a dos presiones 238 8.5. Sistemas ternarios complejos de destilación 239

8.5.1. Curvas de destilación 2408.5.2. Curvas de residuo 243

8.6. Destilación extractiva 245 8.7. Destilación azeotrópica con solvente agregado 251 8.8. Destilación con reacción química 255 8.9. Resumen–Objetivos 258 Referencias 258 Tarea 260 Apéndice al capítulo 8 Simulación de sistemas complejos de destilación 270

Capítulo 9 Destilación intermitente 276

9.1. Destilación intermitente binaria: Ecuación de Rayleigh 278

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9.2. Destilación intermitente binaria simple 279

9.3. Destilación intermitente a nivel constante 283 9.4. Destilación intermitente por arrastre con vapor de agua 284 9.5. Destilación intermitente en varias etapas 285

9.5.1. Relación de reflujo constante 286

9.5.2. Relación de reflujo variable 290 9.6. Tiempo de operación 291 9.7. Resumen–Objetivos 292 Referencias 292 Tarea 293

Capítulo 10 Diseño de columnas de platos y empacadas 301

10.1. Descripción de los equipos en las columnas de platos 30110.1.1. Platos, bajantes y vertederos 30410.1.2. Entradas y salidas 306

10.2. Eficiencias de platos 309

10.3. Cálculo del diámetro de la columna 314

10.4. Distribución y consideraciones hidráulicas para platos perforados 320

10.5. Diseño de platos de válvulas 327 10.6. Introducción al diseño de columnas empacadas 329 10.7. Partes internas de las columnas empacadas 329 10.8. Altura del empaque. Método de la Hetp 331 10.9. Inundación de la columna empacada y cálculo del diámetro 333

10.10. Consideraciones económicas 34110.11. Resumen–Objetivos 345 Referencias 345 Tarea 348

Capítulo 11 Economía y conservación de energía en la destilación 354

11.1. Costos de destilación 354 11.2. Efectos de la operación sobre los costos 359

11.3. Cambios en capacidades de la planta 366 11.4. Conservación de la energía en la destilación 366 11.5. Síntesis de secuencias de columnas para destilación de varios componentes

casi ideales 370

11.6. Síntesis de sistemas de destilación para mezclas ternarias no ideales 376

11.7. Resumen–Objetivos 380 Referencias 380 Tarea 382

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Capítulo 12 Absorción y arrastre 385

12.1. Equilibrios de absorción y arrastre 387 12.2. Líneas de operación para absorción 389

12.3. Análisis del arrastre 394 12.4. Diámetro de la columna 396 12.5. Solución analítica: La ecuación de Kremser 397

12.6. Absorbedores y separadores de arrastre con varios solutos diluidos 403 12.7. Solución matricial para absorbedores y separadores de arrastre

con soluciones concentradas 406 12.8. Absorción irreversible 410 12.9. Resumen–Objetivos 411 Referencias 412 Tarea 413 Apéndice al capítulo 12 Simulaciones de absorción y arrastre en computadora 421

Capítulo 13 Extracción inmiscible, lavado, lixiviación y extracción supercrítica 424

13.1. Procesos y equipos de extracción 424 13.2. Extracción a contracorriente 428

13.2.1. Método de McCabe-Thiele para sistemas diluidos 428

13.2.2. Método de Kremser para sistemas diluidos 434 13.3. Extracción fraccionada diluida 435 13.4. Extracción en una etapa y con flujo cruzado 439

13.5. Extracción con fases inmiscibles y concentradas 443 13.6. Extracción intermitente 444 13.7. Procedimientos generalizados de McCabe-Thiele y de Kremser 445 13.8. Lavado 448

13.9. Lixiviación 45213.10. Extracción con fluido supercrítico 45413.11. Aplicación a otras separaciones 45713.12. Resumen–Objetivos 457 Referencias 457 Tarea 459

Capítulo 14 Extracción de sistemas parcialmente miscibles 468

14.1. Equilibrios en extracción 468 14.2. Cálculos en mezclado y la regla de la palanca 471 14.3. Sistemas de una etapa y flujo cruzado 474

14.4. Cascadas de extracción a contracorriente 47714.4.1. Balances externos de masa 47714.4.2. Puntos de diferencia y cálculos de etapa por etapa 47914.4.3. Problema completo de extracción 483

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14.5. Relación entre los diagramas de McCabe-Thiele y triangulares 485 14.6. Flujo mínimo de solvente 486 14.7. Simulaciones de la extracción en computadora 488 14.8. Lixiviación con tasas de flujo variables 489

14.9. Resumen–Objetivos 492 Referencias 492 Tarea 493 Apéndice al capítulo 14 Simulación de la extracción en computadora 499

Capítulo 15 Análisis de la transferencia de masa 501

15.1. Fundamentos de la transferencia de masa 501 15.2. Análisis de las columnas de destilación con altura y número de unidades

de transferencia (HTU y NTU) 504

15.3. Relación entre HETP y HTU 511 15.4. Correlaciones de transferencia de masa para torres empacadas 513

15.4.1. Correlaciones detalladas para empaques aleatorios 513

15.4.2. Correlaciones sencillas 520 15.5. Análisis HTU-NTU de absorbedores y separadores de arrastre 521

15.6. Análisis HTU-NTU de absorbedores concurrentes 526 15.7. Transferencia de masa en un plato 528

15.8. Resumen–Objetivos 531 Referencias 531 Tarea 532

Capítulo 16 Introducción a los procesos de separación con membrana 535

16.1. Equipos de separación con membrana 537 16.2. Conceptos relacionados con las membranas 541 16.3. Permeación de gases 544

16.3.1. Permeación de mezclas binarias de gases 54416.3.2 Permeación binaria en sistemas perfectamente mezclados 547

16.3.3 Permeación de varios componentes en sistemas perfectamente mezclados 555

16.4. Ósmosis inversa 55816.4.1. Análisis de la ósmosis y la ósmosis inversa 558

16.4.2. Determinación experimental de las propiedades de las membranas 564

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16.4.3. Determinación de la polarización de concentración 566

16.4.4. Ósmosis inversa con soluciones concentradas 573 16.5. Ultrafiltración 573

16.6. Pervaporación 579

16.7. Efectos de la pauta de flujo general 588

16.7.1. Permeación binaria con flujo cruzado 59016.7.2. Permeación binaria concurrente 59216.7.3. Flujo binario a contracorriente 594

16.8 Resumen–Objetivos 595 Referencias 596 Tarea 597 Apéndice al capítulo 16 hojas de cálculo para cálculos con pautas de flujo,

para permeación de gases 60316.A.1. Flujo cruzado 60316.A.2. Flujo concurrente 60516.A.3. Flujo a contracorriente 607

Capítulo 17 Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico 609

17.1. Sorbentes y equilibrio de sorción 61017.1.1. Definiciones 61017.1.2. Tipos de sorbente 61217.1.3. Comportamiento de equilibrio en adsorción 615

17.2. Análisis del movimiento de soluto para sistemas lineales: fundamentos y aplicaciones a la cromatografía 62117.2.1. Movimiento del soluto en una columna 62317.2.2. Teoría del movimiento del soluto para isotermas lineales 62517.2.3. Aplicación de la teoría lineal del movimiento del soluto a ciclos

de purga y a la cromatografía de elución

17.3. Análisis de movimiento de soluto para sistemas lineales: Adsorción térmica y con variación de presión, y movimiento simulado de lecho 63117.3.1. Adsorción con oscilación de temperatura 631

17.3.2. Adsorción con oscilación de presión 641

17.3.3. Lechos móviles simulados 649

17.4. Análisis de movimiento no lineal del soluto 65417.4.1. Ondas difusas 655

626

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17.4.2. Ondas de choque 658

17.5. Intercambio iónico 66317.5.1. Equilibrio en el intercambio iónico 66417.5.2. Movimiento de los iones 667

17.6. Transferencia de masa y energía 67217.6.1. Transferencia de masa y difusión 67217.6.2. Balances de masa en la columna 67417.6.3. Transferencia de masa con parámetro agrupado 67517.6.4. Balances de energía y transferencia de calor 67617.6.5. Deducción de la teoría del movimiento del soluto 67717.6.6. Simuladores detallados 678

17-7. Soluciones de transferencia de masa para sistemas lineales 67817.7.1. Solución de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersión 67917.7.2. Superposición en sistemas lineales 680

17.7.3. Cromatografía lineal 683

17.8. Método LUB para sistemas no lineales 687

17.9. Lista de control para diseño y operación en la práctica 69117.10. Resumen–Objetivos 693 Referencias 693 Tarea 696 Apéndice al capítulo 17 Introducción al simulador Aspen Chromatography 708

Guía de localización de problemas en Aspen Plus para separaciones 713

Respuestas a problemas seleccionados 717

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′′

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F

ε

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ε

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β

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Productos.Materiasprimas

Subproductos

Separadores

Reactor

Recirculación

Separador

Separacióny

purificación

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PLíquido, TLíquido

PVapor, TVapor

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1

2

3

4

5

6 7

8

9

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11

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1415

16 17

Paramatrices

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Alimentación

Bomba Calentador Válvula

Separadorde niebla

Ttamb

Ptamb

QH

F, zTl, p l

V, yHV

L, xhL

TF

PF

hF

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Azeótropo

p = l atm

xE

yE

Isoterma

Vapor

Líquido

T°C

Azeótropo

p = l atm

xE o yE

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Línea de rocío, 1 kg/cm2

Enta

lpía

, K c

al/k

g

Isote

rma

de ví

nculo

Com

posi

ción

azeo

tróp

ica

Línea de ebullición, 1 Kg/cm2

Agua0 °C

Línea de congelación

Líquido

Concentración de alcohol, fracción en peso

SólidoHielo0 °C

Línea auxiliar para composiciones de equilibrio interpolar

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Vaporsaturado

Líneaauxiliar

Isoterma

Líquidosaturado

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Líneade unión

Líneade unión

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− −

− −

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línea de operaciónpendiente = L/V

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FVFL

Líneade unión

Alimentación

P = Ptamb

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TEM

PERA

TURA

, °C

PRES

IÓN

, k P

a

MET

AN

O

ETIL

ENO

ETA

NO

PRO

PILE

NO

PRO

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O

ISO

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ON

-PEN

TAN

ON

-HEX

AN

ON

-HEP

TAN

O

N-O

CTA

NO N

-NO

NA

NO

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TEM

PERA

TURA

, °C

PRES

IÓN

, k P

a

MET

AN

O

MET

AN

O

ETILE

NO

ETILE

NO

ETA

NO

ETA

NO

PRO

PILE

NO

PRO

PILE

NO

PRO

PAN

O

PRO

PAN

O

ISO

BUTA

NO

ISO

BUTA

NO

N-B

UTA

NO

N-B

UTA

NO

ISO

PEN

TAN

O

ISO

PEN

TAN

O

N-P

ENTA

NO

N-P

ENTA

NO

N-H

EXA

NO

N-H

EXA

NO

N-H

EPTA

NO

N-H

EPTA

NO

N-O

CTA

NO

N-O

CTA

NO

N-N

ON

AN

O

N-N

ON

AN

O

N-D

ECA

NO

N-D

ECA

NO

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− −− −− −− −− −

− −− −− −− −− −

− −− −

− −− −

°

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= −

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° °

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° °

°=

=

ptamb

Ttamb

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° °

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° °

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− −

Finalizar

Ingresar condicionesespecificadas

y datos de equilibrio

Estimar Ttamb

Calcular Ki (Ttamb, ptamb)

Estimar V/F

Resolver Ec. Rachford-Rice (2-42)

¿Es

Calcular xi, yi, L, V, H y h

EstimarTtamb

¿Se satisfaceel balance

de energía?

f(V/F) = 0

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°

° −

°

°

° < °

° =° =

°

°

° °

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° =

− < °

°

desconocidas

desconocidas

Ttamb = ?

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°

× − − × −

− × − × −

− × − × −

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°°

° °

––

–– –

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Líquido

Boquillade entrada

Nivelmáximo

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° °

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°°

° °

°r

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F1v =WL v =

80034 3.14 × 10−3 = 0.0722

Wv L 74503 0.6960

= 0.4433 0.6960 – 0.00314 = 6.5849 pies/s

0.00314

uperm = KtambL – v

v

°

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° °

CalentadorBomba

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°× − − × − × −

× − − × −

° ° °°

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r r

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°

°

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A

Acumulador

Agua de enfriamiento

Bajante

Etapa o plato

Alimentación

Bomba

Región de asentamiento

Vapor

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B

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C

Vista lateral

Bajante

Plato perforadoLíquido y vapor

Agujeros

Vertedor

Bajante Vertedor

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Page 105: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

×

×

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z − xBD = (xD − xB

)F

TReflujo

Presión

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xD − zB = F − D = (

xD − xB

)F

FhF + Qc + QR = DhD + BhB

V1 = (L0 )D + D = (1 +

L0 )DD D

V1H1 + Qc = DhD + L0h0

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Page 108: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

z − xBQc = (1 +L0 )D(hD − H1) = (1 +

L0 )(xD − xB

)F(hD − H1)D D

QR = DhD + BhB − FhF + (1 + L0 )D(H1 − hD)D

z xBQR = (xD xB

)FhD + (xD xB

)FhB FhF + (1 + L0 )(

xD xB

)F(H1 hD)D

xD xz Bz

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Page 109: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

z − xB 0.3 − 0.05D = F (

xD − xB

) = 10,000 [0.8 − 0.05

] = 3333 kg/hr

− −

Qc = (1 +L0 )D(hD − H 1) = (1 + 3)(3333)(60 − 330) = −3,559,640 kcal/hrD

QR = (3333)(60) + (6667)(90) − (10,000)(30) − (−3,599,640) = 4,099,650 kcal/hr

Líquido saturado

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Page 111: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Colas

Alimentación

Destilado

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Page 113: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

×× ×

− × − × −

− × − × −

cal Btugmol °C

o1bmol °F

×

× ×

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Page 114: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

× ×

× − − × −

− × − − × −

×

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− −

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Page 119: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

=

− −

− −

− − −

− − −

− − − − − −

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Page 120: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⎢ − ⎪ λ ⎢ − ⎪ λ

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Page 121: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − −−−

− − −

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Page 122: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− − −

− −−

− − −

− −−

−−

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Page 123: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

80% en peso de etanol líquido saturado L0/D = 3

30% en peso de etanol, líquido saturado

5% en peso de etanol

F = 10,000 kg/hr

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Page 124: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

PM

PM

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Page 125: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

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Page 127: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

Línea superior de operación Pendiente = L/V

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Page 128: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

Línea inferior de operación Pendiente = L

–/V–

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Page 130: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −−

− −

− − − −

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Page 131: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − −

−−

− −

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Page 132: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− −

− − −

(etapa de alimentación)

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Page 133: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− − − −

−−

− − − −

− −−

−−

`

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Page 134: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Líquido saturado (q = 1)

Línea y = x

Líquido subenfriado

(q > 1)Mezcla de dos fases

Vapor saturado

Vapor sobrecalentado

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Page 135: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

qL Labajo de la alimentación arriba de la a

52 llimentación

tasa de flujo de alimentación

fV Varriba de la alimentación abajo de la

52 aalimentación

tasa de flujo de alimentación

Equilibrio

Arriba

Abajo

yabajo

Línea de alimentación

Línea y = x

yCMV

xMVC

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Page 136: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

−−

− − −

−− −

− −

− −

− − −

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Page 137: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Δ λ

Δλ

−−

− −

−−

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Page 138: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

°

−−

− −− −

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Page 139: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −− −

Líquido saturado

Etapa óptima de alimentación

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Page 140: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Línea de alimentación

Alimentación

Líneasuperior de operación

Línea inferior de operación

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− −

− −

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Page 142: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Fracción mol que sale de la etapa

Temperatura de la etapa,

°C

Flujos, kg mol/h, salen de la etapa

Ubicación de la etapa

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Page 144: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

(aislado)LO líquido saturado

Etapa óptima de alimentación

Vapor de agua saturado puro

Líquido saturado

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Page 145: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

−−

−−

−−

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Page 146: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − −

Línea inferior de operación

Op. Sup.

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Page 147: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −− −

−− −

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Page 148: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Corriente lateral

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Page 149: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

La alimentación condensa 1 mol de vapor/4 moles Alim.

Vapor saturado

Alimentaciones óptimas

Líquido saturado

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Page 150: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− −

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Page 151: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

′ ′

′ ′

′ −′ ′

−′

−′ − ′

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Page 152: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

−−

−−

−−

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Page 153: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

− −

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Page 154: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

4.9.1 Condensadores parciales

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Page 155: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

4.9.2 Vaporizadores totales

4.9.3 Corrientes laterales o líneas de salida

Vapor destilado

Línea y = xLínea Sup. de Op.

yCMV

xCMV

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Page 156: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

YCMV

xCMV

Intermedia

Superior

Inferior51/3 contactos Equil.

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Page 157: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

4.9.4 Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios

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Page 158: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

4.9.5 Columnas de agotamiento y enriquecimiento

− −

yCMV

xCMV

Inferior

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Page 159: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

yCMV

xCMV

Línea de alimentación

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Page 160: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

xCMV

yCMV

Línea y = x

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Page 161: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Estricción

yCMV yCMV

xCMV xCMV

Estricción

Conc. en la etapa

Vaporizador Alimentación Condensador

Ubicación en la etapa

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−−

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Page 163: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

yj * en equilibrio

con xj

xj * en equilibrio

con yj

curva de pseudo-equilibrio

yCMV

xCMV

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Page 164: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

Condensador total

Líquido o reflujo Sat.

Vaporizador parcial

yCMV

xCMV

(1er tanteo)

(2° tanteo)(3er tanteo)

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Page 167: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

TReflujo

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− −

−−

−λ

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Page 170: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Ingresar condiciones especificadas y datos de equilibrio

Ajustar el equilibrio a la forma x = f(y)

Hacer cálculos de balance externo (opcional)

Calcular L/V, L–/V–, ecuación (4-25) y xI ecuación (4-38). Hacer xO = xD, poner i = 1

Calcular yi de la ecuación de operación superior

Poner i = i + 1 Calcular xi del equilibrio

Poner i = i + 1Sí

Calcular yi con la ecuación de operación inferior

¿Es

¿Es

Calcular xi del equilibrio

Calcular cantidad fraccionaria de etapas

Fin

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Page 173: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

yCMV

xCMV

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Page 174: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

yCMV

xCMV

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°λ

×

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Vapor

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Page 185: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

F

1

2

3

P

B

xp

D

Bomba

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Page 191: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

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Page 192: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

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Page 193: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

99.4% recuperado de C4L/D = 3.5, líquido saturado

p = 101.3Plato óptimo de alimentación

99.7% recuperado de C5

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Page 195: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − − −

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× −

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Page 197: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Líquido, Derr. molal Const.

Líquido

Líquido

Flujo total

Vapor, Derr. molal Const.

No. de etapa

No. de etapa

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Page 198: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Tolueno (C. P.)

Benceno (C. L.)

Cumeno (no C.P.)

Número de etapa

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Page 199: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Tolueno (CL)

Cumeno (CP)

Benceno (CNP)

Número de etapa

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Page 200: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Xileno (CP)

Tolueno (CL)

Cumeno (CNP)

Benceno (CNL)

N° de etapa

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Page 205: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

u

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Page 206: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Ingresar: Datos de equilibrio y entalpía

Ingresar: Condiciones especificadas

Seleccionar Lj, Vj y Tj iniciales en cada etapa

Calcular valores de K para todos los componentes en cada etapa

Resolver el balance de masa de componentes y las ecuaciones de equilibrio en forma matricial, Ecs. (6-1) a (6-13)

Calcular temperaturas en cada etapa usando convergencia u y cálculos de punto de burbuja. Ecs. (6-17) a (6-25)

Prueba de convergencia: ¿Es u = 1.00?

Guardar balance de energía en cada etapa. Calcular Lj y Vj. Ecs. (6-26) a (6-39)

Prueba de convergencia:

Ecs. (6-40)

Fin

Se satisface

Sustitución directa, nuevas Lj y vj

Sustitución directa nueva Tj

No se satisface

No

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Page 207: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − − −

, − ,− −

, , −

,− , −− ,

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Page 208: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

,− , ,

− −

,

, ,

− − −

, ,

, − ,

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Page 209: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − − −−

≤ ≤− −

− −

− − −

− −

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Page 210: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

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Page 211: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α −

α

Estimar T

Calcular Ki(T, p, xi)

¿Es

FIN T = TPB

Estimar nueva T

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Page 212: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Σ

Σ Σ

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Page 213: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

, − − , − −

u

u

u

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Page 214: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

θ

θθ

u

u

θ

θ

u

, ,

u

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Page 215: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

, ,

,

,

u

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Page 216: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

− −

,,,,

u

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Page 217: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

u

u

3

3 3

′′

3 3

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Page 218: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− −

,,,,

− −

− − − − −

− −

,

, − , − −

, ,

u

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Page 219: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

u

θθ θ

′ θ ′ θ − ×

θθ θ

′ θ ′ θ −

θθ θ −

× −

→ θ

θθ

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Page 220: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

144° 123° 67°

− −

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Page 221: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− −

− −

− − − − − −

− − − −

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Page 222: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−− − −

− −− −−

− − − − − −

, −

λ −

− −

− −

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Page 223: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −ε ε

− −

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Page 224: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

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Page 225: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

u

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Page 226: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

u

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Page 227: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

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Page 228: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

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Page 232: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

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Page 233: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

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Page 234: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α

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Page 235: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α

α

−α

xA,dest, xB,dest

, xC,dest, . . .

xA,vap, xB,vap

, xC,vap, . . .

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Page 236: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α α−

−−

α α α−

α α α α α α−

α α α α ⋅ ⋅ ⋅ α − α α

α

α

α

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Page 237: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α

− −

α

−−

α

α−

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α

−−

α

− α

ααα

αα

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D, xi,dest

B,xi,cola

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−α

α

−α

α

−α

−α

−α

φ φ

f f

−α φα

−−α φ

α

f f

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−α φα

Vmín −Vmín −α φα

+

Δ −αα − φ

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α φ α φ α φ α φ α

− −− −

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−α φα

− − −

−−

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Page 245: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α −

mín

mín

Curva ajustadaCorrelación original de Gilliland

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−−

−−

−− ≤ ≤

−−

−−

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−−

α −

−−

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− −

−−

− −

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Page 255: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

B o desechos Recirculación

Reflujo

RecirculaciónRecirculación

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8.2.1 Azeótropos heterogéneos binarios

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Separador

Col. 2Parte Sup.

Col. 2 colas

Col. 1.

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−−

−−

−−

−−

−−

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Alimentación

Líquido orgánico seco

Fase orgánica

Fase acuosa

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α −

α −

−−

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α −−

− −− −

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Page 262: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

− −

Azeótropo

Azeótropo

(L/V)REAL

Línea de alimentación

Reflujo

Superior

L/VMÍN

L/VREAL

Línea Inf. Op.

(L/V) MÍN

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− −

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Page 265: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Agua, xW = 1.0Vapor de agua

TVaporizador

Decano, nC10

Agua, nW

Fase orgánica, xC10 = 0.15

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Page 266: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

λλ

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− −−

−−−

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Page 269: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

8.5.1 Curvas de destilación

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α

α

aa a ×

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Page 271: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Cloroformo

x Benc

eno

Benceno

Acetona

xA

cetona

xCloroformo

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8.5.2 Curvas de residuo

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−α

α

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Page 275: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Relleno de solvente

Alimentación

Producto

Producto

Recirculación de solvente

Enfriador

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Page 278: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Frac

ción

mol

ar e

n fa

se lí

quid

a

Etapas

Heptano

Fenol

Heptano

Tolueno

Fenol

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Page 280: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Alimentación de C4

Columna de destilación azeotrópica

AlternativaRecirculación de NH3

Separador

Recirculación de azeótropo

Vaporizador intermedio

Columna de agotamiento

Butileno

Butadieno

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Page 281: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Alimentación Columna azeotrópica

Extracción con lavado de agua

Relleno de agua

Recirculación de agua

Recirculación de solvente

Relleno de solvente

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Page 282: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Agua

Etanol, 70 a 90% en peso

Solvente de relleno

Separador

Reflujo de hidrocarburo

Capa de agua

Agotador

Etanol

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Fracción mol en vapor

Etanol

Pentano

Agua

Etapa

V

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Page 285: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

No volátiles

Producto volátil

Purga

Volátiles

Purga Producto

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Page 287: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Alimentación

Ácido acéticoEtanolAguaAcetato de etilo

Composición del líquido (fracción mol) Temperatura [°C]

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Page 297: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Columna de butanol

Columna de agua

0.02, fracción mol de aguaButanol producto

0.995, fracción mol de aguaAgua producto

Sal + agua

n-decanoagua

agua + sal

nagua

Recirculación

vapor de n-decano desecho

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Page 306: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Recipiente

B

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− −

− − −

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− −

− −− −

−−

−−

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αα −

Área

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− −

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−−−−

www.FreeLibros.me

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Page 313: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

αα −

−α

Agua de desecho

Sin agua

Vapor

(Sustancias orgánicas)

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−−

−−

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Page 315: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

9.5.1 Relación de reflujo constante

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Líquido saturado

Vaporizador

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−−

−− − −

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Page 319: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

9.5.2 Relación de reflujo variable

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− λ

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− ∫

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Page 333: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

10.1.1 Platos, bajantes y vertederos

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Page 334: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Capa

cida

d de

líqu

ido,

Gal

/min Doble paso

Flujo transversal

Flujo inverso

Diámetro de la torre, pies

Bajante

Vertedor

Vertedor

Vertedor

Vertedor

Vertedor opcional

Tubo redondo

Vertedor

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Page 335: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

10.1.2 Entradas y salidas

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Page 336: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Bajante y vertedorRegistro de hombre

Viga principal

Viga principal, con conexiones soldadas a la pared de la torre

Viga secundaria con conexión de soporte

Viga principal

Viga secundaria con conexión de soporte

Viga secundaria con conexión de soporte

Viga secundaria con conexión de soporte

Anillo de soporte del plato, hecho de ángulo

Anillo de soporte de ángulo

Sujeciones periféricas al anillo.Observe el plato ranurado,

sujeto por fricción, para facilitar acomodos térmicos

Zona de calmado

Anillo de soporte de plato

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Page 337: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Canal deflector

Entrada de vapor

Charola de sello

Retorno de vapor

Al vaporizador

Fondos producto

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Page 338: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

Cárcamo Salida del bajante

Chimenea para vapor

Cárcamo

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Page 339: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

′ − ′′ − ′

xent

xsal

ysal

yent

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Page 340: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Efic

ienc

ia

Goteo

Punto de diseño

Inundación

Demasiado arrastre

Velocidad del vapor, pies/s

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Page 341: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− αμ αμ

VOLATILIDAD RELATIVA DEL COMPONENTE CLAVE × VISCOSIDAD DE LA ALIMENTACIÓN (A CONDICIONES PROMEDIO EN LA COLUMNA)

EFIC

IEN

CIA

DE

PLA

CA,%

O - COLUMNA COMERCIAL DE FRACCIONAMIENTO DE HIDROCARBUROS

- COLUMNA COMERCIAL DE FRACCIONAMIENTO DE HIDROCARBUROS CLORADOS

+ - FRACCIONAMIENTO COMERCIAL DE ALCOHOL

× - FRACCIONAMIENTO DE ALCOHOL ETÍLICO EN LABORATORIO

u - DIVERSOS

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Page 342: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

°

− −

μ μ μ

μ −

EMV

oEpt

abiertaabierta

Porcentaje de inundación

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σ −

− − −

− − −

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Page 344: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − −

− − −

− − −

− − −

pies

/sAltura entre platos

C sb,in

un

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Page 345: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

×

η

η

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Page 346: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

σσ

ψ − ψ

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Page 347: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

ψ

Arr

astre

frac

cion

ario

, Porcentaje de la inundación

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σ

− −

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Page 349: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Entrada del bajante

Salida del bajante

Vertedor

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r

− − h

θ − θ

− η

h

h

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Page 351: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Δ − β

h p,seco

hcresta

hvert

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Page 352: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Fvert, FACTOR DE CORRECCIÓN POR CONSTRICCIÓN DEL VERTEDOR

Q/(lw)0.5 = (CARGA LÍQUIDA, GPM)/(LONGITUD DE VERTEDOR, PIES)2.5

RELA

CIÓN D

E LONGITU

D DE

VER

TEDO

R

ENTR

E DIÁ

MET

RO D

E TORR

E

LÍMITE RECOMENDADO

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σσ

r

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ψ− ψ

Δ−

r

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Page 355: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

σ

Δ σ

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Δ

Δ

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Page 357: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Vo , pies/s

Datos experimentalesModelo

hp,

válv

, pu

lg d

e ag

ua

Todas las válvulas cerradas

Punto de equilibrio cerrado

Punto de equilibrio abierto

Válvulas parcialmente

abiertas

Todas las válvulas abiertas

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Page 360: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Región de separación

Placa opresora

Placa de soporte

Distribuidor de líquido

Distribuidor de vapor

Placa opresora

Placa de soporte

Separación

E m p a q u e

E m p a q u e

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Page 361: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

×

Velocidad del gas, pies/s

pies

Velocidad del gas, pies/s

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Page 363: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

DE ALTURA EMPACADA

EL PARÁMETRO DE LAS CURVAS ES CAÍDA DE PRESIÓN, PULGADAS DE AGUA/PIE

Línea de inundación

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Page 364: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

′ μ

Δ α β ′ ′

′ −′ −

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Page 365: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

αβ

αβ

αβ

αβ

αβ

αβ

αβ

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′′

′′

′ ϕμ

′ψμ

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Δ α β ′ ′

′′

′ ′

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′ψμ

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r r r r − r r

r

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Page 383: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Economía y conservación de energía en la destilación

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×

× ×

×

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− − 1) −

− 0.3473(

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(1.63 + 1.66

×

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− −

λ

−−

⏐ ⏐ Δ

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− − −

−− −

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×

×

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Page 393: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

α− −

− −

−−

−−

Costo, $/año Óptimo

Costos totales

Costos de capital

Costos de operación

(L/D)MÍN L/D

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− −

−−

− −

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×

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Page 397: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Condensador de acabado

Calentador de acabado

Intercambiador de calor

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Reflujo

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Page 399: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Válvula de expansión

Condensador de acabado

Compresor

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Destilacióninstantánea

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− − − −

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α α α α

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°

°

°

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Page 414: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Absorción y arrastre

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(Gas que entra)

L, X0 (Solvente alimentado)(Gas tratado) G, Y1

Gas tratado

Recirculaciónde

solvente

Gas Conc.

Enfriador

Gas por tratarSolventeagotado Calentador

Gas dearrastre

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− −

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°

l l l l l l l

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° ° ° ° ° ° °

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Page 419: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

Y Gj

molesde B en la corriente de gasjmolessde portador

molesde gasportadorh

molesde B en la corriente de gasjh

X Lj

molesde B en la corriente líquida jmoleesde solvente

molesde solventeh

molesde B en la corriente de solvente jjh

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− −

−−

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absorbido

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−−

−−

− −

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Page 423: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

Alimentación

Gas de arrastreLíquido tratado

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−−

Equilibrio

Línea de operaciónPendiente = L/G

X (Relaciones molares)

A-Absorbedores comerciales de hidrocarburosB-Absorción de dióxido de carbono en solución de agua y glicerina en laboratorioC-Absorción de hidrocarburos en laboratorioD-Absorción de amoniaco en laboratorio

Efici

enci

a de

pla

to,%

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− −

r r

r

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Tasasde flujototales,L y V

Fondo

Ubicación de la etapa

Parte superior

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Δ −

− − − −

Línea de operaciónPendiente = L / V

Línea de equilibrioPendiente = m

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Page 428: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

− − −

− − −

Línea de operaciónPendiente = L / V

Línea de equilibrioPendiente = m

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Page 429: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

− −

−−

−−

− −

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Page 430: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−− −

−−

− −

− −− −

−−−

− −

– –

−−

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Page 431: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

real –– – –

(normales) aire/lb de agua

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VL

30 pcn de aire 1 lb mol de aire= ×359 pcn de aire

18 lb de agua1 lb de agua 1 lb mol de agua

×

−−− −

− −− − × −

− −

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− − −

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l l

l − l

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Page 436: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Ingresar datos de equilibrio y entalpía

Ingresar las condiciones especificadas

Escoger Lj, Vj y Tj iniciales en cada etapa

Calcular todos los valores de K

Calcular nuevos valores de Lj y Vj. Ecs. (12-49) y (12-50)

Resolver el balance de energía en cada etapa con convergencia newtoniana de varias variables,

Ecs. (12-52) a (12-58)

Comprobarconvergencia(Ecs. (12-50)

Prueba deconvergencia

Ec. (12-59)

Resolver las ecuaciones de balancede masa de componentes y de equilibrioen forma matricial. Ecs. (12-45) a (12-48)

y (6-1) a (6-6) dan la ecuación (6-13)

No sesatisface

Sí se satisface

No se satisfaceNuevos

Lj, Vj

Sí se satisface

Nueva TjEc. (12-54)

FIN

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l

l

− −

− −

−− − − − − −

−−

− − − − − −

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Page 438: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−– –

–– – –

− −

− − − − −

− −

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Page 439: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

yentrada

ysalida

ysalida

Etapa de equilibrio

Equilibrio

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−−

Equilibrio

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× −

× −

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×

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Page 453: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Extracción inmiscible, lavado, lixiviación y extracción supercrítica

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Page 454: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Líquido tratado

Solvente cargado

Unidad de extracción

Recuperación de solvente Soluto

producto

Alimentación

Solvente de reposición

Recirculación de solvente

Pérdidas de solvente

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Page 455: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Fase ligera

Fase densa

Mezclador-asentador (1 etapa)

Platos o empaque

Cámara de pulsación

Columna pulsada

EmpaqueMezclador

York-Scheibel

Mezclador

MezcladorDesviador

Contactor de disco rotatorio

Fase ligera

Mampara vertical

Placa

Fase densa

Oldshue-Rushton

Extractor de membrana

Ligera

Densa

Densa

Platos

Columna de platos reciprocantes

Ligera

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Page 457: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

13.2.1 Método de McCabe-Thiele para sistemas diluidos

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Page 460: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Δδ

− −

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Page 463: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

13.2.2 Método de Kremser para sistemas diluidos

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Page 464: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

Solvente 2 A + solvente 1

Alimentación (A + B + solvente 1 o 2)

B + solvente 2 Solvente 1

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Solvente 2A + solvente 1

Solvente 3 o 1 + BSolvente 2

Solvente 3 o 1

Solvente 2 + C

B + C + Solvente 2

Solvente 1

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− −

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Page 467: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Equilibrio

Equilibrio

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− −

−−

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Page 469: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

kg solutokg solvente + soluto

kg solutokg diluyente + soluto

Equilibrio

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Page 471: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

− −

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− −

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− ,

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Page 477: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Alimentación

Derrame

Mezclador

Asentador

Lodo

Etapa 1 Etapa 2

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Page 478: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

(sec

)( )

( )(

kg de sólidos os

h kg

mm de sóli

s

1 1

13

3

2ddos

m de lodo

m de lodo totalh

3

3

)

5

(sec

)( )(

( )(

kg de sólidos os

h kg

mm de sól

s

1 1

13

3

2iidos

m de lodo

m de líquido

m de lodo total3

3

3

)

)( )

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Page 479: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

ε− ε

ρρ

r

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Page 480: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Fracción de masa de soluto en el derrame

Equilibrio

Fracción de masa de soluto en el líquido de los lodos

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− −− −

−−

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Page 482: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

kg de solutokg de solvente

kg de solutokg de sólido insoluble

F sólido, XNF sólido, XO

A

B

F sólido

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Page 483: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

F

Fsólido

solv

−F

Fsólido

solv

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Page 484: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Sólido

Líquido

Vapor

Fracción molar de naftaleno

Presión (atm)

Fluido supercrítico

A

B

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Page 485: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Lecho sólido

Turbo-expansor

Reposición de FSC

Compresor

Descarga intermitente de producto

FSC

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Page 489: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

y

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Page 490: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

yx

Fracción en peso en el extracto (agua)Fracción en peso en el refinado (benceno)

5

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Page 492: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Agua

Fase de benceno

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Page 494: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

e

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Page 495: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

×

Arena + agua de mar intersticial

Agua pura

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Page 498: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Acetona

Acetona, Frac. en peso

Extracto Punto de pliegueRefinado

Línea conjugada B

Línea conjugada A

CloroformoAgua, Frac. en peso

Agua

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Page 500: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

TOLUENO

METILCICLOHEXANO AMONIACO

Soluto A, Frac. en peso

Diluyente D, Frac. en peso

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Page 502: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Soluto A, Frac. en peso

Diluyente D, Frac. en peso

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Page 504: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

−−

Acetona

Acetona, Frac. en peso

Cloroformo

Agua, Frac. en peso

Agua

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Page 505: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Acetona

Acetona, Frac. en peso

Cloroformo

Agua, Frac. en peso

Agua

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Page 507: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−−

Soluto

Soluto, Frac. en peso

Solvente Diluyente

Diluyente, Frac. en peso

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− −

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Page 509: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

Δ

Δ Δ − − −

Δ Δ

Δ− −Δ Δ

Δ− −Δ Δ

Δ Δ Δ

Δ Δ Δ

Δ Δ Δ

Δ Δ Δ

− ΔΔ −

ΔΔ −

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Page 510: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

ΔΔ

Soluto

Soluto, Frac. en peso

Diluyente, Frac. en peso

Diluyente

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Diluyente, Frac. en peso

Soluto, Frac. en peso

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Page 512: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Δ

Soluto, Frac. en peso

Diluyente, Frac. en peso

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Page 513: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Ácido acético, Frac. en peso

Agua, Frac. en peso

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Page 514: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

A, Frac. en peso

Línea de operación Extracto Ref.

D, Frac. en peso

Punto en la línea de operación

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Ácido acético, Frac. en peso

Agua, Frac. en pesoyD o xD

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Page 516: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

FM SM/

Soluto, Frac. en peso

Diluyente, Frac. en peso

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Page 517: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Ácido acético, Frac. en peso

MÍNUSADA Línea de unión

Agua, Frac. en peso

EN,mín

Mmín

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Page 519: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Solvente entrante Extracto saliente

Lodos salientes (refinado)

Alimentación de sólidos

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Page 520: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Línea conjugada

Extracto saturado

Refinado saturado

yD o xD

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−−

( )

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Page 530: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Análisis de la transferencia de masa

× ×

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Page 531: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Δ

Δ

Δ

′Δ′

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− − − − −

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Page 533: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

yA, sal, E

yA, sal, S

yA, ent, E

xA, ent, ExA; dest

xA, ent, S

xA, sal, S

xA, sal, S

xA, cola

yA, ent, s

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Page 535: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− −

− −

−−

ysal, E

= xent, s

xent, E

yent, syent

ysal, s

xsal, E

xsal, s

ysalÁrea

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Page 537: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

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Page 538: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− − −

ysal, E

ysal, s yent, E

yent, s yent =; 442

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− − −

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Page 540: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

ysal ysal

xsal xsal

yentxent xent

yent

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− − −

− −

−−

− −

×

−−

−−

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Page 542: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

15.4.1 Correlaciones detalladas para empaques aleatorios

− −

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Page 543: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

φ

2.0 pulg

Anillos Raschig de cerámica

1.0 pulg

0.5 pulg

1.5 pulg

Anillos Raschig metálicos

Pará

met

ro d

e em

paqu

e,

, pie

s

Sillas Berl de cerámica

Anillos Pall metálicos

Porcentaje de inundación

2.0 pulg

2.0 pulg

1.5 pulg0.5 pulg

1.0 pulg

1.0 pulg 1.5 pulg

0.5 pulg

2.0 pulg

1.5 pulg

1.0 pulg

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9

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Page 545: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Anillos Raschig de cerámica

Flujo de masa, WL, lb/h-pie2

Anillos Raschig metálicos

Pará

met

ro d

e em

paqu

e, f

, pie

s

Sillas Berl de cerámica

Anillos Pall metálicos

2.0 pulg

1.5 pulg0.5 pulg

1.0 pulg

1.0 pulg

0.5 pulg

1.5 pulg2.0 pulg

2.0 pulg

0.5 pulg

1.5 pulg1.0 pulg

1.5 pulg

1.0 pulg

0.5 pulg

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Page 546: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

× −

′′

× −

′ψμ

× −

−′

Coef

icie

nte

de c

arga

de

vapo

r, C FL

Relación de inundación, uOP/u

INUND

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Page 547: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

VG

1 lb mol0.46 kg mol

40.4 lblb molreal

1 h3600 s

5

π

× − × −

μμ

× −

× −

μ ΩΩ

σσ

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Page 548: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

(Lkg mol

h)(

1 lb mol0.46 kg mol

)(40.4 lblb mool

)(1 h

3600 s)

Área −

×

− −

× −

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Page 549: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

15.4.2 Correlaciones sencillas

μ

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′ −

′ −

−− − −

−−

′ −

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Page 551: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

−−−′

−− −′

Vsal, yA,sal Lent, xAent

Vent, yAentLsal, xAsal

yent

ysalxsal

xent

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Page 552: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− ′ − −

− −

− −−

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+

− −−

− −−

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Page 554: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −−

−−−

− − −

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Page 556: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

−−

− −

Vent, yent

Vsal, ysal Lsal, xsal

Lent, xent

yent

ysal

xent xsal

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Page 557: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

,

,

,

, , ,

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Page 558: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− Δ Δ,−

, ,

−,−

,

− −,−

,−

− −

− −

,

, ,

− −

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Page 559: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

αα −

αα −

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Page 564: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Introducción a los procesos de separación con membrana

1 La nomenclatura para este capítulo está en los preliminares de este libro.

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Page 571: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

HC

C

O

HO

HO

CH

CH2OH

CH2OH

CH

OH

OH

CH

O

O

O

O

O O O OCH

H

HH

C

CCC

n n n

CH CH2

n

O

S

O

CH3

C

CH3

CH3

Si

CH3

NH

NH

NH n

HN

O

C O

C

C

O

C

OC

O

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Page 572: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Capagruesapermselectiva,de porosidad constante

Capa permselectiva delgada

Soporte de membranaporosa,conporosidadcreciente

A.

B.

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^

^

16.3.1 Permeación de mezclas binarias de gases

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− − −

Diámetro de colisión Lennard-Jones (Å)

Perm

eabi

lidad

,

Hule de silicona

Hulenatural

Polies-tireno

Acetato de celulosa

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α

α −

×

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16.3.2 Permeación binaria en sistemas perfectamente mezclados

− − − −

−−

− − pp −

− −α

α − α −

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−−

yr

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× −

× −

× − × −

α − −α − α − y

−−

× −

−× −

× −

× −

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θ−−

− −

− −

× − × −

×

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α − × − × −

−θθ− θ−

au

u

ua

u u u

a − u

− ± −

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− − −

− −− −

− −

μ − μ−

× −

−× −

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Page 584: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

16.3.3 Permeación de varios componentes en sistemas perfectamente mezclados

−− u

u u

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− u

− u

× − × − × −

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× −

× −

−u

− u − u

Fp/A −

− θ

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16.4.1 Análisis de la ósmosis y la ósmosis inversa

Δ − Δ

′ Δ − Δ

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′′Δ

,

π π ′

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δδ

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′−ρ − − −

′′

′′

′′

− −

′−

− − − ′ −

α

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′ ′ ′ ′ ′ ′

−− u ′u ′ u ′

−− −

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−−

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16.4.2 Determinación experimental de las propiedades de las membranas

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−− u′

−−

a

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16.4.3 Determinación de la polarización de concentración

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μ μ

ω

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α ′ − α −α ′ −

−−

ω − −μ

μ

ω

× −

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° × − × −

× −

× −×

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α ′ − α −α ′ −

−− u′u′ u′

− −

− −−

− − −

− −

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− − −

ω

× −

× −

− −

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− − −

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16.4.4 Ósmosis inversa con soluciones concentradas

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Page 603: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Rete

nció

n

Diámetro molecular aproximado

Peso molecular

Exclusión de peso molecularnominal de la membrana

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′′ −

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δ , ,

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ln l

l

JA

g soluto

m sJ

L solvente

m s2 solv 2J

L soluto

m sc

g solutoLA 2 p de solución

g soluto

m sJ

L solvente

m s2 solv ×2

ccg soluto en permeado

L de soluciónp

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° °

− ≈ −−° °

l

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calentador

bombabomba de vacío condensador

gasesinertes

permeado líquido

retentadomembrana

Fent,

xent,

Tent

F9ent, x9ent, Tent

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DestilaciónDestilación

Producto 1(A puro)

Producto 2(B puro)

Permeado

Vacío

Retentado

Pervaporado

Destilación

Alimentaciónetanol-agua

agua

Vacío

Etanol producto

Pervaporado

CondensadorCalentador

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,

′′

′b.

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− −

°

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u ′ − −λ

′ u′ ′

− −−

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× −

yent

yent

yent

yp,sal

yp,sal

yp,sal

yr,sal

yr,sal

yr,sal

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Page 619: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

16.7.1 Permeación binaria con flujo cruzado

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yent=yr,o

yent=yr,oFent=Fr,o

Fent=Fr,o

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−−

16.7.2 Permeación binaria concurrente

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]

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16.7.3 Flujo binario a contracorriente

−− −

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−−

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Fsal,1 = Fent,2

Fent,1

Fsal

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× −

× − × −

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× −

× −

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× −

× − ×−

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16.A.1 Flujo cruzado

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Page 634: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

16.A.2 Flujo concurrente

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Page 636: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

16.A.3 Flujo a contracorriente

Sub Main()Dim N, M, k, j, i As IntegerDim pr, pp, a, b, c, ConA, ConB, Cj, Cjant, df, Ft, Fp, Fpant, Fpsal, permA, permB, Fr, Frsal, Fent, Area, Areatot, yt, yent, yr, yrsal, yrsalant, yrant, yp, ypant, alfa, thetatot, thetaj As DoubleSheets(“Sheet1”).Select

Range(“B7”, “GS16”).Clear [Limpia hasta 200 celdas (N = 200)]Fin = Cells(2, 2).Value [Valores de datos en la hoja de cálculo]thetatot = Cells(2, 6).ValueFpsal = thetatot * FentFrsal = Fent - Fpsal

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Page 637: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

yent = Cells(2, 4).Valueyrsal = Cells(4, 6).Valuepr = Cells(3, 4).Valuepp = Cells(3, 6).ValuepermA = Cells(3, 2).Value [P

A/t

ms]

permB = Cells(2, 8).ValueFptotal = Ft * Nalfa = permA / permBM = Cells(4, 2).Value [contador del bucle para determinar y

r,N correcta]

df = Cells(5, 2).Value [factor de amortiguamiento para la Ec. (16-78)]N = Cells(4, 4).ValueFt = Fpsal / Nyentcalc = yent [Inicializar valores]yrsalant = yrsalFor k = 1 To M [buble para convergencia en y

r,N]

yrsal = yrosalant + df * (yent - yentcalc) [Ec. (16-78), cuando k=1, ysal = y

r,N,propuesto]

yr = yrsal [Inicializar valores]Fr = FrsalFp = 0Fpant = 0yp = 0Areatot = 0For i = 1 To N [Inicio de bucle de cálculo para cada etapa]j = N - i + 1 [permite contar hacia atrás desde la etapa N]Cells(7, i + 1).Value = jypant = yp [Inicializar valores para esta etapa] Fpant = FpFp = Fpant + Fta = (1 - alfa) * Fp * pp / pr [Calcular términos de la ecuación cuadrática]

b = Fp * (1 - pp / pr) + (alfa - 1) * Fpant * ypold * pp / pr + alfa * Ft * pp / pr + Fp * (alfa - 1) * yrc = Fpant * ypant * (-1 - (alfa - 1) * yr + pp / pr) - alfa * Ft * yryp = (-b + (b * b - 4 * a * c) A 0.5) / (2 * a) [Ec. (16-75)]Area = Ft * yp / (permA * (pr * yr - pp * yp)) [Ec. (16-70A)]Areatot = Areatot + Area [Eq. (16-65)]Cells(8, i + 1).Value = Fr [Imprimir valores para la etapa j en la hoja de cálculo]Cells(9, i + 1).Value = ypCells(10, i + 1).Value = yrCells(11, i + 1).Value = AreaCells(12, i + 1).Value = FpFr = Fp + Frsalthetaj = Fp / FrCells(13, i + 1).Value = thetajyr = Fp * yp / Fr + yrsal * Frsal / FrNext i [Aumenta i en 1 y regresa al paso “For i = 1 To N”]yentcalc = yryrsalant = yrsalNext k [Aumenta k en 1 y regresa a la declaración “For k = 1 To M”]Balmasa = yr * Fr - Fp * yp - yrsal * FrsalCells(18, 2).Value = Balmasa [Imprimir valores fi-nales en la hoja de cálculo]Cells(14, 2).Value = ypCells(15, 2).Value = AreatotCells(16, 2).Value = yentcalcCells(17, 2).Value = FrCells(19, 2).Value = yrsalEnd Sub

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Page 638: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico

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Page 639: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.1.1 Definiciones

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Page 640: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Película externa

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Page 641: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

r

r

r

r r

17.1.2 Tipos de sorbente

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Page 643: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

a a a

aa

a

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Page 644: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.1.3 Comportamiento de equilibrio en adsorción

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Page 647: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

°

° °

×−

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° ° °

° °

°

′−εε

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× − − × − −

−−

× − −

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Page 652: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.2.1 Movimiento del soluto en una columna

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Page 653: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− ε − ε

− ε − ε Δ Δ

ε Δ Δ Δ ε Δ − ε ε Δ − ε − ε ρ Δ

r r r

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Page 654: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.2.2 Teoría del movimiento del soluto para isotermas lineales

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Page 655: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.2.3 Aplicación de la teoría lineal del movimiento del soluto a ciclos de purga y a la cromatografía de elución

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Alimentación Alimentación

Adsorbatos

Adsorbatos

Solvente o gasde arrastre

Solvente o gasde arrastre

Volumen del efluente (mL)

Con

cent

raci

ón (

m)

(× 1

0−3 )

2ª columna

modelo isocrático

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Page 658: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

pendiente = uN

pendiente = uA

tiempo, minutos

Conc.a la salida,gmol/L

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17.3.1 Adsorción con oscilación de temperatura

×

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Gaspuro

Gas regenerantecaliente

Gas caliente

Adsorbatoconcentrado

Gas purofrío

Regeneración Paso opcional deenfriamiento

Alimentación

Paso de alimentación

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ε Δ ρ Δ

Δ ε Δ − ε ε Δ − ε − ε Δ Δ Δ

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°

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)

r

n-heptano puro Purga, 80°C

uxy (vpurga, 80º)

uth (vpurga)

Alimentación, 0°C

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Condensador

Solventeorgánico

Agua

Vapor de agua

Regeneración con vapor de agua

Gas de alimentación

Aire limpio

Paso de alimentación

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Page 669: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Solvente secoproducto gas caliente

gas caliente

gas frío gas

Alimentación desolvente húmedo

Solvente húmedo(a reprocesamiento)

gas húmedo Alimentaciónlíquida

Paso dealimentación

Drenado Regeneración Enfriamiento(opcional)

Rellenado

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Page 670: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.3.2 Adsorción con oscilación de presión

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p

Gas producto puro

adsorbato

Alimentación Sopladaopcional

Vacío Subida de presión

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× − −

× −

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Page 675: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

arriba, L = 0.5

arriba

z, metros

abajo

abajo

Alimentación yFSoplada

Purga tiempo, s

tiempo, s

ymetano, salida

ysalida,arriba = 0

Subidapresión

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β

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r

r

× −

−−

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Page 678: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

×

17.3.3 Lechos móviles simulados

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Page 680: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Rafinado, A + D

Alimentación , A + D

Extracto, B + D

recirculación de desadsorbente

Recirculaciónde sólidos

1ª 2ª 3ª 4ª

A Producto

Alimentación

Alimentación

B Producto

B Producto

Desadsorbente

Desadsorbente

A Producto

Alimentación

B Producto

A Producto

Alimentación

DesadsorbenteB Producto

Desadsorbente A Producto

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Page 684: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

17.4.1 Ondas difusas

Adsorción

Desadsorción

Tiempo, mín

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Csal

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− −

17.4.2 Ondas de choque

− εε

εε

− ε − ε −−

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− − −−

r r

r

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cbaja

cbaja

cbaja

us (c = cbaja)us (c = calta)

cF = caltacF = cbaja

calta

calta

caltacsal

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Page 691: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

Csal

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Page 693: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

17.5.1 Equilibrio en el intercambio iónico

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Page 695: Ingenieria de Procesos de Separación 2ed - Wankat

− −

− −

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17.5.2 Movimiento de los iones

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ε−−

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17.6.1 Transferencia de masa y difusión

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17.6.2 Balances de masa en la columna

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17.6.3 Transferencia de masa con parámetro agrupado

−−

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′ − ε

− ε′

− − − − −

17.6.4 Balances de energía y transferencia de calor

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17.6.5 Deducción de la teoría del movimiento del soluto

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17.6.6 Simuladores detallados

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17.7.1 Solución de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersión

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17.7.2 Superposición en sistemas lineales

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17.7.3 Cromatografía lineal

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Lecho usado

Área de lecho nousado en MTZ

Área de lechousado en MTZ

Área delecho usadoen MTZ

centrocsal

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×

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=

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