Practica Rectificacion

Operaciones Bsicas de Transferencia de Materia

REA DE INGENIERA QUMICAProf. Isidoro Garca Garca

Determinacin experimental del coeficiente global de transferencia de materia en una columna de relleno para la rectificacin de una mezcla

binaria: acetona - isopropanol


Prof. Isidoro Garca GarcaDeterminacin experimental del coeficiente global de T.M. en una columna de relleno.

INTRODUCCIN

La separacin de los componentes que constituyen un lquido es un proceso habitual y de gran importancia en la industria qumica.

El mtodo ms ampliamente utilizado para ello es la destilacin. Como se sabe, al calentar un lquido, formado por ms de un componente, el vapor que se forma es ms rico en los componentes ms voltiles. Es la diferencia de volatilidad entre unos y otros compuestos, lo que hace posible la separacin.

Si un vapor formado por una serie de compuestos, se pone en contacto con un lquido conteniendo esos mismos compuestos pero en una concentracin diferente a la del equilibrio, entre ellos se producir una transferencia de materia: parte de los componentes menos voltiles del vapor pasarn al lquido y parte de los componentes ms voltiles del lquido pasarn al vapor. De esta forma, el vapor se habr enriquecido en los componentes voltiles y el lquido lo habr hecho respecto a los componentes menos voltiles.

La rectificacin es una operacin que mediante la realizacin de evaporaciones y condensaciones sucesivas hace posible que se produzcan, en una misma columna, mltiples contactos entre una fase lquida y otra vapor de modo que se hace posible la transferencia indicada en el punto anterior.

La evaporacin de compuestos requiere un calor de cambio de estado que se toma del cedido por los que se condensan. De este modo, si los calores de cambio de estado son similares, podemos estar ante un proceso de transferencia equimolar en contracorriente.



Equipos

COLUMNA DE PLATOS:



Equipos

COLUMNA DE PARED MOJADA:

Gas

Pelcula descendente

Entrada de lquido

Salida de lquido



Equipos

COLUMNA DE RELLENO:



E

Q

U

I

P

O



Columna con la que se trabajar:

Por cada 10 L de isopropanolse pondrn 2 L de acetona



Columna con la que se trabajar:


Prof. Isidoro Garca Garca

Determinacin del coeficiente global de T.M. Como se ha vista en el tema 6, el diseo y/o anlisis del funcionamiento de una columna de relleno slo puede hacerse si se conoce el coeficiente/s de transferencia de materia en el sistema.

En estado estacionario, la transferencia de materia referida al componente ms voltil (C.M.V.) en un punto dado de la columna, se puede escribir:

Determinacin experimental del coeficiente global de T.M. en una columna de relleno.

yx

xy

x

ymolarfracccms

globalescoefKK

cmsN

siendoxxKyyKN

xy

xy

con equilibrioen estara quelquida fase la de seno elen voltilms componente delmolar fraccin *

con equilibrioen estara que vaporfase la de seno elen voltilms componente delmolar fraccin *

columna la de dado puntoun en lquida fase la de seno elen voltilms componente delmolar fraccin

columna la de dado puntoun en vaporfase la de seno elen voltilms componente delmolar fraccin

.ostransferidgmol,.,

ostransferidgmol

:;*)()*(

2

2

==



Determinacin del coeficiente global de T.M. Haciendo un balance de materia, para el componente ms voltil, en un elemento de la columna de altura dh:


dVydyVdLxdxLxLdydVdVydyVyVdxdLdLxdxLxLyV

xLdyydVVdxxdLLyVs

lquidodetotalesgmolLs

vapordetotalesgmolVSi

+=+++++=++++

+++=+++

))(())((

;:L+dL

x+dx

V+dV y+dy

V , y L , x

dh Por otro lado, si la columna trabaja a reflujo total:

dVdLVL ==

VLdxdy

VLluegodxdyxySi

dxdy

VLdyVdxL

dVxydyVdxLdLxdVydyVdxLdVydyVdLxdxL

=====

==

===

=+=+

1;

0

:anteriorecuacin laen dosustituyen efecto,En xy quecumplir que tienese V,L punto,cualquier en que, cumpla se que Para

)(



Determinacin del coeficiente global de T.M.


OGOG

y

yy

y

yy

h y

y

yy

xy

xy

NHhxy

dySaK

Vhyy

dySaK

Vhyy

dydhV

SaKyy

dydhV

SaK

dxLdhSxxaKNdAdyVdhSyyaKNdA

cmScmcmadhSadAxxKyyKN

t

b

t

b

t

b

=====

=========

;*;*;*;**)(;)*(

][;][;;*)()*(

0

23

2

La ecuacin anterior, sera la ecuacin de diseo de la torre. Para resolverla:

xx

y

xxy

xyxyxxyyycomo

xyxy

xPxPyPPyyPPcomo

xPxP

xPxP

xPBxPP

xPA

A

AA

AA

AAABAB

AB

BA

AB

BABBAA

AB

BA

B

B

A

A

B

BA

oAA

A

A

)1(1

)1(1)1()1(11:

:

:relativavolatil.;dedvolatilida;)(;dedvolatilida

*

**

***

*

***

+=+=

===

====

=====





=

=

=

=

+=

++=

=

+=+

=+=

=+=

+=+

===

==

)1()1(ln

11

11lnln

11

11lnln

11

111

1)1(

111

1)1(

)1(1

11

)1()1(1

11

)1)(1()1(1

)1()1()1(1

)1(1)1(

)1(1**

*

tb

bt

b

t

b

t

b

t

b

tx

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

y

yOG

OGOG

y

yy

xxxx

xx

xx

xx

xx

xdx

xdx

xdx

xdx

xdx

xdxdx

xxdx

xxxdx

xxx

dxxxx

x

xxxxx

dx

xx

xdx

xydx

xydyN

NHxy

dySaK

Vh

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

t

b

Para el caso de nuestra columna, que est trabajando a reflujo total, y=x dy=dx

12

3

4

5

6

7

8

(NOG)1-2h1-2

(NOG)1-3h1-3

(NOG)1-ih1-i





SVhaKNNH

xydy

SaKVh yOGOGOG

y

yy

t

b/*

===

=

=

=

SVhaKN

SVhaKN

SVhaKN

iyiOG

yOG

yOG

/)(

/)(

/)(

11

3131

2121

K

(NOG)1-i

h1-i/(V/S)

Kya



Procedimiento detallado:


1.- Se ha de esperar hasta que la columna alcance un estado estacionario. Esto se puede comprobar mediante la medida de caudal de lquido que cae por la columna: cuando este se estabiliza, se puede considerar que se ha alcanzado un estado estacionario

2.- A continuacin se toman la muestras y se mide el ndice de refraccin:

punto de muestra

0 2 4 6 8 10

n

2

0

1.358

1.360

1.362

1.364

1.366

1.368

1.370





3.- Una vez que se conoce el ndice de refraccin corregido, se determina la concentracin de acetona en fase lquida (x):

RECTA DE CALIBRADO

x

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

n

2

0

1.355

1.360

1.365

1.370

1.375

1.380





4.- A continuacin se ha determinar la concentracin y* (es decir, la concentracin de acetona en fase vapor que estara en equilibrio con los valores determinados, x). Para ello necesitamos los datos de equilibrio lquido-vapor del sistema en estudio (Ptotal=1 atm)



Datos de equilibrio a 1 atm :ACETONA-ISOPROPANOL

x1y1

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

,

C

50

55

60

65

70

75

80

85



Datos de equilibrio a 1 atm:ACETONA-ISOPROPANOL

x1

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

y

1

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

y

y*

(x,y): Concentraciones en el seno de las fases a unaaltura dada de la columna

y*- y : Fuerza impulsora





5.- A continuacin se ha de estimar la volatilidad relativa. Previamente se ha visto la ecuacin que se utiliza:

xyxy)1(

)1(*

*

=





6.- Para el clculo de (NOG)1-i se necesita la siguiente informacin:

=

)1()1(ln

11

tb

btOG xx

xxN

7.- Para el clculo de h1-i(V/S) se necesita la siguiente informacin:

La distancia entre toma y toma es de 15 cm y el dimetro interno de la columna es 8 cm

Clculo de V = L [mol-g/s]:

L = QL cm3/s * m g/cm3 * 1/Wm mol-g/g Wm = x * 58.08 + (1-x) * 60.10 , g totales/mol-g mezcla

m = Wm / [ x * 58.08/ acetona + (1-x) * 60.10/ isopropanol ]

Nota: los valores de las densidades de la acetona y del isopropanol deben ser los correspondientes a la temperatura a la que se ha medido el caudal. Se adjunta informacin sobre la influencia de la temperatura sobre dichas densidades:



Densidad de la Acetona

temperatura, C

-100 -50 0 50 100 150 200 250

g

/

c

m

3

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0



Densidad del Isopropanol

temperatura, C

-100 -50 0 50 100 150 200 250

g

/

c

m

3

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0





Con toda esa informacin se pueden determinar las columnas que faltan:

h1-i/(V/S)

0.0 5.0e+4 1.0e+5 1.5e+5 2.0e+5 2.5e+5 3.0e+5 3.5e+5

(

N

O

G

)

1

-

i

0

1

2

3

4





8.- Determinadas las dos ltimas columnas, se podra obtener una representacin como la siguiente:

De la pendiente se determina el coeficiente global de transferencia de materia

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