Grados de libertad columna destilación C + 6
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Grados de libertad columna destilación C + 6 a P cte, flujo molar cte y sin pérdidas de calor. Binario : 3 F, z 1 , h F 2 D, x D1 , W, x W1 o N T 1 L/V o L/D 1 plato de alimentación 1 T condens (líq sat.). Ternario Binario + z 2. x D2 ???? x W2 ??? Balance de materia a componente 2.

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Destilación multicomponente

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Presentation Transcript


Destilaci n multicomponente

Grados de libertad columna destilación C + 6

a P cte, flujo molar cte y sin pérdidas de calor

Binario:

3 F, z1, hF

2 D, xD1, W, xW1 o NT

1 L/V o L/D

1 plato de alimentación

1 Tcondens (líq sat.)

Ternario

Binario + z2

xD2???? xW2???

Balance de materia a componente 2

Destilación multicomponente

Destilación multicomponente: Imposible resolver los balances globales de materia y energía de la torre al inicio del problema


Destilaci n multicomponente

Destilación multicomponente: Imposible resolver los balances globales de materia y energía de la torre al inicio del problema

Destilación multicomponente:

Precisa resolución etapa a etapa de la torre. Inicialmente no conocemos ni destilado ni colas:

  • ENSAYO Y ERROR

    • Suponer una composición extrema

    • Resolver plato a plato

    • Comprobar balances globales de la torre

Destilación multicomponente


Destilaci n multicomponente

COMPONENTES CLAVE:

Se especifica su composición en destilado o colas

CLAVE LIGERO (LK): especificación de destilado

CLAVE PESADO (HK): especificación de colas

NO CLAVE LIGERO (LNK): componentes más volátiles que LK

NO CLAVE PESADO (HNK): componentes más pesados que HK

COMPONENTES “SANDWICH”: volatilidad intermedia LK y HK

SUPOSICIÓN INICIAL

No hay NO claves pesados en cabezas, sólo en colas (xHNK)D= 0

No hay NO claves ligeros en colas, sólo en cabezas (xLNK)W= 0

Destilación multicomponente

Realizar balance global a la torre con esta suposición

Comenzar a resolver por un extremo en que todos x ≠ 0

Por cabezas tengo LNKPor colas tengo HNK


Destilaci n multicomponente

EJEMPLO DE RESOLUCIÓN

F · zA = D · xAD

xAW = 0

A: NO CLAVE LIGERO (LNK)

B: CLAVE LIGERO (LK)

C: CLAVE PESADO (HK)

xBD

xCW

  • Realizar balance global a la torre con esta suposición: obtengo xCD y xBW

  • Comenzar a resolver por un extremo en que todos x ≠ 0: Por cabezas

  • yi,1 = xi,D i = A, B, C

Destilación multicomponente

  • xi,1 = equilibrio yi,1 equilibrio: volatilidad relativa constante ó

  • t rocío (t burbuja si empezamos por colas)

  • yi,2 = Loperación (xi,1) para cada componente

  • …. Equilibrio-operación-equilibrio-operación…


Destilaci n multicomponente

xAW = 0

F · zA = D · xAD

A: NO CLAVE LIGERO (LNK)

B: CLAVE LIGERO (LK)

C: CLAVE PESADO (HK)

xBD

XCW

  • …. Equilibrio-operación-equilibrio-operación…

  • F se introduce en una etapa con composición próxima, pero ensayo y error

  • L’ = L + F·F V= V’ + (1-F)·F. Para pasar a Loperación inferior en un plato n:

Destilación multicomponente

  • Equilibrio/operación…..con línea de operación inferior


Destilaci n multicomponente

Destilación multicomponente

Simulación para destilación de benceno-tolueno-cumeno. Se desea recuperar 99% de benceno. La alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno, 0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de cumeno y es líquido saturado. Etapa de alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay 19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial, abenceno = 2.25, atolueno = 1, acumeno = 0.21


Destilaci n multicomponente

Destilación multicomponente

Simulación para destilación de benceno-tolueno-cumeno. Se desea recuperar 99% de benceno. La alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno, 0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de cumeno y es líquido saturado. Etapa de alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay 19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial, abenceno = 2.25, atolueno = 1, acumeno = 0.21


Destilaci n multicomponente

Destilación multicomponente

Simulación para destilación de benceno-tolueno-cumeno. Se desea recuperar 99% de benceno. La alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno, 0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de cumeno y es líquido saturado. Etapa de alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay 19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial, abenceno = 2.25, atolueno = 1, acumeno = 0.21


Destilaci n multicomponente

Destilación multicomponente

Simulación para destilación de benceno-tolueno-cumeno. Se desea recuperar 99% de TOLUENO . La alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno, 0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de cumeno y es líquido saturado. Etapa de alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay 19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial, abenceno = 2.25, atolueno = 1, acumeno = 0.21


Destilaci n multicomponente

  • Aparecen máximos en claves debidos a los no claves correspondientes

  • Los no claves no se distribuyen

  • Los no claves pasan por zonas de composición ≈ cte cerca de F

  • Aparecen discontinuidades en las concentraciones en plato de F

Destilación multicomponente

Simulación para destilación de benceno-tolueno-xileno-cumeno. Se desea recuperar 99% de TOLUENO . La alimentación tiene 0.125 f. molar de benceno, 0.225 f. molar de tolueno y 0.375 f. molar de xileno y 0.275 de cumeno y es líquido saturado. abenceno = 2.25, atolueno = 1, axileno = 0.33, acumeno = 0.21


Destilaci n multicomponente

ECUACIÓN DE FENSKE

Método exacto de cálculo de Nmin (L/V=1), F = D = W = 0

Aplicable a binario y multicomponente (equilibrio: a)

Para dos componentes cualquiera A, B:

En calderín, equilibrio entre colas y vapor que asciende

qC

D

xA,D, xB,D xC,D

Balance de materia al calderín

Destilación multicomponente

F = D = W = 0, L/V = L’/V’ = 1

xA,N = yA,WxB,N = xB,W

yA,N, yB,N, yC,N

yA,W, yB,W, yC,W

N

xA,N, xB,N, xC,N

W

xAW, xBW, xCW

En la etapa N, nuevo equilibrio-operación

xA,N-1 = yA,NxB,N-1 = yB,N


Destilaci n multicomponente

ECUACIÓN DE FENSKE

F = D = W = 0, L/V = L’/V’ = 1 Nmínimo

qC

xA,N-1 = yANxB,N-1 = yBN

D

xAD, xBD xACD

SEGUIMOS PLATO A PLATO

Destilación multicomponente

xAN-1, xBN-1,, xCN-1

yAN, yBN, yCN

yAW, yBW, yCW

N

xAN, xBN, xCN

W

xAW, xBW, xCW

aA,B: media geométrica de volatilidades, Nmínimo: con ebullidor


Destilaci n multicomponente

ECUACIÓN DE UNDERWOOD: L/Vmin

Desarrollo completo en King

L/Vmin: cálculo analítico si el pinch (op. = equil.) está en plato alimentación

MULTICOMPONENTE: Aparecen varios pinch si hay no claves no distribuidos

Con HNK: L/Vmin (pinch) en enriquecimiento

Con LNK: L/Vmin (pinch) en agotamiento

Operación Vmin·yi,j+1 = Lmin·xi,j +D·xi,D

D

xiD

Equilibrio yi,j+1 = Ki,j+1·xi,j+1

j

Pinch, composiciones constantes:xi,j-1 = xi,j = xi,j+1 yi,j-1 = yi,j = yi,j+1

j+1

F

zi

Combinando términos:

Destilación multicomponente

Con ai = Ki/KHK

W

xiWW


Destilaci n multicomponente

ECUACIÓN DE UNDERWOOD: L/Vmin

Desarrollo completo en King

Enriquecimiento:

Ecuación polinómica en f, c raíces

Agotamiento:

Ecuación polinómica en f’, c raíces

Con flujo molar y a cte

Destilación multicomponente

1.- Conocida F y su entalpía, calculo DVFeed

2.- Calculo f

PROBLEMA

3.- Calculo Vmin

4.- Calculo Lmin = Vmin-D


Destilaci n multicomponente

ECUACIÓN DE UNDERWOOD: L/Vmin

Desarrollo completo en King

Cálculo de f

  • CASO 1 : Todos NO CLAVES NO DISTRIBUIDOS

  • Resuelvo ecuación de f: aHK < f < aLK

  • Calculo D:

    D·xHNK,D = 0, D·xLNK,D = F·zLNK, D·xLK,D = (FRLK),D·F·zLK, D·xHK,D = (1-(FRHK)W)·F·zHK

  • Obtengo Vmin y Lmin

Destilación multicomponente

  • CASO 2 : Distribución de NO CLAVES con L/Vmin idéntica a FENSKE L/V=1

  • Resuelvo ecuación de f: aHK < f < aLK

  • Calculo D, D·xNK,D con Fenske

    D·xLK,D = (FRLK),D·F·zLK, D·xHK,D = (1-(FRHK)W)·F·zHK

  • Obtengo Vmin y Lmin

1) FR de los claves A y B especificada

Calculamos N min

Determinamos FR de los no claves


Destilaci n multicomponente

ECUACIÓN DE UNDERWOOD: L/Vmin

Desarrollo completo en King

Cálculo de f

  • CASO 3 : SIN SUPOSICIONES, SOLUCIÓN EXACTA

  • Resuelvo ecuación de f: Polinómica de c raíces

    Se obtienen c-1 soluciones válidas con f comprendidos entre los a de todos los componentes aLNK1 < f1< aLNK2 < f2< aLK < f3< aHK < f4< aHNK1 < f5< aHNK2

  • Planteo ecuación c-1 veces (para cada f) y obtengo c-1 ecuaciones con c-1 incógnitas. Calculo Vmin y D·xi,D de los NO claves

Destilación multicomponente

  • Calculo D:

  • Calculo Lmin


Destilaci n multicomponente

CORRELACIÓN DE GILLILAND

Estimación de Nteóricos a reflujo finito

Destilación multicomponente

  • Cálculo de Nmin con Fenske

  • Cálculo de (L/D)min con Underwood

  • Elección de L/D. Habitual: 1.05·(L/D)min < L/D <1.5·(L/D)min

  • Cálculo de abscisa y lectura de ordenada

Errores hasta ±30%, a menudo ± 7%

  • Cálculo de N etapas teóricas


Destilaci n multicomponente

LOCALIZACIÓN ÓPTIMA PLATO ALIMENTACIÓN

  • Estimación etapa de alimentación a reflujo total.

  • Para CLAVES, cálculo con Fenske de nº de etapas desde alimentación hasta destilado

  • Estimación de la etapa real de alimentación con Gilliland

Destilación multicomponente


Destilaci n multicomponente

ABSORCIÓN MULTICOMPONENTE

  • RESOLUCIÓN GRÁFICA: Mc Cabe-Thiele

  • .RESOLUCIÓN ANALÍTICA: Kremser

  • REQUISITOS HABITUALES:

  • Isotérmico

  • Isobárico

  • DHabsorción →0

  • Velocidad de flujo constante

REQUISITO ADICIONAL:

Equilibrios independientes para cada soluto: Disoluciones diluidas

En disoluciones diluídas el multicomponente se resuelve como varios problemas de absorción de un único componente independientes

Normalmente conocemos P,T, las especificaciones de ambas corrientes de entrada (G + L) y la especificación de un componente (1) a la salida

Absorción multicomponente

  • Resolución Nteórico Mc Cabe o Kremser para componente especificado: (1)

  • Resolución tanteada para el resto de componentes (2,3,4….)

  • Planteo equilibrio de cada componente, ej: y2 = f(x2)

  • Propongo un supuesto valor de y2out en la corriente gaseosa de salida

  • Con el valor supuesto de y2out, calculo línea de operación y Nteórico necesarios

  • Compruebo el Nteorico obtenido con el calculado con componente especificado (1)


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