SISTEMADE

REACTORES

SISTEMA DESEPARACION DE

LIQUIDOS

Alimentos

Productos

PurgaSISTEMA DERECUPERACION DE

VAPORES

Vapor

Reciclo de Gases

Líquido

Líquido

Reciclo de Líquidos

SEPARADORDE

FASES

Hidrogeno 1552

fi (mol/h)Hidrogeno 1554Metano 1036Benceno 265Tolueno 91Difenilo 4

Metano 1029Benceno 20Tolueno 2Difenilo 0

Hidrogeno 2Metano 7Benceno 245Tolueno 89Difenilo 4

Balance de Masa Global: F = V + LBalance de Masa de Componentes: Fzi = Vyi + LxiRelaciones de Equilibrio: yi = Kxi

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

∑

∑−=−=

∑

∑==

ifiKjf

ifilifiv

ifiKjfif

iLxil

1

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

∑

∑−=

∑

∑=⇒=

==

∑

∑

jfifjK

jfjl

jfifjfjK

jvffK

y

ff

Lf

x

j

jjj

j

jjj

1

Benceno Perdido en Purga = 0.13(20) = 2.6 mol/horaTolueno Perdido en Purga = 0.13(2.0) = 0.26 mol/hora

2 4

2 4

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

1 A/BCD B/CD C/D

2 A/BCD BC/D B/C3 AB/CD A/B C/D4 ABC/D A/BC B/C

5 ABC/D AB/C A/B

Secuencias Columna 1 Columna 2 Columna 3

BC/D B/C

AB/C A/B

ABCD

A/BCD

ABC/D

B/CD

A/BC

C/D

B/C

AB/CD A/B C/D

1 A/BCDE B/CDE C/DE D/E

2 A/BCDE B/CDE CD/E C/D3 A/BCDE BC/DE B/C D/E4 A/BCDE BCD/E B/CD C/D5 A/BCDE BCD/E BC/D B/C6 AB/CDE A/B C/DE D/E

7 AB/CDE A/B CD/E C/D

9 ABC/DE AB/C D/E A/B10 ABCD/E A/BCD B/CD C/D11 ABCD/E A/BCD BC/D B/C12 ABCD/E AB/CD A/B C/D13 ABCD/E ABC/D A/BC B/C

14 ABC/DE ABC/D AB/C A/B

8 ABC/DE A/BC D/E B/C

( )( )( )

1

! 1! ! 12 . −

−−

= nSnnnSecuenciasdeNo

segpiepiemolM

vmGG

/,)/(

5.15.13ρρ

==

)3600)(5.1(88.0/

)3600(88.0)/(

88.0)/( 3

mG

m

MFvhmolF

vsegpieQA

ρρ

===

4/12/12/1

0164.088.044

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

m

GT

MFv

QADρππ

Fqfii ik

ik )1( −=−∑ φα

α

DRVdii ik

ik )1( minmin +==−∑ φα

α

BRVbii ik

ikmin

__

min

__

==−∑ φα

α

ikα Volatilidad relativa de i con respecto a k φ Variable a determinar

iii bdf ,, Flujos molares de componentes BDF ,, Flujos molares totales

q Fracción del alimento que se une a la corriente líquida en el plato de alimentación

min

__

min , RR Relaciones de reflujo mínimas

min

__

min ,VV Flujos mínimos de vapor

Fqbdf ii ik

iki

i ik

iki

i ik

ik )1( −=−

+−

=− ∑∑∑ φα

αφα

αφα

α

ii ik

iki

i ik

ik bFqdV ∑∑ −−−=

−=

φαα

φαα )1(min

Para los componentes, i, no claves

ihklk

ik

ik ficomponentedelinadomvapordemínimoFlujo

2

arg αα

α

α+

−=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES MEZCLA TERNARIA

ALIMENTO: COMPOSICION: 20% n-C5; 30% n-C6; 50% n-C7 FLUJO: 10 mol/s CONDICION: Punto de burbuja OBJETIVO: Obtener por destilación tres productos en sus puntos de burbuja concomposiciones del 99% n-C5, 99% n-C6 y 99% n-C7, respectivamente ASIGNACION: Determinar la secuencia, directa o indirecta, de dos columnas de destilaciónsimple con las que se consiga el objetivo propuesto con un menor costo total.

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES MEZCLA TERNARIA – PROPIEDADES

Propiedad n-Pentano n-Hexano n-Heptano

Peso mol 72.151 86.176 100.205

T. de ebullición, K 309.187 341.887 371.6

T. Crítica, K 469.8 507.9 540.2

P. Crítica, bar 33.3 29.3 27.0

DE S T IL A CIO N DE SIST E M A S IDE A L E S M E Z CL A T E R NA RIA – C AL C UL O S F L A SH

H Y S Y S (U NIQ U A C – Id eal)

n-C5 n-C6 n-C7

1,424 0,687 4,72 2,07Rocío 1,0 357,4 3,242

1,238 0,597 4,65 2,07L-V 0,5 351,3 2,779

0,948 0,445 5,54 2,13Burbuja 0 341,6 2,466

Volatilidad Relativa

n-C5 / n-C7

Volatilidad Relativa

n-C6 / n-C7

Constantes de EquilibrioCondición Fracción

de vapor Temperatura K

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES MEZCLA TERNARIA

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

I

II

n-C5

n-C6

n-C7

n-C5n-C6n-C7

(a) (b)

Figura 1. Secuencia (a) directa y (b) indirecta

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

BALANCES DE MATERIA Balances de componentes

smolCnfCnf III / 2)5()5( =−+− smolCnfCnfCnf IIIIII / 3)6()6()6( =−+−+−

smolCnfCnf IIIII / 5)7()7( =−+−

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

RELACIONES INICALES Especificaciones iniciales de productos Producto I: )6(99)5( CnfCnf II −=−

Producto II: )6(990

5)5( CnfCnf IIII −=−

)6(990

5)7( CnfCnf IIII −=− Producto III: )6(99)7( CnfCnf IIIIII −=−

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS Y COMPOSICIONES DE PRODUCTOS

Componentes Producto I

mol/sProducto I

% molProducto II

mol/sProducto II %

molProducto III

mol/sProducto III %

mol

0,005 4,985 0,990

Total 2,005 1,000 2,960 1,000 5,035 1,000

n-C7 0,000 0,000 0,015

2,9300,0100,020n-C6

0,005 0,000 0,000

0,0100,0500,990

n-C5 1,985 0,990 0,015

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna I: Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

)/ 10)(11()/ 5(1

1)/ 3(13.2

13.2)/ 2(54.5

54.5 smolsmolsmolsmol −=−

+−

+− φφφ

Resolviendo: [ ]43.1 ,68.3=φ Columna I: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolV / 02.4)/ 02.0(68.313.2

13.2)/ 985.1(68.354.5

54.5min =

−+

−=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA DIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna II:Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

0)/ 5(1

1)/ 98.2(13.2

13.2)/ 015.0(54.5

54.5=

−+

−+

−smolsmolsmol

φφφ Resolviendo para los componentes claves: [ ]50.1=φ Columna II: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolsmolV / 9.950.11

)/ 015.0(150.113.2

)/ 93.2(13.250.154.5

)/ 015.0(54.5min =

−+

−+

−=

Flujo mínimo total de vapor = 4.02 + 9.9 = 13.92 mol/s (S.D)

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA INDIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna I: Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

)/ 10)(11()/ 5(1

1)/ 3(13.2

13.2)/ 2(54.5

54.5 smolsmolsmolsmol −=−

+−

+− φφφ

Resolviendo: [ ]43.1 ,68.3=φ Columna I: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolsmolV / 64.111.43-1

)/ 015.0(143.113.2

)/ 95.2(13.243.154.5

)/ 2(54.5min =+

−+

−=

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES SECUENCIA INDIRECTA DE COLUMNAS SIMPLES

FLUJOS MINIMOS DE VAPOR – METODO DE UNDERWOOD Columna II:Alimento en el punto de burbuja ( q = 1) – Ec. (1)

0)/ 015.0(1

1)/ 95.2(13.2

13.2)/ 2(54.5

54.5=

−+

−+

−smolsmolsmol

φφφ Resolviendo para los componentes claves: [ ]36.3=φ Columna II: Flujo mínimo de vapor – Ec. (2)

smolsmolsmolV / 0.535.313.2

)/ 02.0(13.236.354.5

)/ 985.1(54.5min =

−+

−=

Flujo mínimo total de vapor = 11.64 + 5.0 = 16.64 mol/s (S.I)

DESTILACION DE SISTEMAS IDEALES FLUJO MINIMO DE VAPOR MARGINADO

Secuencia directa:

smoldeinadomvapordemínimoFlujo / 76.1)5(

213.254.51

1C7-n arg =+

−=

Secuencia indirecta:

smoldeinadomvapordemínimoFlujo / 79.2)2(

2113.254.5

54.5C5-n arg =+

−=

Menor flujo mínimo de vapor marginado: S.D

Alcohol Flujo Volatilidad relativa Mol/s A 1 4.3 B 0.5 4.0 C 1 3 D 7 2 E 10 1

C. Claves A B C D E A/B - - 2.6 6.5 3.2 B/C 5.3 - - 9.3 4.0 C/D 2.4 1.3 - - 6.7

D/E 1.5 0.8 2.0 - -

1 3 ,3 6 ,7B /C D E C /D E

1 2 ,3 8 ,0 2 ,0A /B C D E B C /D E C D /E

1 8 ,6 2 ,8 9 ,3A B /C D E B C D /E B /C D

1 0 ,4 9 ,1 1 ,3A B C /D E A /B C D B C / D

4 ,3 1 4 ,6 2 ,6A B C D /E A B /C D A /B C

3 ,7 5 ,4A B C / D A B /C

Secuencia No. Separaciones Flujo marginado Posición

1 A/BCDE, B/CDE, C/DE, D/E 32,3 142 A/BCDE, B/CDE, CD/E, C/D 27,6 133 A/BCDE, BC/DE, B/C, D/E 20,3 84 A/BCDE, BCD/E, B/CD, C/D 24,4 115 A/BCDE, BCD/E, BC/D, B/C 16,4 66 AB/CDE, A/B, C/DE, D/E 25,3 127 AB/CDE, A/B, CD/E, C/D 20,6 98 ABC/DE, A/BC, B/C, D/E 13,0 29 ABC/DE, AB/C, A/B, D/E 15,8 510 ABCD/E, A/BCD, B/CD, C/D 22,7 1011 ABCD/E, A/BCD, BC/D, B/C 14,7 412 ABCD/E, AB/CD, A/B, C/D 18,9 713 ABCD/E, ABC/D, A/BC, B/C 10,6 114 ABCD/E, ABC/D, AB/C, A/B 13,4 3