8/18/2019 Taller No 4.pdf

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UNIVERSIDAD DEL VALLE-FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO: OPERACIONES DE SEPARACION

Taller # 4

A una columna de destilación se alimenta una corriente líquida con un flujo molar total de

100 kmol / h y que tiene la siguiente composición porcentual molar:

COMPONENTE % molar

 propano 1.36

isobutano 14.33

n-butano 16.37

isopentano 15.66

n-pentano 17.88

n-hexano 34.40

TOTAL 100.00

Se desea recuperar en la corriente de destilado al 95 % del n-butano alimentado, y en la

corriente de residuo al 98 % del isopentano alimentado.

(1) Método de Fenske-Underwood-Gilliland-Kirkbride

(a) Utilice el paquete CHEMSEP [en el modo de cálculo de separación instantánea ( Flash)

y con la ecuación de estado de Soave-Redlich-Kwong (SRK) como modelo

termodinámico] para seleccionar el tipo de condensador y estimar la presión en la cimade la columna.

(b) Utilice el paquete CHEMSEP [en el modo de cálculo de separación instantánea ( Flash)y con la ecuación de estado de Soave-Redlich-Kwong (SRK) como modelo

termodinámico] para determinar la temperatura en la cima de la columna.

(c) Estime la presión en el fondo de la columna y utilice el paquete CHEMSEP [en el

modo de cálculo de separación instantánea ( Flash) y con la ecuación de estado de

Soave-Redlich-Kwong (SRK) como modelo termodinámico] para determinar la

temperatura en el rehervidor.

(d) Utilice el paquete CHEMSEP [en el modo de cálculo de separación instantánea ( Flash)

y con la ecuación de estado de Soave-Redlich-Kwong (SRK) como modelo

termodinámico] para determinar los coeficientes de distribución líquido-vapor y las

volatilidades relativas (con respecto al componente clave pesado) de todos loscomponentes, a las condiciones promediadas de temperatura y presión en la columna y

a la composición molar del alimento.

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(e) Utilice las ecuaciones de Fenske para determinar el número mínimo de etapas de

equilibrio requeridas para la separación deseada y la distribución de los componentes

en las corrientes de destilado y de residuo, o sea, los flujos molares parciales de todos

los componentes en esas dos corrientes y las fracciones molares correspondientes.

(f) Con las volatilidades relativas calculadas en la parte (d), utilice la ecuación de Shiras,

Hanson y Gibson para definir cuáles componentes son distribuídos o no distribuídos.

(g) Con los coeficientes de distribución líquido-vapor obtenidos en la parte (d), haga un

cálculo manual de separación instantánea ( Flash) para determinar la condición térmicaq del alimento a las condiciones promediadas de temperatura y presión en la columna.

(h) Utilice las ecuaciones de Underwood para determinar la relación de reflujo mínima.

(i) Utilice la correlación de Olujic para determinar la relación de reflujo óptima.

(j) Utilice la correlación de Molokanov, Korablina, Mazurina y Nikiforov para determinar

el número de etapas de equilibrio requeridas que corresponden a la relación de reflujo

óptima calculada en la parte (i).

(k) Utilice la ecuación de Kirkbride para determinar los valores tentativos para el número

de etapas de equilibrio requeridas en las secciones de rectificación y de despojamiento

de la columna de destilación.

(l) Utilice la corrección de Akashah, Erbar y Maddox para definir la etapa óptima de

alimentación a la columna y determinar los valores definitivos para el número deetapas de equilibrio requeridas en las secciones de rectificación y de despojamiento de

la columna de destilación.

(2) Modelo de etapas de equilibrio

Utilice el paquete CHEMSEP [en el modo de simulación de columna de equilibrio y

con la ecuación de estado de Soave-Redlich-Kwong (SRK) como modelotermodinámico] y emplee el valor para el número de etapas de equilibrio en la columna

determinado en la parte (j) del numeral (1), con el fin de determinar (por error y

ensayo) el valor definitivo de la relación de reflujo requerida para lograr la separacióndeseada. Para el alimento a la columna, use las condiciones promediadas de

temperatura y presión calculadas en la parte (d) del numeral (1).

Compare la distribución obtenida para los componentes en las corrientes de destilado y

de residuo con la distribución predicha por las ecuaciones de Fenske y que fuereportada en la parte (e) del numeral (1).

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Reporte las siguientes tablas de resultados de ChemSep:

(1) Especificaciones del problema (Specifications)

(2) Salida de ChemSep (ChemSep output )(3) Corrientes terminales de la columna (Streams)

(4) Balances de materia y energía en la columna ( Mass and energy balances)

(5) Perfiles de temperatura, presión y flujos molares totales (T / P / Flow profiles)(6) Perfiles de composición molar en el líquido ( Liquid x composition profiles)

(7) Perfiles de composición molar en el vapor (Vapour y composition profiles)

(8) Perfiles de coeficientes de distribución líquido-vapor ( K-value profiles)(9) Perfiles de propiedades físicas ( Physical properties)

Reporte los siguientes gráficos de ChemSep:

(1) 

Perfil de temperatura (Temperature profile)(2) Perfil de presión total ( Pressure profile)(3) Perfil de composición molar en el líquido ( Liquid phase composition profiles)

(4) Perfil de composición molar en el vapor (Vapour phase composition profiles)

(5) Perfil de flujos molares totales del líquido y del vapor ( Flow profiles)(6) Perfil de coeficientes de distribución líquido-vapor ( K-value profiles)

Reporte las cargas térmicas (o potencias caloríficas), en kW, del condensador y del

rehervidor.

(3) Dimensionamiento detallado

Utilice el algoritmo de dimensionamiento detallado para columnas de destilación de platos perforados contenido en las notas de clase (páginas 80 a 110) con el fin de especificar

completamente la conformación geométrica, el comportamiento hidráulico, la transferencia

de masa y la eficiencia de separación de la columna requerida para la separación deseada.

De las tablas de resultados obtenidas con el paquete ChemSep y que fueron reportadas en el

numeral (2), extraiga los valores de todas las variables de entrada al algoritmo dedimensionamiento y reporte esos valores en una tabla adicional. Elabore una tabla con los

valores de todas las variables calculadas en los 87 pasos del algoritmo, y añada sus

comentarios sobre el cumplimiento de los diversos criterios de diseño incluídos en elalgoritmo.