Condensador - U

Experiencia de Secado
Integrantes: Paulo Arriagada
Stefan Berner
Constanza Romero
Camilo Uribe
Profesora: Angel Sanhueza P.
Fecha experiencia: miércoles 26 de marzo de 2014.
Introducción
La destilación es una operación de separación, llevada a cabo mediante la vaporización y
condensación de los diferentes componentes de una mezcla, aprovechando las diferencias de
temperatura de las sustancias.
En la experiencia se sometió a una mezcla de etanol agua al 15% molar a una destilación en una
torre de 15 platos. La alimentación se realizó en el primer plato.
Objetivos
1. Realizar un balance de energía al rehervidor y al condensador.
2. Comentar los resultados obtenidos.
Desarrollo
Los datos de la destilación se resumen a continuación en las tablas I y II.
R
TºC Rehervidor
TºC Plato 1
TºC Plato Central
TºC Superior
TºC Cabeza columna
TºC Precalentamiento
TºC Entrada agua
condensador
TºC Salida agua condensador
Perdida de carga en columna
mBar
Flujo Agua condensado
L/hora
2
84.2
81.3
78.0
77.4
77.2
77.1
23.9
26
14
200
Tabla 1: Datos de temperatura de destilación.
Alimentación
Plato 1
Plato central
Plato superior
Destilado
Residuo
Comp. Másica
alcohol (%)
30.9
49.7
85.5
89.3
91.7
28.6
Comp. Molar
0.15
0.28
0.70
0.77
0.81
0.14
Flujo másico
(K/h)
14.1
0.57
12.7
Tabla 2: Datos de composición y flujos de destilación.
La figura 1 muestra una ilustración de la torre, resumiendo los datos de flujos y composiciones
necesarios para la resolución del problema.
Figura 1: Ilustración de la torre de destilación.
A continuación, planteamos el balance de energía en la columna y en el condensador:
𝐹 ∗ ℎ𝐹 + 𝑄𝑟 = 𝐷 ∗ 𝐻𝐷 + 𝐵 ∗ ℎ𝐵 + 𝑄𝑐 (Columna)
𝑉1 ∗ 𝐻𝑉1 = 𝐿0 ∗ 𝐻𝐿0 + 𝐷 ∗ ℎ𝐷 + 𝑄𝑐
(Condensador)
Y el balance de masa en el condensador:
𝑉1 = 𝐿0 + 𝐷 (Condensador)
Pero esta última ecuación se puede expresar en términos de R, el reflujo, quedando:
𝑉1 = 𝐷 ∗ (𝑅 + 1)
(BM Condensador)
Además, cosiderando un condensador total, se tiene que: ℎ𝐿0 = ℎ𝐷 , quedando el balance de
energía del condensador como sigue:
𝑄𝑐 = 𝑉1 ∗ (𝐻𝑉1 − ℎ𝐿0 ) (BE Condensador)
Sustituyendo los valores en la ecuación BM condensador se tiene que:
𝑉1 = 1,71 𝐾𝑔/ℎ
La figura 2 muestra el diagrama de entalpía composición para una mezcla etanol-agua a 1 atm.
h
Figura 2: Diagrama entalpía-composición para una mezcla etanol-agua a 1 atm.
De aquí se extrae que:
ℎ𝐷 = 60 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔
ℎ𝐵 = 85 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔
ℎ𝐹 = 80 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔
𝐻𝑉1 = 325 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔
Con estos valores obtenidos gráficamente, se tiene que:
𝑄𝑐 = 453.15 𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ
Luego, despejando del balance de energía de la columna, se tiene que:
𝑄𝑟 = 𝐷 ∗ 𝐻𝐷 + 𝐵 ∗ ℎ𝐵 + 𝑄𝑐 − 𝐹 ∗ ℎ𝐹 = 438,85 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝐾𝑔
De esta forma, se da que el calor retirado por el condensador (Qc) es mayor que el introducido por
el rehervidor (Qr). Esto se debe a que la corriente de entrada o alimentación es precalentada a una
temperatura alta, por lo que el rehervidor no entrega tanto calor para calentar la mezcla. Esto se
basa en que la diferencia de temperatura entre los platos es baja; particularmente entre el
rehervidor y la cabeza, es de solo 7°C. Esto implica directamente que el calor entregado en el
precalentamiento a la alimentación es ayuda al sistema a funcionar, por lo que no es necesario
calentar mucho en el rehervidor y, de esa forma, se ahorra energía.