Cursos complementarios

Análisis y Evaluación Energética
de Procesos
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Horario de clases: Lunes, miércoles, viernes
(18:00-20:00)
Horario de asesorías: Martes de 11:00-12:00 hrs y
Aula: B-308
Trimestre: 14P
Curso: 2122110
Análisis y evaluación energética de procesos
Semana: 6\Sesión: 3
1
Métodos para diseño de Columnas de
Destilación
• Métodos cortos
• Métodos rigurosos
• ¿Cuáles son las características de cada uno?
Análisis y evaluación energética de procesos
Semana: 6\Sesión: 3
2
F= 1200 Kmol/hr
zAcetona= 0.7620
zH2O=0.2360
T = 330.15 K
P = 101.325 kPa
La pureza deseada de la acetona está basada en los estándares del mercado internacional que dicta como mínimo el
98.2 % mol de acetona en la corriente de salida de la etapa de purificación. A nivel gerencial debido a aspecto
económicos, se desea recuperar la mayor cantidad posible de la acetona alimentada a la columna de destilación (95%).
Determina:
Número mínimo de etapas
Relación de reflujo mínima
Número de etapas teóricas reales
Diámetro de la columna
Altura de la columna.
Análisis y evaluación energética de procesos
Semana: 6\Sesión: 3
3
Análisis y evaluación energética de procesos
Semana: 6\Sesión: 3
4
•
Seader & Henley, “Separation Process Principles”, Editorial: Wiley and sons, 1ra edición,
Capítulo 9. 1998. pág. 494.
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Semana: 6\Sesión: 3
5
DP =
Condensador= 2 psi (0.13 atm).
Columna = 5 psi (0.34 atm)
•
•
Seader & Henley, “Separation Process Principles”, Editorial: Wiley and sons, 1ra edición, Capítulo 7. 1998. pag. 375.
Smith, Van Ness & Abbott, “Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química”, Editorial: Mc Graw Hill, 5ta edición,
Capítulo 10. 1997.
•
Presión de burbuja: página 500
•
Presión de rocío: página 501
•
Temperatura de burbuja: página 502
•
Temperatura de rocío: página 505
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Semana: 6\Sesión: 3
FUG
6
Métodos Cortos
• Fenske
Número mínimo de etapas ideales
– Balances de materia.
– Volatilidad relativa de los componentes clave.
• Ecuación de Fenske
 xi , N  1   x j ,1  Nmin
  k

 
 k 1
x
x
i
,1
j
,
N

1



 xL , Domo  xP ,Fondo  Nmin


    k

 xL , Fondo  xP ,Domo  k  1
– L: Clave ligero
– P: Clave pesado
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Métodos Cortos
• Aunque la ecuación anterior es exacta, no es comúnmente utilizada ya que
se deben conocer las condiciones de operación de todas la etapas (P y T)
• Aproximación:
 xL , Domo  xP ,Fondo 
  kN min





 xL , Fondo  xP ,Domo 
N min 

log  xL , Domo xL , Fondo  xP , Fondo xP , Domo 
log  Lm, P
• Supone volatilidad relativa constante a los largo de la columna.
Lm, P 
 
L , P Domo
 
L , P Fondo
• ¿Qué es la volatilidad relativa? Y ¿cómo de calcula?
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FUG
8

Distribución de los componentes a
reflujo total
 dL 
N min  dP 
    L , P ,m  
 fL 
 fP 
f A,L  dL  f L
• Combinando
f A,L
dL 
1
•
•
•
•
•
N min
L , P ,m
 dP 
 
 fP 
f L  f A ,L  dL
dL: Flujo del componente ligero en el destilado
dP: Flujo del componente pesado en el destilado
fL: Flujo del componte ligero en los fondos
fP: Flujo del componte pesado en los fondos
fA,L: Flujo de entrada del componte ligero
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FUG
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Relación de Reflujo mínima
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Calculo de etapas teóricas (Gilliland)
• Calcular
R  Rmin
R 1
R  Rmin
 0.125
R 1
• Para
el cálculo de etapas teóricas se hace con la
siguiente correlación:
N  Nmin
 R  Rmin 
 R  Rmin 
 0.5039  0.5968 
  0.908 log 

N 1
 R 1 
 R 1 
R  Rmin
• Para R  1  0.125 el cálculo de etapas teóricas se hace con la
siguiente correlación:
N  Nmin
 R  Rmin 
 R  Rmin 
 R  Rmin 
 0.6257  0.9868 
  0.5160 
  0.1738 

N 1
 R 1 
 R 1 
 R 1 
2
3
• N es el número de etapas teóricas para llevar a cabo la
separación deseada.
•
Jiménez Gutiérrez, A. “Diseño de Procesos en Ingeniería Química”, Editorial: Reverté, 1ra edición,
Capítulo 8. 2003. pág. 150.
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Correlación de Gilliland
• Con la siguiente gráfica también se puede llevar a
cabo el cálculo de las etapas teóricas
•
Seader & Henley, “Separation Process Principles”, Editorial: Wiley and sons, 1ra edición,
Capítulo 9. 1998. pág. 509.
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Cálculo de la etapa de alimentación
• El cálculo de la etapa de alimentación de realiza
utilizando la ecuación propuesta por Kirkbride:
2




z
x
 Flujo  totalFondo  
NR  clave  pesado ,A lim entación
clave  ligero ,Destilado
 

 



NS  zclave  ligero ,A lim entación  xclave  pesado ,Fondo   Flujo  totalDestilado  


• Obtenemos la relación
0.206
NR
NS
• Calculamos número de etapas en la zona de
 NR 
rectificación:


NS 

NR 
N
1.445
• Kirkbride, C.G., Petroleum Refiner, Vol. 23, Núm. 9, págs: 87-102, (1994).
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Cálculo de la etapa de alimentación
• Calculamos número de etapas en la zona de
NS  N  NR
agotamiento:
• Por lo tanto, la etapa de alimentación se calcula
contando el reboiler como etapa 1 el número de
etapas de la zona de agotamiento
• Kirkbride, C.G., Petroleum Refiner, Vol. 23, Núm. 9, págs: 87-102, (1994).
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Diámetro y altura de la columna
•
Jiménez Gutiérrez, A. “Diseño de Procesos en Ingeniería Química”, Editorial: Reverté, 1ra edición, Capítulo 8. 2003. pág. 150.
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Análisis y Evaluación Energética
de Procesos
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