Desarrollo de hojas de cálculo excel con macros para la resolución de problemas de destilación

7/29/2019 Desarrollo de hojas de clculo excel con macros para la resolucin de problemas de destilacin

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DESARROLLO DE HOJAS DE CLCULO EXCEL

CON MACROS PARA LA RESOLUCIN DE

PROBLEMAS DE DESTILACIN

Joaqun Ruiz Palacn

1er Congreso en Innovacin Docente en Ingeniera QumicaGranada 2012


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1erCongreso de Innovacin Docente en Ingeniera Qumica

Utilizacin de la Excel en clases de destilacin

Antecedentes: Titulacin: Licenciados en Qumicas

Asignatura IngenieraQumica

Curso: Tercero

Programa de la asignatura: Balances de materia y energa

Fenmenos de transporte

Operaciones de separacin Reactores qumicos


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Curso: Tercero




Extraccin L-L

Lixiviacin Absorcin Destilacin


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Curso: Tercero




Extraccin L-L

Lixiviacin Absorcin Destilacin


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Destilacin

CALDERN

CONDENSADOR

ALIMENTACIN

DESTILADOREFLUJO

RESIDUO

DESTILADODESTILADOR

CONDENSADOR

Discontinua

SbitaRectificacin

Vlvula

Compresin Calentamiento

Vapor

Lquido

Alimentacin


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Resolucin problemas destilacin:

Equilibrio lquido-vapor (X-Y) Balances de materia y energa

Problemas de diseo

Xdest dada N platos?

Problemas de simulacin

N platos Xdest?

Tipos de problemas:


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Mtodos numricos (Lewis-Sorel) Mtodos grficos (McCabe-Thiele)


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Mtodos numricos (Lewis-Sorel) Mtodos grficos (McCabe-Thiele)

Inconvenientes:

Clculos tediosos Difcil solucin en el tiempo normal de clase


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Ventajas de las hojas de clculo (Excel):

Potente herramienta para clculo Incluye herramientas grficas Se pueden automatizar clculos (macros)

Por qu no utilizarla en destilacin ?


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Conocimientos previos Excel: Uso habitual de las caractersticas bsicas:

Frmulas (insertar, copiar, replicar) Grficas

Herramientas: buscar objetivo, Solver

Comandos bsicos de programacin: Bucles (for, while, repeat.) Condicionales (if then, else) Matrices


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Conocimientos previos Excel: Uso habitual de las caractersticas bsicas:

Frmulas (insertar, copiar, replicar) Grficas

Herramientas: buscar objetivo, Solver

Comandos bsicos de programacin: Bucles (for, while, repeat.) Condicionales (if then, else) Matrices

Macros? Qu es eso?


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Macros:

Secuencia de operaciones prefijada Se pueden ejecutar repetidas veces El cdigo de las macros es Visual Basic


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Destilacin

CALDERN

CONDENSADOR

ALIMENTACIN

DESTILADOREFLUJO

RESIDUO

DESTILADODESTILADOR

CONDENSADOR

Discontinua

SbitaRectificacin

Vlvula


Vapor

Lquido

Alimentacin


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Destilacin

DESTILADODESTILADOR

CONDENSADOR

Discontinua


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QcalBalances de materia:

Ec. Rayleigh

Qref

Destilacin discontinua:Inicial:Mezcla L0, X0

Final:Residuo L, XDestilado V, Y

L, X V, Y

Y

0

X

X0

L dXln

L Y X

0L L V

0 0L X L X V Y '


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Qcal

Qref

Problema tipo:Dada una mezcla inicial:L0, X0.

Para un X final delresiduo Cunto vale laY del destilado? Cuntodestilado V obtengo?

L, X V, Y

Y


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Qcal

X

Qref



L, X V, Y

Y

Solucin:L

0

X

X0

L dXln

L Y X

Equilibrio X-Y


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Qcal

X

Qref



L, X V, Y

Y

Solucin:L V

0

X

X0

L dXln

L Y X

0L L V


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Qcal

X

Qref



L, X V, Y

Y

Solucin:L V Y

0

X

X0

L dXln

L Y X

0L L V 0 0L X L X V Y '


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1Y-X

Y

XXfinal X0

X1

Y-XY

1

Y-XX

X0X1

Y0Y1

:Xfinal

:

Equilibrio Y=f X0

X

X0

L dXln L Y X


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Suponer X

Problema tipo ms complicado:Dada una mezcla inicial: L0, X0.

Para un Y final del destilado Cunto vale la X del residuo?Cunto destilado V obtengo?

Solucin:

L V Y?

0

X

X0

L dXln

L Y X

0L L V 0 0L X L X V Y '


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X

1

Y-XY

1

Y-X X X0X1

Y0Y1

:

Xfinal

:

Tabla, numerosos datos, frmulas repetitivas !

Qu mejor que la Excel ??

0

X

X0

L dXln

L Y X


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Dada una mezcla inicial: L0 = 300 mol, X0=0,6. Para un Y final del

destilado =0,75 Cunto vale la X del residuo? Cunto destilado Vobtengo?

Se colocan los datos y se elaboran las frmulas en cada columna de la tabla


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Equilibrio

1X

Y X

0

1L L exp X

Y X

0V L L

0 0L X LXY 'V


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Arrastrar las frmulas para repetir la operacin hasta alcanzar el valor 0,75


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X=0,19 V=219,65 mol

Y=0,751 2 1

1 2 1

b b b ba a a a

Interpolacin lineal

a1 a2a

b1

b2

b 1 2 1

1 2 1

b b b ba a a a

Interpolacin lineal

a1 a2a

b1

b2

b

a1 a2a

b1

b2

b


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Automaticemos el proceso:Creemos una hoja de clculo:

Introduccin de los datos iniciales del problema

Introduccin de los datos de equilibrio Clculo de la solucin:

Cambie el valor de X

Busque el dato de equilibrio Y

Realice la integral Interpole


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Datos iniciales del problema y datos de equilibrio


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Clculo de la solucin

SECUENCIA MACRO DESTILACIN DISCONTINUA

1. Definir matriz de 2x11 elementos para 11 datos de equilibrio X,Y2. Asignar los 11 datos de equilibrio con los datos introducidos en las celdas

correspondientes3. Limpiar las celdas en las que se va a operar y que pueden tener valores de clculos

anteriores4. Se parte de que los dos primeros datos de X de la tabla de integracin ya tienen lasfrmulas introducidas y hemos fijado el incremento de X de cada paso

5. Para X0 y X1 se buscan los datos de equilibrio Y0 e Y1 interpolando linealmente de losdatos de equilibrio y, al estar introducidas las frmulas en la hoja de clculo,automticamente aparecen los valores del resto de la tabla

6. Se coloca X2, calculado como X1 menos el IncX prefijado, se calcula igualmente Y2 deequilibrio interpolando y se copian y pegan las frmulas de la tabla de la filainmediatamente anterior (X1) a la nueva fila

7. Se compara el valor de Y2 calculado con el objetivo, si es mayor, se continua elclculo con X3 de la misma manera, si es menor, estar entre X2 y X3 y se interpolacon estos dos valores y se finaliza el proceso

8. Se pegan los valores de X, L, V e Y en las celdas correspondientes a resultados


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Yi


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Bucles: For To

Condicionales: If Then Acciones: Copy, Paste

Necesidades de programacin de la macro:


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Primeros dos valores X0

y X1


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Interpolacin valores deequilibrio Y

0e Y

1


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Repeticin de las filas hasta encontrar Yobjetivo


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Repeticin de las filas hasta encontrar Yobjetivo

Interpolacin para afinar resultado


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Pegado de los valores finales


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Destilacin

CALDERN

CONDENSADOR

ALIMENTACIN

DESTILADOREFLUJO

RESIDUO

DESTILADODESTILADOR

CONDENSADOR

Discontinua

SbitaRectificacin

Vlvula


Vapor

Lquido

Alimentacin


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Destilacin

CALDERN

CONDENSADOR

ALIMENTACIN

DESTILADOREFLUJO

RESIDUO

Rectificacin


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Qcal

Balances de materia:

Lnea Operacin Enriquecimiento

QrefRectificacin:

D, XD

B, XB

F, XF

Lnea Operacin Agotamiento

Lnea Alimentacin

F D BF X D X B X

nn 1 n D

n n

L DY X X

D L D L

m

m 1 m B

m m

L BY X X

L B L B

FX1 f

Y Xf f


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McCabe-Thiele

Lewis-Sorel

Rectificacin:

XB XDXF

123

X=XD Y1

X1 Y2

R.O.

Equi.

R.O.

X2 Y3

Equi.

R.O.


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McCabe-Thiele

Lewis-Sorel

Rectificacin:

X=XD Y1

X1 Y2

R.O.

Equi.

R.O.

X2 Y3

Equi.

R.O.

Numerosos datos, frmulasrepetitivas, utilizacin de grficos paraver el efecto de diversas variables !

Qu mejor que la Excel ??


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Automaticemos el proceso:Creemos una hoja de clculo para determinar el nmerode etapas tericas necesarias:

Introduccin de los datos iniciales del problema:

F, XF, XD, XB, RD, f Introduccin de los datos de equilibrio

Clculo de la solucin: Calcule las rectas de operacin y alimentacin

Partiendo de X=XD calcule Y con recta operacin Busque el dato de equilibrio X, para ese Y y los represente

Repetir el clculo, cambiando R.O en cada zona hasta que X=


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N ETAPAS>N MAX

ASIGNACIN DELOS DATOS DE

EQUILIBRIO

FIN DEL CLCULO DEESCALONES

COMIENZO DEL CLCULODE UN ESCALN

DEFINICIN DE MATRIZPARA DATOS DE

EQUILIBRIO

CALCULO DE LAS RECTAS DEOPERACIN Y ALIMENTACIN

CONTAR N DE ETAPASHASTA X


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Dada una alimentacin de heptano-octano F= 300 mol/min, XF =0,5.

Qu nmero de etapas tericas se necesitan para obtener un destiladoXD= 0,9 y un residuo XB= 0,1 trabajando con una relacin de reflujo RD=5 y si la alimentacin se introduce como lquido saturado f=0?

Se colocan los datos y se elaboran las frmulas en cada columna de la tabla


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Datos iniciales y de equilibrio


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Representacin de las rectas de

operacin y de alimentacin


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Clculo del nmero de etapas

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