8/9/2019 Practica 2. Rectificacion Por Lotes
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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA
QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
LABORATORIO DE OPERACIONES DESEPARACIN POR ETAPAS
PRCTICA 2RECTIFICACIN POR LOTES DE UNA MEZCLA BINARIA
EQUIPO: 5
FECHA DE ENTREGA: 7 de Enero del 2015
PRCTICA 2
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RECTIFICACIN POR LOTES DE UNA MEZCLABINARIA
Ob!"#$%&Desarrollar los conocimientos para comprender el fenmeno de la separacinde lquidos voltiles, por medio de la destilacin de una mezcla binaria en una
columna adiabtica de recticacin por lotes, combinando ! comparando los
resultados e"perimentales con los tericos calculados a partir de la ecuacin de
#a!lei$% ! poder predecir los tiempos de operacin, las masas !
concentraciones obtenidas&
'bservar una conducta adecuada durante la realizacin de la prctica
e"%ibiendo una disciplina profesional& #ealizar una investi$acin en las
referencias disponibles sobre las diferentes aplicaciones del proceso de
destilacin&
M'()% "!*(#)%
Destilacin en discntin!
(a destilacin por lotes es una operacin que no ocurre en estado estable, debido aque la composicin de la materia prima car$ada vara con el tiempo& (as primerastrazas obtenidas son ricas en el compuesto ms voltil, pero a medida que procedela vaporizacin el contenido de este compuesto va disminu!endo& (o anterior se vere)e*ado en el aumento de la temperatura de todo el sistema de destilacin,
debido a que en el recipiente se concentran los componentes menos voltiles&
+na operacin en discontinuo es benca s-
1& (a cantidad de materia prima a destilar es demasiado peque.a como pararealizar una operacin en continuo& (as principales limitaciones se dan enlos equipos que requieran una capacidad mnima de operacin como lasbombas, intercambiadores de calor, tuberas e instrumentacin&
2& (os requerimientos de operacin de la planta oscilan en $ran medida debidoa las caractersticas de la alimentacin ! el volumen a mane*ar& (os equipospara destilacin por lotes ofrecen ma!or )e"ibilidad operacional que losequipos que traba*an en continuo&
/& e desea utilizar el equipo de destilacin para aplicar a diversas
recuperaciones de productos&& El producto principal posee peque.as cantidades de impurezas& ara los
sistemas de destilacin por lotes aparecen diversas con$uraciones quedenen tanto el fenmeno como la forma de modelar la operacin, lascuales son-
Destilacin simple sin re)u*o
Destilacin con re)u*o constante
Destilacin con re)u*o variable
Destilacin con re)u*o 3columna de enriquecimiento4
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(a destilacin en una columna que solo posee zona de enriquecimiento es un casoespecial de separacin en donde la columna solo posee la seccin correspondientea la recticacin& or lo tanto, la alimentacin no se realiza en un sector cercano ala mitad de la columna, sino que se %ace por el fondo en forma de vapor& El vaporpuede ser in!ectado directamente cuando procede de otra columna, de otramanera se utiliza un re%ervidor para $enerarlo&
El destilado que se produce por la cima de la torre de destilacin, $eneralmente, esmu! rico en el componente ms voltil ! el residuo contiene una peque.a fraccindel componente ms li$ero&
Esta con$uracin de columna aparece por la necesidad de obtener los productosde cabeza de la torre con una alta concentracin del compuesto ms voltil a unprecio reducido& (a $ura muestra el esquema de una torre que posee solo zona deenriquecimiento ! opera por lotes&
lanteando los balances de materia a la columna se obtiene-
Donde-
"#antidad de material en elre%ervidorD#antidad de material que se e"traepor la cima
$"#6raccin molar en el re%ervidor$D#6raccin molar en el destilado
(a ecuacin de balance de materia anterior es mu! parecida a la ecuacin de#a!lei$%, con la diferencia que las composiciones del destilado ! del re%ervidor noestn en equilibrio& (a inte$ral de la ecuacin puede ser resuelta $rcamente&
eparando variables e inte$randola ecuacin&
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ara el caso de tener una columna que posee solo seccin de recticacin secumple la ecuacin para la lnea de operacin que se traba*a en el mtodo decabe89%iele-
(as columnas de destilacin por lotes con re)u*o pueden ser operadas de dosmaneras-
+, R!)"#-)')#*. )%. (!/0% )%.&"'."!: cuando la relacin de re)u*o es unparmetro establecido, el cambio en la composicin del re%ervidor %ar que lacomposicin del destilado vare en el tiempo& (a recticacin utilizando re)u*oconstante funciona de forma anlo$a a la destilacin simple: no obstante, usar elre)u*o %ace que la disminucin en la composicin del destilado sea ms lenta&(a representacin de este caso sobre el dia$rama de cabe89%iele fue descritopor mo;er ! #ose, se presenta en la $ura si$uiente-
(a car$a inicial del equipo se caracteriza por tener una composicin de "
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omo se puede observar en la $ura /&, no es conveniente la operacin a re)u*oconstante debido a que la composicin del destilado vara con el tiempo&
2, R!)"#-)')#*. )%. (!/0% $'(#'b1!:utilizando una relacin de re)u*o variablese puede evitar que la composicin de la cima de la columna disminu!a con eltiempo, pero a un costo ener$tico e"tra debido a que se incrementan los
requerimientos de calor ! el tiempo de operacin de la torre&
#ealizando un paralelo con el e*emplo cualitativo de recticacin con re)u*oconstante, se ve en la $ura que para el mismo n=mero de etapas la composicinde cima se mantiene constante si el re)u*o se incrementa&
ara el tiempo cero la lnea de operacin es-
> para el tiempo posterior, cuando el re)u*o pasa de ser # a #1se tiene-
e pueden utilizar el tanteo ! error e"perimental o el mtodo cabe89%iele para
estimar la variacin del re)u*o que permita mantener la concentracin de cimaconstante, esto se ampla en el procedimiento en la seccin de iniciacin de laoperacin&
D!&'((%11% !3!(#4!."'1
% OPERACIN A REFLU&O TOTAL
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?ericar que la columna estpreparada para operar comocolumna de recticacin, es
decir, que en las bridas de lastuberas superiores del %ervidor,
estn bien colocados losaccesorios tipo oc%o&
?ericar que todos los tanquesacumuladores de destilado
estn vacos, si es necesario,vaciar la posible acumulacinde condensado de prcticas
anteriores&
?ericar que el %ervidor estcar$ado ms o menos a tres
cuartos, ! tomar muestra de lamezcla para vericar su
concentracin inicial 3@o4&9ambin tomar la altura de sunivel para obtener su volumen
3
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reviamente se debe determinarel valor de la relacin de re)u*o
3#oE(CD4, a la cual se va aoperar ! %aber abierto el a$uade enfriamiento del enfriador
concntrico del destilado&
osteriormente se procede aoperar la columna a re)u*o
constante, abriendo la vlvula dela parte inferior del rotmetro deDestilado, permitiendo un paso
constante de )uido
+na vez %ec%a la operacinanterior, cuidar que se reciba
el destilado en el tanquereceptor inferior de destiladodurante 10 minutos 3este ser
el primer corte4&
Al cumplirse este tiempo, cerrarla vlvula superior del tanque
inferior para comenzar a recibirel si$uiente destilado 3se$undocorte4, en el tanque superior&
Fnmediatamente descar$ar eltanque inferior ! cerrar su
vlvula de descar$a, abrir lavlvula superior ! de*ar que el
destilado del se$undo corte si$a)u!endo en el tanque inferior,
%asta cumplirse los si$uientes 10minutos del se$undo corte&
#epetir esta operacin cada 10minutos& A cada corte se ledeber c%ecar ! re$istrar el
volumen, densidad !temperatura&
imultneamente a cada cortede Destilado, se deber tomar
muestra del residuo 3%ervidor4 !c%ecar ! re$istrar su densidad !temperatura& 9ambin deberc%ecar ! re$istrar la lectura dela altura del nivel del %ervidor !
temperaturas del sistema&
Gacer la cantidad de cortesque permita el tiempo de
operacin&
DATOS EXPERIMENTALES
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
DATOS INICIALES
Alimentacin H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I @peso @mol
Gervidor 2& / 0&JK/0 J 0&0/72
DATOS DE OPERACIN A REFLU&O TOTAL
vapor 0&J B$fCcm2
H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I @peso @mol
R!/0% ,26 L74#.
Destilado @D 0&2/ 0&KL 7/ 0&511
DATOS DE OPERACIN DE RECTIFICACIN A REFLU&O CONSTANTE
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C%("! + H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I@peso @mol
#esiduo @ 2/ /1 0&JK/2 K&5 0&0/51
Destilado
@D0&K7J5 L5 0&20J
C%("! 2 H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I@peso @mol
#esiduo @ 2/ /1 0&JK/K K 0&0/2J
Destilado
@D0&K5/ 75 0&5
C%("! 6 H% 3cm4 ? 3(4 3$Ccm/4 I@peso @mol
#esiduo @ 2/ /1 0&JK5K 7 0&02KL
Destilado
@D0&K/2/ K/&5 0&LL5
#E6(+M' 9'9A( '#9E DE DE9F(AD'
9 3N4 1 2 /
91 K0 K2 K K5
92 K2 K/ K 77
9/ K/ K2 77 7
9 KK K2 7J 7K
95 2L 2L 27 27
9L 2K 2K 2K 2K97 7K 7 71 70
9K 27 2K 2K 2K
9J 1 L2 L/ L
910 2/ 2/ 2/ 2/
911 2 /L / /2
9# 77&5 7K& K0& K0&7
? 0&J0 0&J0 0&J0 0&J0
CLCULOS
1& Desarrollar las $rcas de equilibrio de la solucin binaria Etanol8A$ua, con la
ecuacin de ?an (aar 3coecientes de actividad en mezclas binarias4 a una
presin de 5K5 mmG$&
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0 0&1 0&2 0&/ 0& 0&5 0&L 0&7 0&K 0&J 1 1&10
0&1
0&2
0&/
0&
0&5
0&L
0&7
0&K
0&J
1
1&1
omposicin ",! Etanol8A$ua
2& on los datos obtenidos en la operacin a #e)u*o total, calcule el n=mero
mnimo de etapas tericas 3OE94, por el mtodo $rco de cabe89%iele ! la
eciencia $lobal de la columna&
De acuerdo a la denicin de #e)u*o 9otal, @ D0, !a que todo el condensado del
destilado de la columna, se retorna por el domo de la misma, por lo que D0&
De tal forma que la ecuacin de la (nea de Enriquecimiento que describe el
comportamiento de la Pona de #ecticacin, se transforma como se muestra a
continuacin&
yn+1= R
R+1Xn+
XD
R+1
omo D0 ! @D0&
R=
L0
D=
L0
0 =
yn+1=
+1Xn+
0
+1
yn+1=Xn
or lo tanto, la (nea de 'peracin en la Pona de Enriquecimiento, es la lnea
recta que forma un n$ulo de 5Q en el dia$rama > v" @&
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on esta informacin ! el mismo dia$rama, sabemos que el O=mero de latos
9ericos 3O94 son tres&or lo tanto&
Ec=NPT
NPR100=
NET1NPR
100=3116
100=12.5
/& ara la operacin de recticacin a re)u*o constante, con los datos
e"perimentales, determine la pendiente de la recta de operacin ! $rcamente
el O=mero de Etapas 9ericas de operacin&
CORTE +
Lo=0.23 L
min
D=V
=
.382L
10min
R1=Lo
D
=0.23
0.038
CORTE 2
Lo=0.23 L
min
D=V
=
.460L
10min
R2=Lo
D
=0.23
0.046
CORTE 6
Lo=0.23 L
min
D=V
=
.460L
10min=0.046
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Gaciendo un promedio de los re)u*os
obtenidos-
R=5.3403
romediando las composiciones de los destilados-
XD=0.5418
De la ecuacin de la Pona de Enriquecimiento&
yn+1=
R
R+1Xn+
XD
R+1
bLOZE=
0.5418
5.3403+1=0.0854
onbLOZE ! el punto @D, en la $rca de > vs @, ubicar la ordenada al
ori$en calculada ! trazar una lnea recta que una ese punto con el punto donde
@Dtoque a la lnea de operacin, despus, aplicar el mtodo cabe89%iele para
determinar el O=mero de latos 9ericos&
or lo tanto&
Ec=
NPT
NPR100=
NET1NPR
100=3116
100=12.5
& alcule el tiempo de destilacin 3t4 ! la composicin promedio en cada corte de
destilado ! comprelos con el tiempo real obtenido&
XDprom=
FZfWXWFW
F=W+D W=FD
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FZf=WXW+DXD
FZf=(FD)XW+DXD
FZf=FXWDXW+DXD
FZfFXW=DXW+DXD
F(ZfXW)=D(XDXW)
F=
DXDXWZfXW
CORTE +
D=0.0382 L
min60
min
h 0.8795
g
cm31000cm3
1L 1Kg
1000 g =2.02
Kg
h
D=2.02
Kg
h
(0.420946+0.579118) KgKmol
=0.0678Kmol
h
F=0.0678
Kmol
h 0.42090.0351
0.03720.0351=12.4558
Kmol
h
Del Ralance Slobal 9otal de ateria&
F=W+D
W=FD=(12.45580.0678 )
Kmol
h =12.388
Kmol
h
or lo tanto&
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XDprom=
12.4558Kg
h0.037212.388
Kg
h0.0351
12.4558Kg
h12.388
Kg
h
=0.42
ara el tiempo
t=
R+1V (W0Wt)
V=31L0.9832
g
c m31000cm3
1L 1Kg
1000g =30.4792Kg
t=
6.0209+130.4792Kg
(12.4558Kgh 12.388Kg
h)=0.0156h1
CORTE 2
D=0.046 L
min60
min
h 0.8534
g
cm31000cm
3
1L1Kg
1000 g =2.35
Kg
h
D=
2.35Kg
h
(0.5446+0.4618) Kg
Kmol
=0.0709Kmol
h
F=0.0709
Kmol
h 0.540.0329
0.03720.0329=8.3612
Kmol
h
Del Ralance Slobal 9otal de ateria&
F=W+D
W=FD=(8.36120.0709 )
Kmol
h =8.2903
Kmol
h
or lo tanto&
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XDprom=
8.3612Kg
h0.03728.2903
Kg
h0.0329
8.3612Kg
h8.2903
Kg
h
=0.54
ara el tiempo
t=
R+1V (W0Wt)
V=31L0.9838
g
c m31000c m3
1L 1Kg
1000 g =30.4978Kg
t=
5+130.4978Kg
(8.3612Kgh 8.2903Kg
h)=0.0139h1
CORTE 6
D=0.046 L
min60min
h 0.8323
g
cm31000 cm3
1L 1Kg
1000g =2.30Kg
h
D=
2.30Kg
h
(0.664546+0.335518) Kg
Kmol
=0.0628Kmol
h
F=0.0628
Kmol
h 0.66450.0286
0.03720.0286=4.6435
Kmol
h
Del Ralance Slobal 9otal de ateria&
F=W+D
W=FD=(4.64350.0628 )
Kmol
h =4.5807
Kmol
h
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or lo tanto&
XDprom=
4.6435Kg
h0.03724.5807
Kg
h0.0286
4.6435Kg
h
4.5807Kg
h
=0.6645
ara el tiempo
t=
R+1V (W0Wt)
V=31L0.9858
g
c m31000c m3
1L 1Kg
1000 g =30.5598Kg
t=
5+130.5598Kg
(4.6435Kgh 4.5807Kgh)=0.0123h1
TABLA DE RESULTADOS
NPT E)
R!/0%
T%"'1 /
12&5
I
R!/0%
C%.&"'."!
/ 12&5
I
R!/0% )%.&"'."!
C
F
894%17;
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