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Problema 10 (BT).Destilación
Datos:
F = 100 kg/min, 25 % v/v Presión= 1 atm D= se quiere recuperar 90% del Metanol (m), con 96% v/v R= 2·Rmin A ρ metanol= 780 kg/m^3 A ρ agua= 980kg/m^3 1) Cantidad y composición de la alimentación y destilado obtenido (kmol/h, kmol/kmol). Para utilizar el método McCabe-Thiele es necesaria la utilización de unidades mol/mol. Cambio de unidades:
F
25% v/v 100m^3 – 25 m^3 Metanol (m) Metanol = 25 m^3 · 780kg/ m^3 = 19500kg Moles= (^3219500) 𝑘𝑔 /𝑘𝑚𝑜𝑙^ 𝑘𝑔 = 609,37 kmoles Agua(a) = 75 m^3 · 980 kg/ m^3 = 73500kg Moles = (^1873500) 𝑘𝑔 /𝑘𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔 =4083,33 kmoles Xm= 0,13= xF Xa=0,
Q = 100kg/min 1h – 6000kg/h Pm (medio) =X m · Pm m+ Xa ·Pm a = 0,13 · 32kg/kmol + 0,87·18kg/kmol= 19,82 kg/kmol Q (kg/h) = 6000kg/h / 19,82 kg/kmol= 302,72 Kmol/h
F D
Vapor
B
Condensador 20ºC-40ºC
D
96 % v/v 100m^3 – 96 m^3 Metanol (m) Metanol = 96 m^3 · 780kg/ m^3 = 74880kg Moles= 32 7488 0𝑘𝑔 /𝑘𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔 = 2340 kmoles Agua(a) = 4 m^3 · 980 kg/ m^3 = 3920kg Moles = (^183920) 𝑘𝑔 /𝑘𝑚𝑜𝑙𝑘𝑔 =217,77 kmoles Xm= 0,915=yD Xa =0, Calculamos la cantidad que sale por D, sabiendo que tenemos que recurar el 90% (0,90) D· yD = 0.90· F ·xF D · 0,915 = 0,9 · 302,72kmol/h·0, D= 38,70 kmol /h
2) Relación de reflujo mínimo para esta operación
Realizamos la gráfica, con los datos de equilibrio, y situamos los puntos F = xF= 0,13 y D YD=0,915.
Para representar la línea de alimentación, tenemos en cuenta que el problema nos dice que entra a temperatura de burbuja, de tal manera que:
F
D
0
0,
0,
0,
0,
1
1,
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,
Y
X
EL punto donde corte en el eje y, corresponde a (^) 1+𝑋𝑑𝑅𝑚𝑖𝑛 = 0,42; sabiendo xd= 0,
Rmin= 1,
- kg/h de vapor necesarios y composición del residuo obtenido.
Debemos trazar la recta correspondiente al reflujo de operación,sabiendo que R= 2·Rmin
R= 2,35. Calculamos (^) 1+𝑋𝑑𝑅𝑜𝑝 = 0,27, y calculado ese punto en el eje y, unimos con D.
Esta será la recta de rectificación de nuestra operación. Ahora debemos calcular la cantidad de Vapor ( V) que entra en el proceso:
V = D ( R+1)
V= 38,70 Kmol/h ( 2,36 +1)
V= 130,032Kmol/h = 2340,58 Kg/h
Para calcular la composición que sale por B ( Xb):
B· xB = ( 1-0,90) · F ·xF
Calculamos B : F +V= D+B B= 394Kmol/h Xb= 0,1·𝐹𝐵.· 𝑋𝑓= 0,
0
0,
0,
0,
0,
1
1,
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,
Y
X
Xb= 0,
4) Caudal de agua de refrigeración asumiendo que el destilado se obtiene como líquido saturado
Qc = λ · V = mc·Cp· ∆T
V= 130,251Kmol/h
Mc = dato a calcular
Cp = 1 Kcal/kgºC
∆T = 20 ºC (diferencia de temperatura en el condensador 40ºC-20ºC)
- Entalpía ( λ) = Para calcular la entalpia:
Entalpía: 17390-2250 = 15140 Btu/lbmol
Cambio de unidades:
15140 Btu/lbmol · 0,252 Kcal/1Btu · 1lbmol/ 0,454kgmol = 8403 Kcal/Kmol
Mc = 54724,95 kg.
5) Número de platos reales. Eficacia ->65%
Trazamos la línea de equilibrio al 65%, para calcular el número de paltos reales:
