School Work">
Ejercicio. Bomba de Calor
Ejercicio. Bomba de Calor
Ejercicio. Bomba de Calor
Bomba de calor
Los requerimientos energticos de una destilacin a baja temperatura y presin pueden
reducirse mediante el efecto de bomba de calor para bombear calor desde el condensador
al ebullidor, es decir, el calor liberado en el condensador puede utilizarse para suministrar la
energa requerida en el ebullidor. Cuando el destilado es un buen refrigerante, se puede
utilizar el arreglo de la siguiente figura, conocido comnmente como recompresin de
vapor.
1
V-2
D
C-1
V-1
10
12
I-3
I-2
11
I-1
F
8
Problema. Una mezcla de propileno y propano se separa en una columna de destilacin que
opera en un arreglo de recompresin de vapor. El vapor de la cabeza de la columna
(corriente 1) es prcticamente propileno puro como vapor saturado a 7 bar. El producto
lquido de la columna (corriente 7) es prcticamente propano puro como lquido saturado a
7 bar. El propano debe reingresar a la columna a 300 K (corrientes 10 y 12).
La corriente 1 es comprimida en el compresor C-1 hasta una presin de 15 bar, con una
eficiencia del 80%. La energa de la corriente 2 se utiliza en el ebullidor I-1 para vaporizar
la corriente 8; la corriente 2 se condensa hasta un estado de lquido saturado (corriente 3). A
continuacin, el propileno se flashea en la vlvula V-1 hasta una presin igual a la de la
cabeza de la columna. La fase lquida (corriente 5) se recircula a la columna de destilacin
(reflujo). La fase vapor (corriente 6) se enfra mediante una expansin en la vlvula V-2
hasta una presin de 1 bar (corriente D).
Desprecie la cada de presin en todos los intercambiadores de calor.
a) Calcule las propiedades termodinmicas de todas las corrientes del proceso;
complete la tabla. Utilice la ecuacin SRK. Debido a que las propiedades del
propileno y del propano son semejantes, emplee las propiedades del propileno puro
para todos los clculos.
Si el flujo de propileno y propano es de 1800 mol/h en las corrientes (1) y (7),
respectivamente:
b) Calcule la potencia requerida en el compresor C-1. Reporte en kWatts.
(Respuesta: PC-1 = 0.98 kWatt)
c) Reporte la fraccin de la corriente 4 que se encuentra en estado lquido. A partir de
esta fraccin puede calcular el flujo de las corrientes 5 y 6.
(Respuesta: xlq = 0.78)
d) Calcule la carga trmica en el ebullidor I-1. Reporte en kWatts.
(Respuesta: PI-1 = 7.2 kWatt)
e) Determine el flujo de propano que puede ser vaporizado en el ebullidor I-1
(corriente 8), si el propano debe reingresar a la columna a 300 K.
(Respuesta: Flujo8-9 = 0.416 mol/s = 1498 mol/h)
f) Si se retiran 300 mol/h de propano como producto de fondo de la columna
(corriente F), calcule la carga trmica requerida en el condensador I-3 para obtener
vapor saturado como producto. Reporte en kWatts.
(Respuesta: PI-3 = 0.12 kWatts)
g) Calcule la carga trmica requerida en el ebullidor auxiliar I-2. Reporte en kWatts.
(Respuesta: PI-2 = 1.45 kWatt)
10
I-3
7
I-1
I-1
F
8
Los principales costos de operacin de una columna de destilacin estn dados por el
consumo de vapor de agua de calentamiento en los ebullidores (I-1 e I-2) y por el consumo
de energa elctrica en el compresor (C-1). El costo del agua de enfriamiento en los
condensadores (I-3 e I-4) es despreciable. Si el precio del vapor de agua es de $1.36/kWatth y el de electricidad es de $ 1.5/kWatt-h,
i) determine qu arreglo (por compresin de vapor o el arreglo convencional) se opera
al menor costo por hora. Respuesta: Arreglo convencional: $ 11.69 / h; compresin
de vapor: $ 3.44 / h.
Flujo
(mol/h)
1800
1410
390
1800
Estado
Vap. Sat.
Vap. Sob.
Liq. Sat.
L-V
Liq. Sat.
Vap. Sob.
Vap. Sob.
Liq. Sat.
Liq. Sat.
Vap. Sob.
Vap. Sob.
Liq. Sat.
Liq. Sat.
Vap. Sat.
T
(K)
279
320.2
308.4
307.9
279
279
267.3
279
279
300
300
279
300
279
p
(bar)
7
15
15
7
7
7
1
7
7
7
7
7
7
7
h
(J/mol)
-2039
-72
-14411
-14411
-17833
-2039
-2039
-17833
-17833
-603
-603
-17833
-603
-2039
S
(J/molK)
-22.35
-21.11
-67.55
-67.3
-78.95
-22.35
-7.08
-78.95
-78.95
-17.39
-17.39
-78.95
-17.39
-22.35