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    Problema Destilación

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    Rebeca Saraí Cañénguez Hernández
    El documento resume un problema de destilación para separar una mezcla de etanol y agua. La alimentación contiene un 50% de etanol y entra como una mezcla de líquido-vapor con un 40% de líquido. Se determina que el caudal de destilado es de 3.2476 Kmol/h con una fracción molar de 0.7784, y el caudal de residuo es de 6.7524 Kmol/h con una fracción molar de 0.0416. Dados los datos de equilibrio, se calcula que la relación de reflujo m

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    Problema Destilación

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    Rebeca Saraí Cañénguez Hernández
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    UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

    FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA


    ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA DE ALIMENTOS
    INGENIERIA DE ALIMENTOS
    OPERACIONES UNITARIAS 3

    UNIDAD VIII: DESTILACIÓN

    INTEGRANTES:

    ALEJANDRO JOSÉ TURCIOS RIVERA TR19001


    REBECA SARAÍ CAÑÉNGUEZ HERNÁNDEZ CH16023
    Se dispone de una columna de rectificación a 1 atm, para recuperar el 90% del etanol
    contenido en una mezcla acuosa, cuya composición en peso del componente volátil es del
    50%.
    El alimento se introduce como una mezcla de líquido-vapor conteniendo un 40% de líquido.
    Cuando la columna opera con una relación de reflujo de 60% superior a la mínima se
    obtiene
    una corriente de residuo con un contenido en peso de agua del 90%.

    Determinar:
    a) Localizar el plato donde se introduce la alimentación.
    b) Numero de platos a reflujo total.
    c) La relación de reflujo mínimo
    d) El número de platos necesarios si la eficiencia global de la columna es del 70%.
    Datos de equilibrio sistema Etanol-Agua
    (Tomados del libro Operaciones Unitarias en Ingeniería de Alimentos)

    x y
    0.01 0.103
    0.03 0.235
    0.05 0.325
    0.1 0.444
    0.2 0.529
    0.3 0.573
    0.4 0.613
    0.5 0.652
    0.6 0.697
    0.7 0.753
    0.8 0.818
    0.85 0.856
    0.87 0.873
    0.894 0.894
    Paso 1 Convertir a fracción molar los datos de alimentación y residuo.

    Datos:
    𝑃𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 46.07 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙
    Alimentación: F 50% etanol y 50% agua
    𝑃𝑀𝑎𝑔𝑢𝑎 = 18 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙
    Residuo: R 10% etanol y 90% agua

    Alimentación 𝑋𝑓 Residuo 𝑋𝑅
    0.5 𝑘𝑔 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 0.1 𝑘𝑔 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
    46.07 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 46.07 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙
    𝑋𝑓 = 𝑋𝑅 =
    0.5 𝑘𝑔 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 0.5 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 0.1 𝑘𝑔 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 0. 90 𝑘𝑔 𝐻2 𝑂
    + +
    46.07 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 18 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 46.07 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 18 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙

    𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
    𝑋𝑓 = 0.2809 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
    𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑋𝑅 = 0.0416
    𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎
    Paso 2 Ubicar los puntos en una gráfica.

    Sistema en equilibrio Etanol-agua

    0.9

    0.8

    0.7

    0.6

    0.5

    0.4

    0.3

    0.2

    0.1

    0
    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
    Paso 3 Determinar la fracción de destilación.

    Asumiendo Alimentación: F = 10 Kmol/h


    Entonces: F=D+R (Ec. 1) (10 kmol/h) = D + R

    𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒
    F : Alimentación
    D : Destilado
    R : Residuo

    Paso 4 Calcular los caudales de destilado y Residuo.


    Sustituyendo Ec. 2 en Ec. 3
    Relacionando:
    𝐾𝑚𝑜𝑙
    10 0.2809 = 0.9 10𝐾𝑚𝑜𝑙 0.2809 + 𝑅(0.0416)
    D (𝑋𝐷 ) = 0.9 (F(𝑋𝑅 )) (Ec. 2) ℎ
    10 ∗ 0.2809 − (0.9 ∗ 10 ∗ 0.2809)
    𝑅=
    F (𝑋𝐹 ) = 𝐷 (𝑋𝐷 ) + R (𝑋𝑅 ) (Ec. 3) 0.0416
    𝑅 = 6.7524 𝐾𝑚𝑜𝑙/ℎ
    Sustituyendo en ecuación 1.

    (10 Kmol/h) = D + 6.7524 Kmol/h

    D = (10 - 6.7524) Kmol/h


    D = 3.2476 Kmol/h

    Encontrando 𝑋𝐷 .

    (10 Kmol/h)(0.2809) = 3.2476 Kmol/h (𝑋𝐷 ) + (6.7524 Kmol/h)(0.0416)

    10𝐾𝑚𝑜𝑙/ℎ∗0.2809 −(6.7524∗0.0416)
    𝑋𝐷 = 3.2476
    𝑋𝐷 = 0.7784

    Resumen:

    Caudal destilado: D = 3.2476 Kmol/h ; 𝑋𝐷 = 0.7784

    Caudal del Residuo: R = 6.7524 Kmol/h ; 𝑋𝑅 = 0.0416


    Paso 5 Encontrar ecuación de la línea de Alimentación

    El alimento ingresa en forma de mezcla Líquido – Vapor.

    Entonces:

    Ecuación de la línea de alimentación:

    (1 −𝑞) 𝑋𝑓
    y=- 𝑥+
    𝑞 𝑞

    (1 −0.4) 0.2809
    y=- 𝑥+
    0.4 0.4
    y = -1.5x + 0.7022
    Paso 6 Calcular línea de operación

    Por falta de datos,


    graficamente:
    C
    Escriba aquí la ecuación. Al leer en gráfica, Sistema en equilibrio Etanol-agua
    se obtiene un “” aproximado= 0.4 1
    0.9
    0.8
    (L/V)min
    (0.7784 − 0.4) 0.7 y = -1.5 x +0.7022
    𝑅𝑚𝑖𝑛 = 0.6
    q
    0.4 0.5
    y = 0.6022 x + 0.3096
    0.4
    0.3
    𝑅𝑚𝑖𝑛 = 0.946 0.2
    0.1
    0
    0 XR 0.1 0.2 XF0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 XD 0.8 0.9 1
    El enunciado nos dice que la relación de reflujo de 60% superior a la mínima.

    𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠:

    𝑅𝑅𝑒𝑎𝑙 = 0.946 ∗ 0.6 + 𝑅𝑚𝑖𝑛

    𝑅𝑅𝑒𝑎𝑙 = 0.5676 + (0.946)


    𝑅𝑅𝑒𝑎𝑙 = 1.5136

    Ecuación de la línea de operación:

    (𝑅𝑅𝑒𝑎𝑙 ) 𝑋𝐷
    𝑦= x+
    𝑅𝑅𝑒𝑎𝑙 + 1 𝑅𝑅𝑒𝑎𝑙 + 1

    (1.5136) 0.7784
    𝑦= x+
    1.5236 + 1 1.5136 + 1

    𝑦 = 0.6022𝑥 + 0.3096
    Para los platos obtenidos gráficamente

    𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠:

    𝑁𝐸𝑇 = 10 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

    En caldera se alcanza el equilibrio, el número de etapas reales.


    Tenemos que, Ef. Global es del 70%

    10 − 1 Respuestas:
    𝑁𝐸𝑇 = 1 +
    0.7
    a) Octavo plato
    𝑁𝐸𝑇 = 13.86 ≅ 14 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠
    b) 10 platos en total
    𝑁𝐸𝑇 = (13 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 + 𝑐𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎) 𝑋
    c) 𝑅 𝐷+1 = 0.4
    𝑚𝑖𝑛
    d) 14 platos = (13 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 + 𝑐𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎)

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