Sin t

1
Grados de libertad columna destilación C 6 a P
cte, flujo molar cte y sin pérdidas de calor
Binario 3 F, z1, hF 2 D, xD1, W, xW1 o NT 1 L/V
o L/D 1 plato de alimentación 1 Tcondens (líq
sat.)
Ternario Binario z2
xD2???? xW2??? Balance de materia a componente 2
Destilación multicomponente
Destilación multicomponente Imposible resolver
los balances globales de materia y energía de la
torre al inicio del problema
2
Destilación multicomponente Imposible resolver
los balances globales de materia y energía de la
torre al inicio del problema
Destilación multicomponente Precisa resolución
etapa a etapa de la torre. Inicialmente no
conocemos ni destilado ni colas

• ENSAYO Y ERROR
• Suponer una composición extrema
• Resolver plato a plato
• Comprobar balances globales de la torre

Destilación multicomponente
3
COMPONENTES CLAVE Se especifica su composición
en destilado o colas
CLAVE LIGERO (LK) especificación de
destilado CLAVE PESADO (HK) especificación de
colas NO CLAVE LIGERO (LNK) componentes más
volátiles que LK NO CLAVE PESADO (HNK)
componentes más pesados que HK COMPONENTES
SANDWICH volatilidad intermedia LK y HK
SUPOSICIÓN INICIAL No hay NO claves pesados en
cabezas, sólo en colas (xHNK)D 0 No hay NO
claves ligeros en colas, sólo en cabezas (xLNK)W
0
Destilación multicomponente
Realizar balance global a la torre con esta
suposición Comenzar a resolver por un extremo en
que todos x ? 0 Por cabezas tengo LNK Por colas
tengo HNK
4
EJEMPLO DE RESOLUCIÓN
F zA D xAD
xAW 0
A NO CLAVE LIGERO (LNK) B CLAVE LIGERO (LK) C
CLAVE PESADO (HK)
xBD xCW

• Realizar balance global a la torre con esta
  suposición obtengo xCD y xBW
• Comenzar a resolver por un extremo en que todos
  x ? 0 Por cabezas

• yi,1 xi,D i A, B, C

Destilación multicomponente

• xi,1 equilibrio yi,1 equilibrio
  volatilidad relativa constante ó
• t rocío (t burbuja si empezamos por colas)

• yi,2 Loperación (xi,1) para cada componente
• . Equilibrio-operación-equilibrio-operación

5
xAW 0
F zA D xAD
A NO CLAVE LIGERO (LNK) B CLAVE LIGERO (LK) C
CLAVE PESADO (HK)
xBD XCW

• . Equilibrio-operación-equilibrio-operación

• F se introduce en una etapa con composición
  próxima, pero ensayo y error
• L L FF V V (1-F)F. Para pasar a
  Loperación inferior en un plato n

Destilación multicomponente

• Equilibrio/operación..con línea de operación
  inferior

6
Destilación multicomponente
Simulación para destilación de benceno-tolueno-cum
eno. Se desea recuperar 99 de benceno. La
alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno,
0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de
cumeno y es líquido saturado. Etapa de
alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay
19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial,
abenceno 2.25, atolueno 1, acumeno 0.21
7
Destilación multicomponente
Simulación para destilación de benceno-tolueno-cum
eno. Se desea recuperar 99 de benceno. La
alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno,
0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de
cumeno y es líquido saturado. Etapa de
alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay
19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial,
abenceno 2.25, atolueno 1, acumeno 0.21
8
Destilación multicomponente
Simulación para destilación de benceno-tolueno-cum
eno. Se desea recuperar 99 de benceno. La
alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno,
0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de
cumeno y es líquido saturado. Etapa de
alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay
19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial,
abenceno 2.25, atolueno 1, acumeno 0.21
9
Destilación multicomponente
Simulación para destilación de benceno-tolueno-cum
eno. Se desea recuperar 99 de TOLUENO . La
alimentación tiene 0.233 f. molar de benceno,
0.333 f. molar de tolueno y 0.434 f. molar de
cumeno y es líquido saturado. Etapa de
alimentación, la 10 por encima del ebullidor. Hay
19 etapas de equilibrio y un ebullidor parcial,
abenceno 2.25, atolueno 1, acumeno 0.21
10

• Aparecen máximos en claves debidos a los no
  claves correspondientes

• Los no claves no se distribuyen

• Los no claves pasan por zonas de composición
  cte cerca de F

• Aparecen discontinuidades en las concentraciones
  en plato de F

Destilación multicomponente
Simulación para destilación de benceno-tolueno-xil
eno-cumeno. Se desea recuperar 99 de TOLUENO .
La alimentación tiene 0.125 f. molar de benceno,
0.225 f. molar de tolueno y 0.375 f. molar de
xileno y 0.275 de cumeno y es líquido saturado.
abenceno 2.25, atolueno 1, axileno 0.33,
acumeno 0.21
11
ECUACIÓN DE FENSKE
Método exacto de cálculo de Nmin (L/V1), F D
W 0 Aplicable a binario y multicomponente
(equilibrio a)
Para dos componentes cualquiera A, B En
calderín, equilibrio entre colas y vapor que
asciende
qC
D xA,D, xB,D xC,D
Balance de materia al calderín
Destilación multicomponente
F D W 0, L/V L/V 1 xA,N yA,W xB,N
xB,W
yA,N, yB,N, yC,N
yA,W, yB,W, yC,W
N xA,N, xB,N, xC,N
W xAW, xBW, xCW
En la etapa N, nuevo equilibrio-operación
xA,N-1 yA,N xB,N-1 yB,N
12
ECUACIÓN DE FENSKE
F D W 0, L/V L/V 1 Nmínimo
qC
xA,N-1 yAN xB,N-1 yBN
D xAD, xBD xACD
SEGUIMOS PLATO A PLATO
Destilación multicomponente
xAN-1, xBN-1,, xCN-1
yAN, yBN, yCN
yAW, yBW, yCW
N xAN, xBN, xCN
W xAW, xBW, xCW
aA,B media geométrica de volatilidades, Nmínimo
con ebullidor
13
ECUACIÓN DE FENSKE
F D W 0, L/V L/V 1 Nmínimo
1) FR de los claves A y B especificada
Calculamos N min
Determinamos FR de los no claves
2) Fracciones molares claves especificadas

• Todos los NK no distribuidos
• Balances globales y externos suponiendo
• xHNK,D 0, xLNK,W0
• Calcular con claves Nmin

Destilación multicomponente
Comprobar NK Si no es válido, recalcular

• Hay NK distribuidos
• Suponer distribución con Underwood

14
ECUACIÓN DE UNDERWOOD L/Vmin Desarrollo completo
en King
L/Vmin cálculo analítico si el pinch (op.
equil.) está en plato alimentación
MULTICOMPONENTE Aparecen varios pinch si hay no
claves no distribuidos Con HNK L/Vmin (pinch)
en enriquecimiento Con LNK L/Vmin (pinch) en
agotamiento
Operación Vminyi,j1 Lminxi,j Dxi,D
D xiD
Equilibrio yi,j1 Ki,j1xi,j1
j
Pinch, composiciones constantesxi,j-1 xi,j
xi,j1 yi,j-1 yi,j yi,j1
j1
F zi
Combinando términos
Destilación multicomponente
Con ai Ki/KHK
W xiWW
15
ECUACIÓN DE UNDERWOOD L/Vmin Desarrollo completo
en King
Enriquecimiento Ecuación polinómica en f, c
raíces
Agotamiento Ecuación polinómica en f, c raíces
Con flujo molar y a cte
Destilación multicomponente
1.- Conocida F y su entalpía, calculo DVFeed
2.- Calculo f
PROBLEMA
3.- Calculo Vmin
4.- Calculo Lmin Vmin-D
16
ECUACIÓN DE UNDERWOOD L/Vmin Desarrollo completo
en King
Cálculo de f

• CASO 1 Todos NO CLAVES NO DISTRIBUIDOS
• Resuelvo ecuación de f aHK lt f lt aLK
• Calculo D
• DxHNK,D 0, DxLNK,D FzLNK, DxLK,D
  (FRLK),DFzLK, DxHK,D (1-(FRHK)W)FzHK
• Obtengo Vmin y Lmin

Destilación multicomponente

• CASO 2 Distribución de NO CLAVES con L/Vmin
  idéntica a FENSKE L/V1
• Resuelvo ecuación de f aHK lt f lt aLK
• Calculo D, DxNK,D con Fenske
• DxLK,D (FRLK),DFzLK, DxHK,D
  (1-(FRHK)W)FzHK
• Obtengo Vmin y Lmin

1) FR de los claves A y B especificada
Calculamos N min
Determinamos FR de los no claves
17
ECUACIÓN DE UNDERWOOD L/Vmin Desarrollo completo
en King
Cálculo de f

• CASO 3 SIN SUPOSICIONES, SOLUCIÓN EXACTA
• Resuelvo ecuación de f Polinómica de c raíces
• Se obtienen c-1 soluciones válidas con f
  comprendidos entre los a de todos los componentes
  aLNK1 lt f1 lt aLNK2 lt f2 lt aLK lt f3 lt aHK lt f4 lt
  aHNK1 lt f5 lt aHNK2

• Planteo ecuación c-1 veces (para cada f) y
  obtengo c-1 ecuaciones con c-1 incógnitas.
  Calculo Vmin y Dxi,D de los NO claves

Destilación multicomponente

• Calculo D

• Calculo Lmin

18
CORRELACIÓN DE GILLILAND Estimación de
Nteóricos a reflujo finito
Destilación multicomponente

• Cálculo de Nmin con Fenske

• Cálculo de (L/D)min con Underwood

• Elección de L/D. Habitual 1.05(L/D)min lt L/D
  lt1.5(L/D)min

• Cálculo de abscisa y lectura de ordenada

Errores hasta 30, a menudo 7

• Cálculo de N etapas teóricas

19
LOCALIZACIÓN ÓPTIMA PLATO ALIMENTACIÓN

• Estimación etapa de alimentación a reflujo
  total.
• Para CLAVES, cálculo con Fenske de nº de etapas
  desde alimentación hasta destilado

• Estimación de la etapa real de alimentación con
  Gilliland

Destilación multicomponente
20
ABSORCIÓN MULTICOMPONENTE

• RESOLUCIÓN GRÁFICA Mc Cabe-Thiele
• .RESOLUCIÓN ANALÍTICA Kremser

• REQUISITOS HABITUALES
• Isotérmico
• Isobárico
• DHabsorción ?0
• Velocidad de flujo constante

REQUISITO ADICIONAL Equilibrios independientes
para cada soluto Disoluciones diluidas
En disoluciones diluídas el multicomponente se
resuelve como varios problemas de absorción de un
único componente independientes
Normalmente conocemos P,T, las especificaciones
de ambas corrientes de entrada (G L) y la
especificación de un componente (1) a la salida
Absorción multicomponente

• Resolución Nteórico Mc Cabe o Kremser para
  componente especificado (1)
• Resolución tanteada para el resto de componentes
  (2,3,4.)

• Planteo equilibrio de cada componente, ej y2
  f(x2)
• Propongo un supuesto valor de y2out en la
  corriente gaseosa de salida
• Con el valor supuesto de y2out, calculo línea de
  operación y Nteórico necesarios
• Compruebo el Nteorico obtenido con el calculado
  con componente especificado (1)

21
A distillation column with a partial reboiler and
a total condenser is being used to separate a
mixture of benzene, toluene and cumene. The feed
( F 100 kg moles/h ) is 40 mole benzene, 30
mole toluene and 30 mole cumene and is input
as a saturated vapor. We desire 95 recovery of
the toluene in the distillate and 95 recovery of
the cumene in the bottoms. The reflux is returned
as a saturated liquid and a constant molal
overflow can be assumed. Pressure is 1
atm. Equilibrium can be represented as constant
relative volatilities. Choosing toluene as the
reference component, ?BT2,25 and
?CT0,21. A) 1.- Find the number of equilibrium
stages required at total reflux and the recovery
fraction of benzene in the distillate. 2.- Find
the minimum reflux ratio. Use a basis of 100 kg
moles/hour of feed. 3.- Estimate the total
number of equilibrium stages and the optimum feed
plate location required if the actual reflux
ratio is set at L/D 2. B) Find the optimum
feed location and the total number of stages by
analytical stage-by-stage calculation. External
reflux ratio is L/D 2. Assume that all the
benzene is in the distillate. Thus xBenz.,W 0.
If xBenz.,cal. lt 5 10-4, do not repeat the
calculation. A1 3.77, 99.8. A2
Lmin44.48mol-kg/h, Vmin114.4 mol-kg/h,
L/D0.636 A3 NTotal 5.53, NF-Dmin 1.9,
NF-D 2.79