reflujo total

7/24/2019 reflujo total

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERAQUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS (ESIQIE)

ALUMNO: MORALES CASTRO CESAR

LABORATORIO DE PROCESOS DE

SEPARACION POR ETAPASPRACTICA #3

RECTIFICACIN A REFLUJO TOTAL(COLUMNA DE PLATOS PERFORADOS)

GRUPO: 3IV47PROFESOR: ROBERTO OCOA

ERNANDE!


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RECTIFICACIN A REFLUJO TOTAL(COLUMNA DE PLATOS PERFORADOS)

-O"$%&'

Desarrollar los conceptos para determinar la efciencia total y de unplato en la columna de destilacin con platos perorados.

Aplicar la metodologa de trabajo para operar y optimizar la columna conuna mezcla binaria a reujo total y presin constante.

Realizar los diagramas de equilibrio binario de los sistemas metanol-agua! etanol-agua en solucin ideal y solucin no ideal

Desarrollar una actitud que implique una disciplina proesional.Desarrollando "abilidades de in#estigacin para ubicar en reerencias lasdierentes aplicaciones de la destilacin.

$oncretar su conocimiento al presentar algunas propuestas deinno#acin para esta pr%ctica.

*S+,%$& T$-.&/0

&os procesos de separacin qumicos "an sido practicados por la

"umanidad milenios atr%s! en la e'traccin demetales! perume de las ores! e#aporado de aguade mar.

&a separacin incluye enriquecimientos! deconcentracin! purifcacin! refnacin los cuales enla industria se basan a la produccin de un productopor ejemplo

(n la refnacin del crudo se obtienen

)as de combustible suluros &ubricantes*

&os procesos de separacin que contienenespecies qumicas mi'tas! son procesos noespont%neos que requieren una energa para


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producir el enmeno! y son separados generalmente por ases"omog+neas ,solida! liquidas y gaseosos.i e'isten dos o m%s ases miscibles entre si! e'isten t+cnicasapropiadas para su separacin/ como sistemas mec%nicos basadosen su gra#edad! presin! puntos de ebullicin! uerzas el+ctricas o

magn+ticas entre otros.


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(n las im%genes anteriores se muestran los procesos de separacin a granescala en la industria qumica

Destilacin (#aporizacin ('traccin liquido-liquido Absorcin*

(ste tipos de separacin se basan en equilibrios termodin%micos de lasmezclas dondese reconoce el equilibrio lquido-#apor como una condicinest%tica donde ning0n cambio ocurre en las propiedades macroscpicas de unsistema con el tiempo! y ambas ases coe'isten! lo cual implica que la razn dee#aporacin es igual a la razn de condensacin a ni#el molecular! tal que no"ay una inter con#ersin neta de lquido a #apor o #ice#ersa. (ste equilibrio esde gran utilidad en los procesos de destilacin! por lo cual es de granimportancia para la industria alimenticia! petrolera y armac+utica.

P.$&-, 1$ '02.

&a presin de #apor es la presin de un sistema cuando el slido o liquido se"allan en equilibrio con su #apor.

&os #apores y los gases! tienden a ocupar el mayor #olumen posible y ejercenas sobre las paredes de los recintos que los contienen! una presin tambi+nllamada! uerza el%stica o tensin. 1ara determinar un #alor sobre esta

presin se di#ide la uerza total por la superfcie en contacto.

(sta ecuacin mediante pasos matem%ticos! puede con#ertirse en

&n 1#p2 A3456

&a gr%fca del logaritmo de la presin del #apor y el reciproco de latemperatura absoluta es una recta. &a ecuacin anterior no es una malaapro'imacin pero en general esta cur#a realmente tiene unas cur#aturaspeque7as que muestran as que esta apro'imacin tampoco es la mejor. (stascur#as las obser#amos e'agerando un poco el dibujo! de la siguiente manera


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debemos tener en cuenta que estaecuacin no es aplicable a temperaturasineriores al punto de ebullicin normal.

A5,0 02&/0/&,$

1ara mirar un ejemplo de presin de#apor aplicada a tuberas es buenoanalizar un poco las plantas productorasde petroqumicos y refneras! ya que

estas requieren de muc"os ser#icios como #apor de agua ,enriamiento!ser#icio! proceso! aire de instrumentos! energa el+ctrica/ para ello estasplantas necesitan grandes sistemas de transormacin de energa! y redes de

distribucin de #arios 8ilmetros! en las cuales se incurre en p+rdidas deenerga. 1ara lo que es necesario usar e'presiones matem%ticas para calculardic"as p+rdidas y lle#ar a cabo estudios sobre la recuperacin de la in#ersin y

la rentabilidad de acciones de a"orro de energa .

(l control de la presin y la temperatura en las redes de distribucin de #apores sumamente importante! ya que e'cesos de estas presiones pueden causarun desgaste mas acelerado de la tubera y aparte de esto se pueden generarmuc"as p+rdidas de energa! lo cual no es con#eniente para un proceso en elcual se est% tratando de apro#ec"ar la energa al m%'imo.

D$%&0/&-,:

(s una operacin unitaria de separacin de lquidos miscibles entre s,apro#ec"ando sus respecti#as presiones de #apor y dierencias fsicoqumicas!undamentado en la dierencia de composiciones de las dos ases enequilibrio! mediante la #aporizacin parcial de la mezcla y la recuperacin! porseparado! del #apor y el residuo lquido. (n el proceso! se alimenta una mezclade lquidos miscibles entre s! que se "acen pasar por un intercambiador decalor antes de alimentarse al destilador. (n la destilacin el lquido se #aporizaparcialmente para crear otra ase! que es un #apor. (n algunas ocasiones! el

#apor de destilado es una mezcla de gases incondensables y #apor deldestilado! por lo que deben purgarse primero los gases incondensables. 1uede"aber destiladores de tipo parcial! total o ambos/ un destilador parcial se usapara procesos de rectifcacin! mientras que si e'iste un condensador total! eldestilado se almacena directamente en tanques. 1ara el arreglo decondensadores se coloca primero el condensador parcial! seguido delcondensador total! con un arreglo de #%l#ulas para modifcar el ujo.)eneralmente los residuos tambi+n lle#an una parte del componente m%s


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#ol%til! por lo que se deben sobrecalentar y reintroducir a la columna. &a otraparte del residuo ,9 debe enriarse y almacenarse en un tanque. 6odo elsistema se opera por medio de presiones.

P0%:

:n plato en una columna de destilacin! es un puntoen donde entran en contacto un lquido y un #apor.(l contacto debe ser eecti#o! de modo que el #aporburbuje+ en el lquido y le transfera la energaadecuada para que el lquido se e#apore y noescurra por la columna. ;ste es un enmeno dedifusin/ conorme se #a purifcando el #apor atra#+s de los platos! #a requiriendo menos energapara seguir e#apor%ndose.

P./$ 1$ R$/%&6/0/&-,:

i el condensador del destilado es parcial!entonces el destilado comolquido saturado se puede #ol#er a meter a la columna a rectifcacin.Dentro de la columna! el lquido #uel#e a adquirir energa y se e#aporanue#amente. e le puede a7adir un sistema de #aco para as"ear ellquido saturado.

R$0/&-, 1$ R$5:

R=V

D

(s aquella relacin que e'iste entre la cantidad de mezcla que retorna ala columna ,& y el destilado que sale del sistema ,D.

R$5 T%0:

e defne como el retorno de todo el destilado obtenido por el domo dela columna como reujo! sin que "aya e'traccin de residuo!

necesit%ndose un numero mnimo de etapas para realizar el enmeno.

(fciencia 6otal de lacolumna

(fciencia total delplato ase #apor

(fciencia total delplato ase liquida

ntc=NET1

NPR 100 nmv=

YnYn1

ynYn1

nmv=Xn1XN

Xn1XN


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M8%1 1$ M/ C0""$*T9&$$

MTODO DE TRABAJO.

&a operacin se lle#ar% a cabo a presin constante "asta alcanzar elequilibrio sico ,lograr r+gimen permanente! comprob%ndolo cuando lastemperaturas en el "er#idor! domo y platos permanezcan constantescon respecto al tiempo.


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PROCEDIMIENTO DE OPERACIN.

>. $omprobar que todas las #%l#ulas del equipo se encuentren cerradas.

. Berifcar que se cuente con todos los ser#icios necesarios agua!electricidad y #apor.

C. Berifcar ni#el en el tanque de alimentacin y la composicin de lamezcla de alimentacin ,metanol-agua apro'imadamente al EF.

. Alimentar la mezcla por destilar al "er#idor! abriendo las #%l#ulascorrespondientes ,tanque de

alimentacin! rot%metro y "er#idor! acondicionar el interruptor de labomba de carga y permitir el paso de

la mezcla por el rot%metro de alimentacin a ujo m%'imo. (l ni#el debealcanzar una altura en el "er#idor

de >G.HEcm.

E. Desconectar la bomba de alimentacin cuando se "ayan alcanzado Ipartes del ni#el del "er#idor y cerrar las #%l#ulas utilizadas.

J. 1urgar lnea de #apor. Abrir las #%l#ulas de calentamiento al "er#idory la purga del condensador ,#enteo! para eliminar el aire de la columna.

H. $uando se tengan #apores #isibles en la #%l#ula de #enteo!inmediatamente cerrarla y abrir la #%l#ula de alimentacin de agua alcondensador.

G. Registrar y anotar las temperaturas del "er#idor y del plato >! ascomo la temperatura de los platos pormedio del registrador y selectorde temperatura.

K. =antener constante la presin del #apor de calentamiento entre L. yL. 8g5cm y tambi+n mantener constante la presin en el "er#idor.

>L. $uando se "aya alcanzado el equilibrio del sistema! todas lastemperaturas anteriormente obser#adas deber%n permanecerconstantes con el tiempo! pero no iguales una con respecto a la otra. (n+ste momento se "abr% alcanzado la m%'ima separacin de loscomponentes y la efciencia de la separacin depender% e'clusi#amentedel dise7o de los platos en los que se eect0a el contacto entre las dosases ormadas! eectu%ndose en cada plato la rectifcacin de los


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#apores que #an ascendiendo "asta llegar al condensador de superfcie,donde se condensa todo el #apor regresando todo el condensado alprimer plato.

>>. $uando se "ay alcanzado el equilibrio! se toman las muestras

siguientes

a. Del "er#idor.b. Del reujo.c. De tres platos consecuti#os.6ambi+n se anotan las temperaturas de esos puntos y de cada plato.


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T0"0 1$ 10% $;2$.&L

6>>

6>

6>C

6>

6>E

6>J

6>H

6>G

L CE

CE

CE

L

CE

CE

CE

CE

CE

CE

>

>

CE

CE

CE

CE

CE

E H H

>L

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

E

E

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J

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CG

CG

CG

CG

CG

CG

CG

CG

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C

C

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J>

J>

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JL

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EH

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HH

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JL

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H

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G

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EK

CL

EH

EH

EH

EH

EE

E

HG

HG

HG

HG

HG

HK

H

H

EH

G

K

JL

CE

JE

JE

JE

JE

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H

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HG

HG

HG

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H

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JG

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JG

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HG

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HG

HG

GL

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K

K

G

E

HC

HC

HC

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HC

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HG

HG

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H

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G

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G

EL

HC

HC

HC

H

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HG

HG

HG

HG

HK

HG

GL

H

H

EG

G

CL

G

E

E

7

3

7

3

7

3

7

4

7

7

7

=

7

=

7

=

7

=

7

>

7

=

=

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@

7

@

7

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3

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@JL

73

73

73

74

77

7=

7=

7=

7=

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@7

@7

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=@

JE

73

73

73

74

77

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7=

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7=

7>

7=

=?

@7

@7

=

@=

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HL

73

73

73

74

77

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7=

7=

7=

7>

7=

=?

@7

@7

=

@=

3?

=@


11/28

LE>L

>EL

ECL

CEL

EEL

EEJL

JEHL

TEMPERATURAS REGIMEN PERMAMENTE

plato> plato

platoC plato

platoE platoJ

platoH platoG

platoK plato>L

plato>> plato>

plato>C reujo

"er#idor alimentacion

condensador

%&$ L L>L L.C > > L L>E L.C > > L LL L.E > > L LE L.E >.E > L LCL L.E > L > LCE L.C >.E >.E .E L.L L.C L.CGE L.C C E.C L.CGEL L.C C E J L.EE L.C C.C E.K H L.EJL L.C C.J J.> H.E L.EJE L.C C.J J.> H.E L.EHL L.C . J.E G L.E


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L E >L >E L E CL CE L E EL EE JL JE HL

L

>

C

E

J

H

G

PRESION REGIMEN PERMANTE

operacin

serpentin

calderin

ondo

domo

%&$ >.CCCH L.KC1lato >.CCCK L.K>E

1lato E >.CCCG L.KL1lato J >.CCCG L.KL1lato G >.CC L.K>1lato >L >.CCE> L.K1lato >> >.CCE>E L.GG1lato > >.CCJ L.GJ1lato >C >.CLE> L.CDestilado >.CC>E L.KGResiduo >.CCE>E L.LH=etanol

puro>.CCL >LL

A6( D( C

destilado C L.HH >LL


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1ARA 1R(1ARAR &A =(S$&A D( A&T=(6A$TU al LF V EL se repiten los pasos agregando >L

litros de agua

H L.KC se repiten los pasos agregando >litros de aguaK L.KE L se repiten los pasos agregando >

litros de agua

e llena el "er#idor a los L cm es decir al GLF para esto se prendi la bombay se abri el rot%metro a E>F! as subi el ni#el del "er#idor y por lo tanto bajael ni#el del tanque de alimentacin! despu+s que se llene el "er#idor se apagla bomba y se cerr el rot%metro

C/5

$.LHE mmNg


14/28

Xmol=

0.93

32

0.93

32+10.93

18

=0.881

Xmol=

0.915

32

0.915

32 +

10.915

18

=0.858

Xmol

=

0.92

32

0.92

32+10.92

18

=0.866

Xmol=

0.92

32

0.92

32 +

10.92

18

=0.866

Xmol=

0.91

320.91

32+10.91

18

=0.85

Xmol=

0.9

32

0.9

32+10.9

18

=0.835

Xmol=

0.88

32

0.88

32+10.88

18

=0.804


15/28

Xmol=

0.86

32

0.86

32 +

10.86

18

=0.775

Xmol=

0.32

32

0.32

32+10.32

18

=0.209

Xmol=

0.93

32

0.93

32+10.93

18

=0.881

Xmol=

0.32

32

0.32

32+10.32

18

=0.209

$EH.KK >JJK.>$ CG.G G

PA=108.0724

1574.99

238.8+T=911.075mm Hg

PB=107.96681

1669.21

228+T=911.075mmHg


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Despejando a 6 para ambas soluciones ,temperaturas deebullicin

=etanol2 JK.EAgua2>LE.CEG

$alcular 'Ay yA

xA=PTPB

PAPByA=

PAxA

PT

6 1a 1b Qa ya

JK.E K>>.EKKC

.ECGE

L.KKKHGL>>

L.KKKKEG>

H.E >LKK.HC>H

HG.LKJKHG

L.HHLCGGEJ

L.KKK>CK

HK.E >C>K.>LC

C.LCK

L.EG>CE

L.GC>EEG

G.E >EH.LHG

>H.GGK

L.JEJCJ

L.HCJKHHH

GK.E >GJH.G>>JK

ELH.CEEKE

L.KJHEG

L.JLGCHG

K.E LE.LL

GKJ

J>.HK

CKC

L.>GHEK

KH>

L.ELC

LKK.E EKL.CC

KHC.JJKCL

L.LKELJCC

L.HLGLEG

>L.E CLG.HCHGC

GHJ.HLG

L.L>EKH>K

L.LECLKH

>LE.CEG C>CC.EKCK

K>>.LJHJ

C.CKLK(-LJ

>.>JJC(-LE


17/28

L L.> L. L.C L. L.E L.J L.H L.G L.K >JE

HL

HE

GL

GE

KL

KE

>LL

>LE

>>L

t #s '

t #s y

Q! V

6


18/28

L L.> L. L.C L. L.E L.J L.H L.G L.K >

L

L.>

L.

L.C

L.

L.E

L.J

L.H

L.G

L.K

>

Q

V

PARA SOLUCION NO IDEAL

A=e

A

(1+(AB)( x1x ))2

Q #s V ,Tdeal a K>>.LHE


19/28

B=e

B

(1+(BA)( 1xx ))2

Donde A2L.KL> y 42L.EEEK

V para el #alor de 1 se resuel#e una ecuacin que obedece a una mezclareal

APAxA

PT+

BPBxB

PT=1

Qa gama a gama b 6 1a 1b Va

L .JCLGKH

> >LE.CE C>C.GEG>

K>L.G>ELG

L

L.> >.K>L>EKJE

>.L>CLL>C

K. LJ>.LK>

EJH.JJ>HH

L.C>ECLJ

L. >.EHGCEHLC

>.LHCCG

GJ.E >JGJ.JCKGG

E>.KCLLC

L.EGCKLKE

L.C >.CJGEHEL

>.LKHKEEEK

G.J >GE.KLC>

CK>.CG>G

L.JJKJCG

L. >.C>CKCJH

>.>J>GLGC

HK.KC >CE>.KLLGG

CE>.J>CLG

L.HCLGGJ>

L.E >.>L>E>H

>.CJKKC>>

HH.H >K.EEKKK

C>.E>>>

L.HG>GHCJC

L.J >.LHKE>KG

>.CLEJ

HE.G >>J.CEHJ

KJ.HCHHKG

L.GHHEEGC

L.H >.LL>HKJ

>.>EKLGKJ

H.L >LKL.LEC

HE.>JGKK

L.GH>EC

L.G >.L>J>JK

>.E>HGJCLC

H.CEE >L.G>JH

EJ.JEJKH

L.K>JEK

L.K >.LLCH>CGG

>.JHL

HL.HH KJE.ELGH

CK.G>>J>E

L.KEHEJG

> > >.HCELK

JK.E K>>.EK

KC

.ECG

E

>.LLL>JE

HC


20/28


21/28

L L.> L. L.C L. L.E L.J L.H L.G L.K >JE

HL

HE

GL

GE

KL

KE

>LL

>LE

>>L

6 #s Q

6 #s V

Q! V

6


22/28

L L.> L. L.C L. L.E L.J L.H L.G L.K >L

L.>

L.

L.C

L.

L.E

L.J

L.H

L.G

L.K

>

Q

V

$%lculo de la efciencia de la columna


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TC=NET1

NPR 100

(62 E etapas tericas

1R2 >E etapas tericas

TC=51

13 100=30.76


24/28

$%lculo de la efciencia de un plato. (fciencia de =urp"ree.

1ara la ase #apor y lquida

MV=ynyn+1

ynyn+1

100

ML=xn1xn

xn1xn100


25/28

P0% 4 T474C

PA =108.0724

1574.99

238.8+74=1307.628

PB=107.96681

1669.21

228+74=338.5664

xA=PTPB

PA PB =

911.075338.55664

1307.628338.5664=0.59

yA=PA xA

PT =

1307.6280.59

911.075=0.84

1ara yX2L.K de la grafca de equilibrio

P0% T77C

PA =108.0724

1574.99

238.8+77=1216.46

PB=107.96681

1669.21

228+77=311.883

xA=PTPB

PA PB =

911.075311.883

1216.46311.883

=0.6623

yA=PA xA

PT =

1216.460.6623

911.075=0.8838

1ara yX2L.GG de la grafca de equilibrio


26/28

P0% T7=C

PA=108.0724

1574.99

238.8+78=1261.364

PB=107.96681

1669.21

228+78=324.994

xA=PTPB

PA PB =911.075324.994

1261.364324.994=0.6259

yA=PA xA

PT =

1261.3640.6259

911.075 =0.8665

1ara 'X2L.J de la grafca de equilibrio

MV=0.840.8838

0.940.8838100=77.93 ML=

0.66230.6259

0.66230.62100=86.05

ntc=51

13 100

T0"0 1$ R$5%01 F&,0$:

:

O"$.'0/&,$

(n la parte terica obser#amos la defciencia de conceptos! las cualesreafrmamos mediante participaciones y comentarios con loscompa7eros! desde el principio de Destilacin! conceptostermodin%micos.

(6 (fciencia

$olumna

(fciencia1latos ,ase

#apor

(fciencia1latos ,ase

lquida

C CL.HF HH.KCF GJ.LEF


27/28

Respecto a la e'perimentacin el "ec"o de "acer un rele#o o unaentrega de piso a los compa7eros de la seccin 4 ue una e'periencia lacual se #i#e a ni#el planta muy interesante y de muc"a e'periencia.

(n el inicio de la e'perimentacin obser#amos como "abilitamos el

equipo con porcentajes de mezcla mediante la tabla de densidad #s Fpeso despu+s la parte en la cual llegamos a r+gimen permanente con lacoordinacin del compa7ero )usta#o y cada uno en su %rea de trabajo.obser#ado el mo#imiento del manmetro interpretando el signifcado delmismo! As como es un equipo antiguo las temperaturas no se miden pormedio de un controlador sino por un equipo mec%nico en el cual coincidetu #isin con la lnea mostrada en la lectura de temperaturas. o sepudo obser#ar la parte fnal de la toma de muestras pero si una malacomunicacin de la seccin 4.

C,/5&,$

(l =odelo matem%tico aplicado en esta pr%ctica ue el modelo o elm+todo grafco de =c $abbe-6"iele obteniendo una efciencia de CL.H enla columna! muy efciencia muy pobre debido al mal dise7o de la planta!la justifcacin es que en la columna de platos est% dise7ada parainterpretar el error mostrado.

Donde encontramos una alta efciencia es en los platos por m+todoanaltico de composiciones liquido y #apor! obteniendo un buen trabajo

en el plato correspondiente.Respecto al trabajo en el equipo! se concluye que es una orma de lle#aruna pr%ctica a la e'periencia proesional mediante la entrega del equipoya operando! pero es un error entregar a un equipo que no est%comprometido con un buen trabajo.

:na pr%ctica deerente a las usuales! donde la compresin detallada delenmeno ue una parte undamental retomando conceptos ycomparando siempre contra una operacin real..


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