destilaci³n rellenos

download destilaci³n rellenos

of 25

  • date post

    01-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    182
  • download

    4

Embed Size (px)

Transcript of destilaci³n rellenos

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

OPERACIONES UNITARIAS iDISEO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIN DE relleno SISTEMA TOLUENO-OCTANO

VERA CANTOS RAIZA MISHELLESEMESTRE: 5

INTRODUCCION En la industria, los procesos implicados en operaciones de transferencia de materia son de gran importancia. Existe un gran nmero de operaciones industriales en las que se ponen en contacto una fase lquida con otra gaseosa, producindose el transporte de materia entre ambas. En las columnas de relleno la transferencia de materia se hace de forma continuada. Estas columnas tambin son llamadas columnas empaquetadas.La torre de relleno ms comn es la que consiste en una carcasa cilndrica que contiene el material inerte en su interior. Tienen su principal aplicacin en la absorcin de gases, constituyendo as un fenmeno de gran inters e importancia para nuestra carrera. Por lo cual el presente trabajo va dirigido hacia el diseo de una columna de destilacin de rellenos para el sistema Tolueno-Octano, con determinadas condiciones de operacin, a travs de los respectivos clculos y grficos.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMACon la finalidad de conocer la efectividad del mtodo de dimensionamiento de columnas de destilacin de rellenos aprendido en clases, y pretendiendo un mayor entendimiento de la operacin de destilacin, se procede a que: Con los datos que se indican a continuacin que corresponden al sistema Tolueno-Octano, dimensionar una columna de destilacin de flujo continuo.

Sistema: Tolueno-Octano a 1 atmosfera de presin.

F, [kg.h-1]TF, [C]xFxDxW

311500300,250,880,04

Clculos 1. NUMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA 1.1. Determinacin del nmero de unidades de transferencia NOG referida a la fase gasTabla 1.1-1Numero de unidades de transferencia referida a la fase gaseosaxyy*y*-y1/y*-y

0,040,040,0680,02835,714

0,050,0560,0840,02835,714

0,10,1040,160,05617,857

0,150,160,2320,07213,889

0,20,2120,2920,0812,500

0,250,2680,360,09210,870

0,30,3160,4240,1089,259

0,350,3680,460,09210,870

0,40,4120,5040,09210,870

0,450,4640,540,07613,158

0,50,5080,580,07213,889

0,550,560,620,0616,667

0,60,60,660,0616,667

0,650,6520,70,04820,833

0,70,70,740,0425,000

0,750,7560,7760,0250,000

0,80,8040,8360,03231,250

0,850,8560,8760,0250,000

0,880,880,90,0250,000

1.2. Determinacin del nmero de unidades de transferencia NOG referida a la fase liquido.

Tabla 1.2-1Numero de unidades de transferencia referida a la fase liquidayx*xx-x*1/x-x*

0,0800,0520,0760,02441,667

0,1200,0760,1160,04025,000

0,1600,1000,1520,05219,231

0,2000,1280,1880,06016,667

0,2400,1560,2240,06814,706

0,2800,1880,2600,07213,889

0,3200,2160,3000,08411,905

0,3600,2480,3400,09210,870

0,4000,2720,3840,1128,929

0,4400,3160,4240,1089,259

0,4800,3560,4640,1089,259

0,5200,4000,5040,1049,615

0,5600,4440,5440,10010,000

0,6000,4920,5880,09610,417

0,6400,5400,6280,08811,364

0,6800,5880,6680,08012,500

0,7200,6440,7080,06415,625

0,7600,6960,7480,05219,231

0,8000,7480,7920,04422,727

0,8400,8040,8360,03231,250

0,8600,8280,8640,03627,778

2. CALCULO DE LA CANTIDAD DE VAPOR Y DE LIQUIDO

2.2. CABEZA de la columna

2.2.1. Cantidad de vapor

2.2.2. Cantidad de liquido

2.3. COLA de la columna

2.3.1. Cantidad de vapor

2.3.2. Cantidad de liquido

3. CALCULO DE LA VELOCIDAD DE INUNDACIN3.1. Calculo del vapor y liquido medios

3.2. Calculo de densidades3.2.1. Densidad del gasTabla 3.2.1-1Datos a la temperatura mediaT mediaXaYa

C

117,630.330.45

Tabla 3.2.1-2Datos iniciales del problema

No.ComponenteFrmulaMi [kg/kgmol]

AToluenoC7H892,13

BOctanoC8H18114,22

3.2.2. Densidad del liquido Tabla 3.2.2-1Densidad de lquidos a la temperatura media Componente,

C7H8769,6

C8H18621,1

3.2.3. Calculo del valor de la abscisa

3.2.4. Determinacin de Kv

Si tenemos

Segn el diagrama de Anexo(Ver Anexo 1)Kv= 0.15

3.2.4.1. Clculo de la viscosidad Tabla 3.2.4.1-1Viscosidad a la temperatura media

ComponenteT media

Mezcla

Tolueno117,630,23600,2233

Octano0,2171

Tabla 3-1Datos para monturas Intalox de cermicaTamao nominal, inDensidad global, lb/ft3a, ft2/ft3a, m2/m3Porosidad

1/246190623.3590,71

1,004278255.9060,73

1 1/23959193.5700,76

23836118.1100,76

3362891.8640,79

Fuente: McCABE W, et al., Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica, cuarta edicin, Ed. Mc Graw-Hill,1998, pg 719

Tabla 3-4Velocidad de inundacin para diferentes tamaos de monturas Intalox Tamao nominalrea SuperficialUgUg/2

pulgm/sm/s

1/2623,5390,710,42210,2111

1255.9060,730.80390,4019

11/2193.5700,760,83880,4194

2118,1100,761.07390,5369

391,8640,791.29050.6453

4. Calculo del rea y dimetro de la columna 4.1. rea de la columna Utilizando la ecuacin de continuidad de los gases

4.2. Dimetro de la columna

Tabla 4-1 Resultados de rea y dimetro para diferentes tamaos de anillos de Monturas de Intalox

Tamao nominalreaDimetro

mmpulgm^2m

3,35172,065

11,75991,4969

11/21,68671,4654

21,31741,2951

31.09631,1814

5. CALCULO DEL COEFICIENTE DE TRASFERENCIA DE MASA EN LA FASE GASEOSAClculo modelo para dimetro de 1 pulgada ya que est dentro del rango establecido para el tamao del relleno segn la tabla 5.17.5-1 del folleto de destilacin, Ing. J.A. Medina C. Pg. 44

5.1. Densidad del gas a Tm=117,63C 5.1.1.

5.2. Calculo de la viscosidad de la mezcla

Tabla 5.2-1Datos a la temperatura mediaT mediaXaYa

C

117,630.330.45

Tabla 5.2-2Viscosidad de la mezclaComponente

T media

Pa.sPa.s

Tolueno117,632,23*10^-5

Octano

FUENTE: Yaws, Carl L. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds, Knovel, 2003

5.3. Calculo del numero de Reynolds

5.4. Calculo de Jd (Carta de Chilton y Colburn)

5.5. Calculo del numero de Schimdd

5.5.1. Calculo de la difusividad de la mezcla Volmenes del Anexo

Tabla 5.5.1-1Resultado de los volmenes de molcula

ComponenteT mediaVolumen atmDa-bDa-b

Tolueno 117,63133,20.0398

Octano185

5.6. Calculo del coeficiente de interdifusin en la fase Gaseosa Tabla 5.6-1Viscosidad de la mezclaT media Cxy*yYBM

117,630.330.4560.3520,5945

6. CALCULO DEL COEFICIENTE DE TRASFERENCIA DE MASA EN LA FASE LIQUIDA Tabla 6-1Datos a la temperatura mediaT mediaXaYa

C

117,630.330.45

Tabla 6-1Datos a la temperatura mediaComponente,

C7H8769,6

C8H18621,1

FUENTE: Yaws, Carl L. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds, Knovel, 2003

6.1. Calculo del la velocidad del liquido

6.2. Calculo del numero de Reynolds

6.3. Calculo de la difusividad de la mezcla

6.4. Calculo del numero de Schmidd

,006.5. Calculo de Jd (Carta de Chilton y Colburn)

6.6. Calculo del coeficiente individual de trasporte de masa en la fase lquida

6.7. Calculo del coeficiente de interdifusin en la fase liquida Tabla 6.7-1Datos de EquilibrioT media CYxx*

82.470.45000,2520,18

7. CLCULO DE LA PENDIENTE

Tabla 7-1

Calculo de la pendiente de los datos de Equilibrioxym

00,001,64

0,010,01641,72

0,030,05081,63

0,050,8341,53

0,100,1601,42

0,150,2311,28

0,200,2951,22

0,2535,61,16

0,3041,41,06

0,3546,71,00

0,4051,70,94

0,4556,40,62

0,500,5951,02

0,550,6460,78

0,600,6850,76

0,650,7230,74

0,700,7600,76

0,750,7980,78

0,800,8370,8

0,850,8770,8

0,900,9170,82

0,950,9580,815

0,970,97430,835

0,990,99100,9

111

0,31068. COEFICIENTE TOTALES DE TRASFERENCIA DE MASA

8.1. Coeficiente total en la fase liquida

8.2. Coeficiente total en la fase gaseosa

9. CALCULO DE LA LONGITUD DE LA TORRE DE RELLENO

10. RESULTADOS

Tamao nominalrea superficiala,m2/m3

m/srea,m2Dimetro,m

RellenommPulg

Monturas Intalox de cermica50,82118,100,761,01391,31741,2951

Tabla 10.1-1 : Caracterizacin del Relleno

Tabla 10.1-2: Coeficientes totales del transporte de masa

Tabla 10.1-3: Dimensiones de la columnaCondiciones de alimentacinTF, C

Unidades de TransferenciaDimetro de la columna, mFlujos msicos, kg/hLongitud de la columna

NOGNOLGmLmZGZL

XW=0,043014.3017,6341,295116564,004413688,987212,96221,402

XF=0,25

XD=0,88

11. DISCUSION

Al observar los resultados, se puede observar valores muy altos en la longitud de columna, pues se trabaja con grandes flujos msicos, y esto influye en el dimensionamiento de nuestra torre de destilacin, as como la naturaleza del sistema a destilar. Los rellenos seleccionados fueron monturas de intalox, de 2 pulgadas, que de acuerdo a los valores estandarizados, se ajusta de mejor manera al dimetro y rea de la columna. En la determinacin de la velocidad de inundacin, se utiliz la carta para la identificacin del kv, lo cual depende en gran medida de la apreciacin de cada observador, por lo que dicho valor puede influenciar en los dems clculos. De igual manera los valores ledos en la carta de chilton y colburn. El nmero