16062014Ingenieria de Procesos de Separacion 2edi Wankat

7/13/2019 16062014Ingenieria de Procesos de Separacion 2edi Wankat

1/765


2/765


3/765

3


4/765


5/765


6/765

Prefacio xvAgradecimientos xvii

Acerca del autor xixNomenclatura xxi

Captulo 1 Introduccin a la ingeniera de procesos de separacin 1

1.1. Importancia de las separaciones 1 1.2. El concepto de equilibrio 2 1.3. Transferencia de masa 4 1.4. Mtodos para resolver los problemas 5 1.5. Prerrequisitos 7 1.6. Otras fuentes sobre ingeniera de procesos de separacin 8 1.7. ResumenObjetivos 9

Referencias 9 Tarea 10

Captulo 2 Destilacin instantnea 12

2.1. Mtodo bsico de destilacin instantnea 12 2.2. Forma y fuentes de los datos de equilibrio 14 2.3. Representacin grfica del equilibrio binario vapor-lquido 16 2.4. Destilacin instantnea binaria 21

2.4.1. Procedimiento secuencial de solucin 21 Ejemplo 2-1. Separador de evaporacin instantnea para etanol y agua 242.4.2. Procedimiento de solucin simultnea 27

2.5. Equilibrio vapor-lquido con varios componentes 29 2.6. Destilacin instantnea de varios componentes 34 2.7. Convergencia simultnea con varios componentes 40 2.8. Clculo de los tamaos 45 2.9. Uso de tambores de destilacin existentes 49 2.10. ResumenObjetivos 50 Referencias 51 Tarea 52 Apndice al captulo 2 Simulacin en computadora de la destilacin instantnea 59


7/765

Captulo 3 Introduccin a la destilacin en columna 65

3.1. Desarrollo de una cascada de destilacin 65 3.2. Equipo de destilacin 72 3.3. Especificaciones 74

3.4. Balances externos de la columna 76 3.5. ResumenObjetivos 81 Referencias 81 Tarea 81

Captulo 4 Destilacin en columna: balances internos, etapa por etapa 86

4.1. Balances internos 86 4.2. Mtodos de solucin de etapa por etapa, para destilacin binaria 90

4.3. Introduccin al mtodo de McCabe-Thiele 97 4.4. Lnea de alimentacin 101

4.5. Mtodo completo de McCabe-Thiele 109

4.6. Perfiles para destilacin binaria 112 4.7. Calentamiento con vapor directo 114

4.8. Procedimiento general de anlisis McCabe-Thiele 118

4.9. Otras situaciones en las columnas de destilacin 1254.9.1. Condensadores parciales 1254.9.2. Vaporizadores totales 1264.9.3. Corrientes laterales o lneas de salida 1264.9.4. Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios 1284.9.5. Columnas de agotamiento y enriquecimiento 129

4.10. Condiciones lmite de operacin 1304.11. Eficiencias 1334.12. Problemas de simulacin 1354.13. Usos nuevos para columnas viejas 1364.14. Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferior 1384.15. Comparaciones entre los mtodos analticos y los grficos 1404.16. ResumenObjetivos 142 Referencias 143 Tarea 144 Apndice al captulo 4 Simulaciones de destilacin binaria en computadora 158

Captulo 5 Introduccin a la destilacin de varios componentes 161

5.1. Dificultades de clculo 161

5.2. Perfiles para destilacin de varios componentes 167 5.3. ResumenObjetivos 172 Referencias 172 Tarea 172


8/765

Captulo 6 Procedimientos de clculo exacto para destilacin de varios componentes 176

6.1. Introduccin a la solucin matricial para destilacin de varios componentes 176 6.2. Balances de masa de componentes en forma de matrices 178 6.3. Proposicin inicial para tasas de flujo 181

6.4. Clculos de punto de burbuja 181 6.5. Mtodo de convergencia 184

6.6. Balances de energa en forma matricial 191 6.7. ResumenObjetivos 194 Referencias 195 Tarea 195 Apndice al captulo 6 Simulaciones en computadora de columnas

de destilacin de varios componentes 200

Captulo 7 Mtodos abreviados aproximados para destilacin de varios componentes 205

7.1. Reflujo total: Ecuacin de Fenske 205

7.2. Reflujo mnimo: Ecuaciones de Underwood 210

7.3. Correlacin de Gilliland para la cantidad de etapas a relacin de reflujo finita 215

7.4. ResumenObjetivos 219 Referencias 219 Tarea 220

Captulo 8 Introduccin a mtodos complejos de destilacin 225

8.1. Ruptura de azetropos con otros separadores 225 8-2. Procesos de destilacin azeotrpica binaria heterognea 227

8.2.1. Azetropos heterogneos binarios 2278.2.2. Secado de compuestos orgnicos parcialmente miscibles con agua 230

8.3. Destilacin por arrastre de vapor 234 8.4. Procesos de destilacin a dos presiones 238 8.5. Sistemas ternarios complejos de destilacin 239

8.5.1. Curvas de destilacin 2408.5.2. Curvas de residuo 243

8.6. Destilacin extractiva 245

8.7. Destilacin azeotrpica con solvente agregado 251 8.8. Destilacin con reaccin qumica 255 8.9. ResumenObjetivos 258 Referencias 258 Tarea 260 Apndice al captulo 8 Simulacin de sistemas complejos de destilacin 270

Captulo 9 Destilacin intermitente 276

9.1. Destilacin intermitente binaria: Ecuacin de Rayleigh 278


9/765

9.2. Destilacin intermitente binaria simple 279

9.3. Destilacin intermitente a nivel constante 283 9.4. Destilacin intermitente por arrastre con vapor de agua 284 9.5. Destilacin intermitente en varias etapas 285

9.5.1. Relacin de reflujo constante 286 9.5.2. Relacin de reflujo variable 290

9.6. Tiempo de operacin 291 9.7. ResumenObjetivos 292 Referencias 292 Tarea 293

Captulo 10 Diseo de columnas de platos y empacadas 301

10.1. Descripcin de los equipos en las columnas de platos 30110.1.1. Platos, bajantes y vertederos 304

10.1.2. Entradas y salidas 306 10.2. Eficiencias de platos 309

10.3. Clculo del dimetro de la columna 314

10.4. Distribucin y consideraciones hidrulicas para platos perforados 320

10.5. Diseo de platos de vlvulas 327 10.6. Introduccin al diseo de columnas empacadas 329 10.7. Partes internas de las columnas empacadas 329 10.8. Altura del empaque. Mtodo de la Hetp 331 10.9. Inundacin de la columna empacada y clculo del dimetro 333

10.10. Consideraciones econmicas 34110.11. ResumenObjetivos 345 Referencias 345 Tarea 348

Captulo 11 Economa y conservacin de energa en la destilacin 354

11.1. Costos de destilacin 354 11.2. Efectos de la operacin sobre los costos 359

11.3. Cambios en capacidades de la planta 366

11.4. Conservacin de la energa en la destilacin 366 11.5. Sntesis de secuencias de columnas para destilacin de varios componentescasi ideales 370

11.6. Sntesis de sistemas de destilacin para mezclas ternarias no ideales 376



10/765

Captulo 12 Absorcin y arrastre 385

12.1. Equilibrios de absorcin y arrastre 387 12.2. Lneas de operacin para absorcin 389

12.3. Anlisis del arrastre 394 12.4. Dimetro de la columna 396 12.5. Solucin analtica: La ecuacin de Kremser 397

12.6. Absorbedores y separadores de arrastre con varios solutos diluidos 403 12.7. Solucin matricial para absorbedores y separadores de arrastre

con soluciones concentradas 406 12.8. Absorcin irreversible 410 12.9. ResumenObjetivos 411 Referencias 412 Tarea 413

Apndice al captulo 12 Simulaciones de absorcin y arrastre en computadora 421Captulo 13 Extraccin inmiscible, lavado, lixiviacin y extraccin supercrtica 424

13.1. Procesos y equipos de extraccin 424 13.2. Extraccin a contracorriente 428

13.2.1. Mtodo de McCabe-Thiele para sistemas diluidos 428 13.2.2. Mtodo de Kremser para sistemas diluidos 434

13.3. Extraccin fraccionada diluida 435 13.4. Extraccin en una etapa y con flujo cruzado 439

13.5. Extraccin con fases inmiscibles y concentradas 443 13.6. Extraccin intermitente 444 13.7. Procedimientos generalizados de McCabe-Thiele y de Kremser 445 13.8. Lavado 448

13.9. Lixiviacin 45213.10. Extraccin con fluido supercrtico 45413.11. Aplicacin a otras separaciones 45713.12. ResumenObjetivos 457 Referencias 457 Tarea 459

Captulo 14 Extraccin de sistemas parcialmente miscibles 468

14.1. Equilibrios en extraccin 468 14.2. Clculos en mezclado y la regla de la palanca 471 14.3. Sistemas de una etapa y flujo cruzado 474

14.4. Cascadas de extraccin a contracorriente 477

14.4.1. Balances externos de masa 47714.4.2. Puntos de diferencia y clculos de etapa por etapa 47914.4.3. Problema completo de extraccin 483


11/765

14.5. Relacin entre los diagramas de McCabe-Thiele y triangulares 485 14.6. Flujo mnimo de solvente 486 14.7. Simulaciones de la extraccin en computadora 488 14.8. Lixiviacin con tasas de flujo variables 489

14.9. ResumenObjetivos 492 Referencias 492 Tarea 493 Apndice al captulo 14 Simulacin de la extraccin en computadora 499

Captulo 15 Anlisis de la transferencia de masa 501

15.1. Fundamentos de la transferencia de masa 501 15.2. Anlisis de las columnas de destilacin con altura y nmero de unidades

de transferencia (HTUy NTU) 504

15.3. Relacin entre HETPy HTU 511

15.4. Correlaciones de transferencia de masa para torres empacadas 51315.4.1. Correlaciones detalladas para empaques aleatorios 513

15.4.2. Correlaciones sencillas 520

15.5. Anlisis HTU-NTUde absorbedores y separadores de arrastre 521

15.6. Anlisis HTU-NTUde absorbedores concurrentes 526 15.7. Transferencia de masa en un plato 528


Captulo 16 Introduccin a los procesos de separacin con membrana 535

16.1. Equipos de separacin con membrana 537 16.2. Conceptos relacionados con las membranas 541 16.3. Permeacin de gases 544

16.3.1. Permeacin de mezclas binarias de gases 54416.3.2 Permeacin binaria en sistemas perfectamente mezclados 547

16.3.3 Permeacin de varios componentes en sistemas perfectamentemezclados 555

16.4. smosis inversa 558

16.4.1. Anlisis de la smosis y la smosis inversa 558 16.4.2. Determinacin experimental de las propiedades de las membranas 564


12/765

16.4.3. Determinacin de la polarizacin de concentracin 566

16.4.4. smosis inversa con soluciones concentradas 573

16.5. Ultrafiltracin 573

16.6. Pervaporacin 579

16.7. Efectos de la pauta de flujo general 588 16.7.1. Permeacin binaria con flujo cruzado 59016.7.2. Permeacin binaria concurrente 59216.7.3. Flujo binario a contracorriente 594

16.8 ResumenObjetivos 595 Referencias 596

Tarea 597 Apndice al captulo 16 hojas de clculo para clculos con pautas de flujo,

para permeacin de gases 60316.A.1. Flujo cruzado 60316.A.2. Flujo concurrente 60516.A.3. Flujo a contracorriente 607

Captulo 17 Introduccin a la adsorcin, cromatografa e intercambio inico 609

17.1. Sorbentes y equilibrio de sorcin 61017.1.1. Definiciones 61017.1.2. Tipos de sorbente 612

17.1.3. Comportamiento de equilibrio en adsorcin 615 17.2. Anlisis del movimiento de soluto para sistemas lineales: fundamentos

y aplicaciones a la cromatografa 62117.2.1. Movimiento del soluto en una columna 62317.2.2. Teora del movimiento del soluto para isotermas lineales 62517.2.3. Aplicacin de la teora lineal del movimiento del soluto a ciclos

de purga y a la cromatografa de elucin

17.3. Anlisis de movimiento de soluto para sistemas lineales: Adsorcin trmicay con variacin de presin, y movimiento simulado de lecho 631

17.3.1. Adsorcin con oscilacin de temperatura 631 17.3.2. Adsorcin con oscilacin de presin 641 17.3.3. Lechos mviles simulados 649

17.4. Anlisis de movimiento no lineal del soluto 65417.4.1. Ondas difusas 655

626


13/765

17.4.2. Ondas de choque 658

17.5. Intercambio inico 66317.5.1. Equilibrio en el intercambio inico 66417.5.2. Movimiento de los iones 667

17.6. Transferencia de masa y energa 67217.6.1. Transferencia de masa y difusin 67217.6.2. Balances de masa en la columna 67417.6.3. Transferencia de masa con parmetro agrupado 67517.6.4. Balances de energa y transferencia de calor 67617.6.5. Deduccin de la teora del movimiento del soluto 67717.6.6. Simuladores detallados 678

17-7. Soluciones de transferencia de masa para sistemas lineales 67817.7.1. Solucin de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersin 67917.7.2. Superposicin en sistemas lineales 680

17.7.3. Cromatografa lineal 683

17.8. Mtodo LUBpara sistemas no lineales 687

17.9. Lista de control para diseo y operacin en la prctica 69117.10. ResumenObjetivos 693 Referencias 693 Tarea 696 Apndice al captulo 17 Introduccin al simulador Aspen Chromatography 708

Gua de localizacin de problemas en Aspen Plus para separaciones 713

Respuestas a problemas seleccionados 717


14/765


15/765


16/765


17/765


18/765


19/765


20/765


21/765


22/765


23/765


24/765


25/765


26/765

r


27/765


28/765

F


29/765

r

r

r

r

r

s s s


30/765


31/765

Productos.

Materias

primas

Subproductos

Separadores

Reactor

Recirculacin

Separador

Separaciny

purificacin


32/765

PLquido, TLquido

PVapor, TVapor


33/765


34/765


35/765


36/765

1

2

3

4

5

6 7

8

9

10

11

12

13

1415

16 17

Paramatrices


37/765


38/765


39/765


40/765


41/765


42/765

Alimentacin

Bomba CalentadorVlvula

Separadorde niebla

Ttamb

PtambQH

F, z

Tl, pl

V, y

HV

L, x

hL

TFPFhF


43/765


44/765


45/765


46/765

Azetropo

p = l atm

xE

yE

Isoterma

Vapor

Lquido

TC

Azetropo

p = l atm

xEo yE


47/765

Lneaderoco,1kg/cm2

Entalpa,Kcal/kg

Isotermade

vn

culo

Composicin

azeotrpica

Lneadeebullicin,1Kg/cm2

Agua0 C

Lneadecongelacin

Lquido

Concentracin de alcohol, fraccin en peso

SlidoHielo0 C

Ln

e

aauxiliarparacomposicionesdeequilibriointerpolar


48/765

Vapor

saturado

Lnea

auxiliar

Isoterma

Lquido

saturado


49/765

Lneade unin

Lneade unin


50/765


51/765


52/765

lnea de operacin

pendiente = L/V


53/765


54/765


55/765


56/765


57/765

FV FL

Lnea

deunin

Alimentacin

P=Ptamb


58/765


59/765

TEMPERATURA,C

PRESIN,kPa

METANO

ETILENO

ETANO

PROPILENO

PROPANO

ISOBUTANON-BUTANO

ISOPENTANO

N-PENTANO

N-HEXANON-HEPTANO

N-OCTANON

-NONANO


60/765

TEMPERAT

URA,C

PR

ESIN,kPa

METANO

METANO

ETILENO

ETILENO

ETANO

ETANO

PROPILENO

PROPILENO

PROPANO

PROPANO

ISOBUTANO

ISOBUTANO

N

-BUTANO

N-BUTANO

ISOPEN

TANO

ISOPENTANO

N-PENTANO

N-PENTANO

N-HEXA

NO

N-HEXANO

N-HEPTANO

N-HEPTANO

N-OCTANO

N-OCTANO

N-NO

NANO

N-NONANO

N-DECANO

N-DECANO


61/765


62/765


63/765

=


64/765


65/765

=


66/765

= =

ptamb

Ttamb


67/765


68/765


69/765


70/765

Finalizar

Ingresar condicionesespecificadas

y datos de equilibrio

Estimar Ttamb

Calcular Ki(Ttamb,ptamb)

EstimarV/F

Resolver Ec.Rachford-Rice(2-42)

Es

S

S

Calcular xi,yi, L,V, Hy h

EstimarTtamb

Se satisfaceel balance

de energa?

f(V/F) = 0


71/765


72/765

=


73/765


74/765


75/765

Lquido

Boquillade entrada

Nivelmximo


76/765


77/765

r


78/765

F1v =W

L v =80034 3.14 103

= 0.0722W

v L74503 0.6960

= 0.44330.6960 0.00314

= 6.5849 pies/s0.00314

uperm

= Ktamb

L v

v


79/765


80/765


81/765


82/765


83/765

CalentadorBomba


84/765


85/765


86/765

r r


87/765


88/765


89/765


90/765


91/765


92/765


93/765


94/765


95/765


96/765


97/765


98/765


99/765

A

Acumulador

Agua de enfriamiento

Bajante

Etapa o plato

Alimentacin

Bomba

Regin de asentamiento

Vapor


100/765

B


101/765


102/765

C

Vista lateral

Bajante

Plato perforadoLquido y vapor

Agujeros

Vertedor

Bajante Vertedor


103/765


104/765


105/765


106/765

z xBD = (

xD xB)F

TReflujo

Presin


107/765

xD zB = F D = (

xD xB)F

FhF + Qc + QR = DhD + BhB

V1 = (L0 )D + D = (1 +

L0 )DD D

V1H1 + Qc = DhD + L0h0


108/765

z x

BQc

= (1 +L

0 )D(hD

H1) = (1 +

L0 )(

xD

xB

)F(hD

H1)

D D

QR = DhD + BhB FhF + (1 +L0 )D(H1 hD)D

z x

BQR

= (x

Dx

B

)FhD

+ (x

Dx

B

)FhB

FhF

+ (1 +L

0 )(x

Dx

B

)F(H1

hD

)D

xD

xzBz


109/765

z xB 0.3 0.05D = F (xD xB

) = 10,000 [0.8 0.05

] = 3333 kg/hr

Qc = (1 +L0 )D(hD H1) = (1 + 3)(3333)(60 330) = 3,559,640 kcal/hrD

QR = (3333)(60) + (6667)(90) (10,000)(30) (3,599,640) = 4,099,650 kcal/hr

Lquido saturado


110/765


111/765

Colas

Alimentacin

Destilado


112/765


113/765

cal Btugmol C

o1bmol F


114/765


115/765


116/765


117/765


118/765


119/765

=


120/765


121/765


122/765


123/765

80% en peso deetanol lquidosaturado L

0

/D = 3

30% en peso deetanol, lquidosaturado

5% en peso de etanol

F = 10,000 kg/hr


124/765

PM

PM


125/765


126/765


127/765

Lnea superiorde operacinPendiente = L/V


128/765

Lnea inferiorde operacinPendiente = L

/V


129/765


130/765


131/765


132/765

(etapa de alimentacin)


133/765

`


134/765

Lquido saturado (q = 1)

Lnea y = x

Lquidosubenfriado

(q > 1)

Mezcla dedos fases

Vaporsaturado

Vaporsobrecalentado


135/765

q

L La ba jo d e la a lime nta cin a rriba de la a5

2 llimentacin

tasa de flujo de alimentacin

f

V Varriba de la a lime nta cin a ba jo de la5

2 aalimentacin

tasa de flujo de alimentacin

Equilibrio

Arriba

Abajo

yabajo

Lnea dealimentacin

Lnea y = x

yCMV

xMVC


136/765


137/765


138/765


139/765

Lquido saturado

Etapa ptima de alimentacin


140/765

Lnea de

alimentacin

Alimentacin

Lneasuperior deoperacin

Lnea inferiorde operacin


141/765


142/765

Fraccin mol

que sale dela etapa

Temperatura

de la etapa,C

Flujos, kg mol/h,salen de la etapa

Ubicacin de la etapa


143/765


144/765

(aislado)LOlquido saturado

Etapa ptima de alimentacin

Vapor de aguasaturado puro

Lquido saturado


145/765


146/765

Lnea inferiorde operacin

Op.Sup.


147/765


148/765

Corriente lateral


149/765

La alimentacin condensa1 mol de vapor/4 molesAlim.

Vapor saturado

Alimentaciones ptimas

Lquido saturado


150/765


151/765


152/765


153/765


154/765

4.9.1 Condensadores parciales


155/765

4.9.2 Vaporizadores totales

4.9.3 Corrientes laterales o lneas de salida

Vapordestilado

Lnea y = xLnea Sup.de Op.

yCMV

xCMV


156/765

YCMV

xCMV

Intermedia

Superior

Inferior51/

3contactos Equil.


157/765

4.9.4 Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios


158/765

4.9.5 Columnas de agotamiento y enriquecimiento

yCMV

xCMV

Inferior


159/765

yCMV

xCMV

Lnea de alimentacin


160/765

xCMV

yCMV Lnea y = x


161/765

Estriccin

yCMV

yCMV

xCMV

xCMV

Estriccin

Conc. enla etapa

Vaporizador Alimentacin Condensador

Ubicacin en la etapa


162/765


163/765

yj*en equilibrio

con xj

xj* en equilibriocon y

j

curva depseudo-equilibrio

yCMV

xCMV


164/765

Condensador total

Lquido o reflujo Sat.

Vaporizador parcial

yCMV

xCMV

(1er tanteo)

(2 tanteo)(3er tanteo)


165/765


166/765


167/765

TReflujo


168/765


169/765


170/765

Ingresar condiciones especificadasy datos de equilibrio

Ajustar el equilibrio ala forma x = f(y)

Hacer clculos de balanceexterno (opcional)

Calcular L/V, L

/V, ecuacin (4-25) y xIecuacin (4-38).

Hacer xO= x

D, poner i = 1

Calcular yide la ecuacin de operacinsuperior

Poner i = i + 1 Calcular xidel equilibrio

Poner i = i + 1

S

S

Calcular yicon la ecuacin de operacin inferior

Es

Es

Calcular xidel equilibrio

Calcular cantidad fraccionaria de etapas

Fin


171/765


172/765


173/765

yCMV

xCMV


174/765

yCMV

xCMV


175/765


176/765


177/765


178/765


179/765


180/765


181/765


182/765

Vapor


183/765


184/765


185/765

F

1

2

3

P

B

xp

D

Bomba


186/765


187/765


188/765


189/765


190/765


191/765


192/765


193/765

99.4% recuperado de C4L/D = 3.5, lquido saturado

p = 101.3Plato ptimo de alimentacin

99.7% recuperado de C5


194/765


195/765


196/765


197/765

Lquido, Derr.molal Const.

Lquido

Lquido

Flujo total

Vapor, Derr.molal Const.

No. de etapa

No. de etapa


198/765

Tolueno (C. P.)

Benceno (C. L.)

Cumeno (no C.P.)

Nmero de etapa


199/765

Tolueno (CL)

Cumeno (CP)

Benceno (CNP)

Nmero de etapa


200/765

Xileno (CP)

Tolueno (CL)

Cumeno (CNP)

Benceno (CNL)

N de etapa


201/765


202/765


203/765


204/765


205/765

u


206/765

Ingresar: Datos de equilibrio y entalpa

Ingresar: Condiciones especificadas

Seleccionar Lj, V

jy T

jiniciales en cada etapa

Calcular valores de K para todos loscomponentes en cada etapa

Resolver el balance de masa de componentes y las ecuacionesde equilibrio en forma matricial, Ecs. (6-1) a (6-13)

Calcular temperaturas en cada etapa usando convergencia uy clculos de punto de burbuja. Ecs. (6-17) a (6-25)

Prueba deconvergencia:Es u= 1.00?

Guardar balance de energa en cada etapa.Calcular L

jy V

j. Ecs. (6-26) a (6-39)

Prueba deconvergencia:

Ecs. (6-40)

S

Fin

Se satisface

Sustitucin directa,nuevas L

jy v

j

Sustitucin directanueva T

j

No se satisface

No


207/765

, ,

, ,

,

,

,


208/765

, , ,

,

, ,

, ,

, ,


209/765


210/765


211/765

Estimar T

Calcular Ki

(T, p, xi

)

Es

S

FIN T = TPB

Estimarnueva T


212/765


213/765

, ,

u

u u


214/765

u

u

u

, ,

u


215/765

, ,

,

,

u


216/765

, , ,

,

u


217/765

u u

3

3

3

3

3


218/765

,,,,

,

,

,

, ,

u


219/765

u


220/765

144 123 67


221/765


222/765

,


223/765


224/765


225/765

u


226/765

u


227/765


228/765


229/765


230/765


231/765


232/765


233/765


234/765


235/765

xA,dest

, xB,dest

, xC,dest

, . . .

xA,vap

, xB,vap

, xC,vap

, . . .


236/765


237/765


238/765


239/765


240/765

D, xi,dest

B,xi,cola


241/765

f f

f f


242/765

Vmn

Vmn

+


243/765


244/765


245/765

mn

mn

Curva ajustadaCorrelacin original de Gilliland


246/765


247/765


248/765


249/765


250/765


251/765


252/765


253/765


254/765


255/765

B o desechos Recirculacin

Reflujo

RecirculacinRecirculacin


256/765

8.2.1 Azetropos heterogneos binarios


257/765

Separador

Col. 2

Parte Sup.

Col. 2colas

Col. 1.


258/765


259/765

Alimentacin

Lquido orgnico seco

Fase orgnica

Faseacuosa


260/765


261/765


262/765

Azetropo

Azetropo

(L/V)REAL

Lnea dealimentacin

Reflujo

Superior

L/VMN

L/VREAL

LneaInf. Op.

(L/V)MN


263/765


264/765


265/765

Agua, xW= 1.0

Vapor de agua

TVaporizador

Decano, nC10

Agua, nW

Fase orgnica, xC10

= 0.15


266/765


267/765


268/765


269/765

8.5.1 Curvas de destilacin


270/765

a a a


271/765

Cloroformo

x Benceno

Benceno

Acetona

xAceto

na

xCloroformo


272/765

8.5.2 Curvas de residuo


273/765


274/765


275/765

Relleno de solvente

Alimentacin

Producto

Producto

Recirculacinde solvente

Enfriador


276/765


277/765


278/765

Fraccinmola

renfaselquida

Etapas

Heptano

Fenol

Heptano

Tolueno

Fenol


279/765


280/765

Alimentacinde C

4

Columna dedestilacinazeotrpica

AlternativaRecirculacinde NH

3

Separador

Recirculacin de azetropo

Vaporizadorintermedio

Columna deagotamiento

Butileno

Butadieno


281/765

AlimentacinColumnaazeotrpica

Extraccin conlavado de agua

Relleno deagua

Recirculacinde agua


Relleno de solvente


282/765

Agua

Etanol,70 a 90%en peso

Solventede relleno

Separador

Reflujo dehidrocarburo

Capa de agua

Agotador

Etanol


283/765

Fraccinmol envapor

Etanol

Pentano

Agua

Etapa

V


284/765


285/765

No voltiles

Productovoltil

Purga

Voltiles

Purga Producto


286/765


287/765

Alimentacin

cidoacticoEtanolAguaAcetatode etilo

Composicin del lquido (fraccin mol) Temperatura [C]


288/765


289/765


290/765


291/765


292/765


293/765


294/765


295/765


296/765


297/765

Columnade butanol

Columnade agua

0.02, fraccin mol de aguaButanol producto

0.995, fraccin mol de aguaAgua producto

Sal + agua

n-decanoagua

agua + sal

nagua

Recirculacin

vapor de n-decano desecho


298/765


299/765


300/765


301/765


302/765


303/765


304/765


305/765


306/765

Recipiente

B


307/765


308/765


309/765

rea


310/765


311/765


312/765


313/765

Agua de desecho

Sin agua

Vapor

(Sustancias orgnicas)


314/765


315/765

9.5.1 Relacin de reflujo constante


316/765

Lquidosaturado

Vaporizador


317/765


318/765


319/765

9.5.2 Relacin de reflujo variable


320/765


321/765


322/765


323/765


324/765


325/765


326/765


327/765


328/765


329/765


330/765


331/765


332/765


333/765

10.1.1 Platos, bajantes y vertederos


334/765

Capacidaddelquido,

Gal/m

in Doble paso

Flujo transversal

Flujo inverso

Dimetro de la torre, pies

Bajante

Vertedor

Vertedor

Vertedor

Vertedor

Vertedoropcional

Tuboredondo

Vertedor


335/765

10.1.2 Entradas y salidas


336/765

Bajante y vertedorRegistro de hombre

Viga principal

Viga principal, conconexiones soldadasa la pared de la torre

Viga secundaria conconexin de soporte

Viga principal

Viga secundariacon conexinde soporte



Anillo de soporte del plato,hecho de ngulo

Anillo de soportede ngulo

Sujeciones perifricas al anillo.Observe el plato ranurado,

sujeto por friccin, para facilitaracomodos trmicos

Zona de calmado

Anillo de soportede plato


337/765

Canaldeflector

Entradade vapor

Charolade sello

Retornode vapor

Alvaporizador

Fondosproducto


338/765

Crcamo Salida delbajante

Chimeneapara vapor

Crcamo


339/765

xent

xsal

ysal

yent


340/765

Eficie

ncia

Goteo

Punto de diseo

Inundacin

Demasiadoarrastre

Velocidad del vapor, pies/s


341/765

VOLATILIDAD RELATIVA DEL COMPONENTE CLAVE VISCOSIDAD DE LA ALIMENTACIN(A CONDICIONES PROMEDIO EN LA COLUMNA)

EFICIENCIADEPLACA,%

O - COLUMNA COMERCIAL DE FRACCIONAMIENTODE HIDROCARBUROS

- COLUMNA COMERCIAL DE FRACCIONAMIENTODE HIDROCARBUROS CLORADOS

+ - FRACCIONAMIENTO COMERCIAL DE ALCOHOL

- FRACCIONAMIENTO DE ALCOHOL ETLICO ENLABORATORIO

u- DIVERSOS


342/765

EMV

oEpt

abierta

abierta

Porcentaje de inundacin


343/765


344/765

pies/s

Altura entre platos

Csb,i

nun


345/765


346/765


347/765

Arrastrefraccionario,

Porcentaje de la inundacin


348/765


349/765

Entrada delbajante

Salida delbajante

Vertedor


350/765

r

h

h

h


351/765

hp,seco

hcresta

hvert


352/765

Fvert

, FACTOR DE CORRECCIN POR CONSTRICCIN DEL VERTEDOR

Q/(lw)0.5= (CARGA LQUIDA, GPM)/(LONGITUD DE VERTEDOR, PIES)2.5

RELACIN

DELONGITUD

DEVERTED

OR

ENTREDIMETRO

DETO

RRE

LMITERECOMENDADO


353/765

r


354/765

r


355/765


356/765


357/765

Vo , pies/s

Datos experimentalesModelo

hp,v

lv,

pulgdeagua

Todas lasvlvulascerradas

Punto deequilibriocerrado

Punto deequilibrioabierto

Vlvulasparcialmente

abiertas

Todas lasvlvulasabiertas


358/765


359/765


360/765

Regin deseparacin

Placa opresora

Placa de soporte

Distribuidor de lquido

Distribuidor

de vapor

Placa opresora

Placa de soporte

Separacin

Em

pa

qu

e

Em

pa

qu

e


361/765

Velocidad del gas, pies/s

pies

Velocidad del gas, pies/s


362/765


363/765

DE ALTURA EMPACADA

EL PARMETRO DE LAS CURVAS ES CADA DEPRESIN, PULGADAS DE AGUA/PIE

Lneadeinundacin


364/765


365/765


366/765


367/765


368/765


369/765


370/765


371/765


372/765


373/765


374/765


375/765


376/765


377/765


378/765


379/765


380/765

r

r

r

r

r

r

r


381/765


382/765


383/765

Economa y conservacin de energaen la destilacin


384/765


385/765


386/765


387/765

1)

0.3473(


388/765

(1.63 + 1.66


389/765


390/765


391/765


392/765


393/765

Costo,$/ao ptimo

Costostotales

Costos decapital

Costos deoperacin

(L/D)MN

L/D


394/765


395/765


396/765


397/765

Condensador de acabado

Calentadorde acabado

Intercambiadorde calor


398/765

Reflujo


399/765

Vlvula de

expansin

Condensadorde acabado

Compresor


400/765

Destilacininstantnea


401/765


402/765


403/765


404/765


405/765


406/765


407/765


408/765


409/765


410/765


411/765


412/765


413/765


414/765

Absorcin y arrastre


415/765

(Gas que entra)

L, X0(Solvente alimentado)(Gas tratado) G, Y1

Gas tratado

Recirculacinde

solvente

Gas Conc.

Enfriador

Gas por tratarSolventeagotado Calentador

Gas dearrastre


416/765


417/765

l

l

l

l

l

l

l


418/765


419/765

Y Gj molesde B enla corriente de gasj

molessde portadormolesde gasportador

h

molesde B enla corriente de gasjh

X Lj

molesde B en la corriente lquida jmoleesde solvente

molesde solventeh

molesde B enla corriente de solvente jjh


420/765


421/765

absorbido


422/765


423/765

Alimentacin

Gas de arrastreLquido tratado


424/765

Equilibrio

Lnea de operacinPendiente = L/G

X (Relaciones molares)

A-Absorbedores comerciales de hidrocarburosB-Absorcin de dixido de carbono en solucin de agua y glicerina en laboratorioC-Absorcin de hidrocarburos en laboratorioD-Absorcin de amoniaco en laboratorio

Eficienciadeplato,%


425/765

r r

r


426/765

Tasasde flujo

totales,L y V

Fondo

Ubicacin de la etapa

Parte superior


427/765

Lnea de operacinPendiente = L / V

Lnea de equilibrioPendiente = m


428/765

Lnea de operacinPendiente = L / V

Lnea de equilibrioPendiente = m


429/765


430/765


431/765

real

(normales) aire/lb de agua


432/765

VL

30 pcn de aire 1 lb mol de aire=

359 pcn de aire18 lb de agua

1 lb de agua 1 lb mol de agua


433/765


434/765


435/765

l l

l l


436/765

Ingresar datos de equilibrio y entalpa

Ingresar las condiciones especificadas

Escoger Lj, Vjy Tjiniciales en cada etapa

Calcular todos los valores de K

Calcular nuevos valores de Ljy Vj. Ecs. (12-49) y (12-50)

Resolver el balance de energa en cada etapacon convergencia newtoniana de varias variables,

Ecs. (12-52) a (12-58)

Comprobarconvergencia(Ecs. (12-50)

Prueba deconvergencia

Ec. (12-59)

Resolver las ecuaciones de balancede masa de componentes y de equilibrioen forma matricial. Ecs. (12-45) a (12-48)

y (6-1) a (6-6) dan la ecuacin (6-13)

No se

satisface

S se satisface

No se satisface

NuevosLj, Vj

S se satisface

Nueva TjEc. (12-54)

FIN


437/765

l

l


438/765


439/765

yentrada

ysalida

ysalida

Etapa de equilibrio

Equilibrio


440/765

Equilibrio


441/765


442/765


443/765


444/765


445/765


446/765


447/765


448/765


449/765


450/765


451/765


452/765


453/765

Extraccin inmiscible, lavado,lixiviacin y extraccin supercrtica


454/765

Lquidotratado

Solvente cargado

Unidad deextraccin

Recuperacinde solvente Soluto

producto

Alimentacin

Solvente dereposicin


Prdidas desolvente


455/765

Faseligera

Fasedensa

Mezclador-asentador (1 etapa)

Platos oempaque

Cmara depulsacin

Columna pulsada

EmpaqueMezclador

York-Scheibel

Mezclador

MezcladorDesviador

Contactorde discorotatorio

Faseligera

Mamparavertical

Placa

Fasedensa

Oldshue-Rushton

Extractor demembrana

Ligera

Densa

Densa

Platos

Columna de platosreciprocantes

Ligera


456/765


457/765

13.2.1 Mtodo de McCabe-Thiele para sistemas diluidos


458/765


459/765


460/765


461/765


462/765


463/765

13.2.2 Mtodo de Kremser para sistemas diluidos


464/765

Solvente 2 A + solvente 1

Alimentacin(A + B + solvente 1 o 2)

B + solvente 2 Solvente 1


465/765

Solvente 2A + solvente 1

Solvente 3 o 1 + BSolvente 2

Solvente 3 o 1

Solvente 2 + C

B + C + Solvente 2

Solvente 1


466/765


467/765

Equilibrio

Equilibrio


468/765


469/765

kg solutokg solvente + soluto

kg soluto

kg diluyente + soluto

Equilibrio


470/765


471/765


472/765


473/765


474/765

,


475/765


476/765


477/765

Alimentacin

Derrame

Mezclador

Asentador

Lodo

Etapa 1 Etapa 2


478/765

(sec

)( )

( )(

kg de slidos os

h kgm

m de slis

1 1

133

2 ddosm delodo

m delodototal

h3

3

)

5

(sec

)( )(

( )(

kg de slidos os

h kg

m

m de sl s

1 1

133

2iidos

m delodo

m de lquido

m delodototal3

3

3

)

)( )


479/765

r


480/765

Fraccin de masade soluto en elderrame

Equilibrio

Fraccin de masa de soluto

en el lquido de los lodos


481/765


482/765

kg de solutokg de solvente

kg de solutokg de slido insoluble

Fslido

, XN

Fslido

, XO

A

B

Fslido


483/765

F

Fslido

solv

F

Fslido

solv


484/765

Slido

Lquido

Vapor

Fraccin

molar denaftaleno

Presin (atm)

Fluido

supercrtico

A

B


485/765

Lechoslido

Turbo-expansor

Reposicinde FSC

Compresor

Descargaintermitentede producto

FSC


486/765


487/765


488/765


489/765

y


490/765

yx

Fraccin en peso en el extracto (agua)Fraccin en peso en el refinado (benceno)

5


491/765


492/765

Agua

Fase de benceno


493/765


494/765

e


495/765

Arena +agua de marintersticial

Agua pura


496/765


497/765


498/765

Acetona

Acetona,

Frac. en peso

Extracto Punto de pliegue

Refinado

Lneaconjugada B

Lnea conjugada A

Cloroformo

Agua, Frac. en peso

Agua


499/765


500/765

TOLUENO

METILCICLOHEXANO AMONIACO

Soluto A, Frac.en peso

Diluyente D, Frac. en peso


501/765


502/765

Soluto A, Frac.en peso

Diluyente D, Frac. en peso


503/765


504/765

Acetona

Acetona, Frac.

en peso

Cloroformo

Agua, Frac. en peso

Agua


505/765

Acetona

Acetona, Frac.en peso

Cloroformo

Agua, Frac. en peso

Agua


506/765


507/765

Soluto

Soluto,Frac. en

peso

Solvente Diluyente

Diluyente, Frac. en peso


508/765


509/765


510/765

Soluto

Soluto, Frac.en peso


Diluyente


511/765




512/765




513/765

cido actico,Frac. en peso

Agua, Frac. en peso


514/765

A, Frac. en peso

Lnea deoperacin Extracto Ref.

D, Frac. en peso

Punto en la lnea de operacin


515/765


Agua, Frac. en pesoy

Do x

D


516/765

FM SM/




517/765


MNUSADA Lnea de unin

Agua, Frac. en peso

EN,mn

Mmn


518/765


519/765

Solvente entrante Extracto saliente

Lodos salientes(refinado)

Alimentacin de slidos


520/765

Lnea conjugada

Extractosaturado

Refinadosaturado

yD o x

D


521/765


522/765


523/765


524/765


525/765


526/765


527/765


528/765

()


529/765


530/765

Anlisis de la transferencia de masa


531/765


532/765


533/765

yA, sal, E

yA, sal, S

yA, ent, E

xA, ent, E

xA; dest

xA, ent, S

xA, sal, S

xA, sal, S

xA, cola

yA, ent, s


534/765


535/765

ysal, E

= xent, s

xent, E

yent, s yent

ysal, s

xsal, Exsal, s

ysalrea


536/765


537/765


538/765

ysal, E

ysal, s yent, E

yent, s yent =; 442


539/765


540/765

ysal ysal

xsal xsal

yentxent xent

yent


541/765


542/765

15.4.1 Correlaciones detalladas para empaques aleatorios


543/765

2.0 pulg

Anillos Raschig de cermica

1.0 pulg

0.5 pulg

1.5 pulg

Anillos Raschig metlicos

Parmetrodeempaque,

,pies

Sillas Berl de cermica

Anillos Pall metlicos

Porcentaje de inundacin

2.0 pulg

2.0 pulg

1.5 pulg0.5 pulg

1.0 pulg

1.0 pulg 1.5 pulg

0.5 pulg

2.0 pulg

1.5 pulg

1.0 pulg


544/765

9


545/765

Anillos Raschig de cermica

Flujo de masa, WL, lb/h-pie2

Anillos Raschig metlicos

Parmetrodeemp

aque,

f,pies

Sillas Berl de cermica

Anillos Pall metlicos

2.0 pulg

1.5 pulg0.5 pulg

1.0 pulg

1.0 pulg

0.5 pulg

1.5 pulg2.0 pulg

2.0 pulg

0.5 pulg

1.5 pulg

1.0 pulg

1.5 pulg

1.0 pulg

0.5 pulg


546/765

Coeficientedecarga

devapor,C

FL

Relac

Documents

16062014Ingenieria de Procesos de Separacion 2edi Wankat