DISEÑO DE LA TORRE DE DESTILACIÓN T-103

DISEÑO DE LA TORRE DE DESTILACIÓN T-103

BALANCE GLOBAL

Para realizar los cálculos se tiene en cuenta las siguientes especificaciones de la alimentación en la columna de destilación:

Tabla 1: Composiciones de alimentación

[pic 1]

Tabla 2: Condiciones de alimentación

Tabla 3: Suposiciones

[pic 2]

Ilustración 1: Esquema de la columna de destilación

En el esquema anterior se puede visualizar la vaporización en equilibrio. La alimentación multicomponente F de composición zi para cada componente se separa en una corriente de vapor multicomponente V de composición yi para cada componente y en una corriente líquida multicomponente L de composición xi para cada componente, de tal manera que las corrientes de vapor y líquido que salen de cada etapa de separación se encuentran siempre en equilibrio.

BALANCE DE MATERIA

Balance de materia global

[pic 3]

Balance de materia en base a un componente

[pic 4]

La misma puede expresarse en función de las corrientes de un componente

[pic 5]

Según la definición de equilibrio

[pic 6]

En donde las composiciones molares de las fases de vapor y líquido se pueden escribir en función de las corrientes de cada componente y totales como:

[pic 7]

[pic 8]

Expresando la ecuación según la definición de equilibrio por sus equivalentes molares deducidos:

[pic 9]

De modo que la ecuación anterior se enfoca en la en la corriente líquida de un componente, entonces se necesario sustituir el equivalente de  a partir de la ecuación del balance de componentes: [pic 10]

[pic 11]

Despejando la corriente  para cada componente:[pic 12]

[pic 13]

Completándose la deducción con la definición conocida

[pic 14]

PUNTO DE BURBUJA

Para el cálculo de esta variable se realizó el siguiente procedimiento

1. Proponer una temperatura (T)
2. Calcular la presión de vapor con la ecuación de Antoine para cada componente, así:
3. [pic 15]
4. Calcular la constante de equilibrio de cada componente:
5. [pic 16]
6. [pic 17]
7. Verificar que , de no ser así postular otra temperatura.[pic 18]

PUNTO DE ROCIO

1. Proponer una temperatura (T)
2. Calcular la presión de vapor con la ecuación de Antoine para cada componente, así:
3. [pic 19]
4. Calcular la constante de equilibrio de cada componente:
5. [pic 20]
6. [pic 21]
7. Verificar que , de no ser así postular otra temperatura.[pic 22]

Cálculo de la volatilidad relativa

[pic 23]

• Cálculo de la volatilidad relativa en el destilado

[pic 24]

• Cálculo de la volatilidad relativa en el fondo

[pic 25]

Cálculo número de platos:

• Cálculo número mínimo de platos mínimos

Se halla mediante la ecuación de Fenske:

[pic 26]

• Cálculo del número de platos reales

Mediante Gilliland suponiendo un eficiente del 50%

[pic 27]

Cálculo de la altura de la columna:

La altura de la columna se calcula con la siguiente ecuación, suponiendo que el espaciado de platos en una columna es normalmente de 2.0 ft (0.60m) y expresando como porcentaje el espacio adicional (H0 = 15%) para evitar el arrastre de vapor y para el líquido del fondo.

[pic 28]

Cálculo del diámetro de columna:

Según la ecuación se tiene que:

[pic 29]

RELACIÓN DE REFLUJO MINIMO

Cuando la separación es grande (pronunciada) se puede escribir la siguiente ecuación:

[pic 30]

Donde:

q: condición térmica de la alimentación

: componente clave pesado[pic 31]

Para liquido saturado q=1

Cuando solo los componentes claves se distribuyen la ecuación anterior se resuelve para hallar [pic 32] (que debe satisfacer ) y este valor se reemplaza en la siguiente expresión para hallar Rm[pic 33]

[pic 34]

Es un cálculo iterativo donde primero se obtiene el valor de  para luego calcular Rmin[pic 35]

REFLUJO ÓPTIMO

Como el valor óptimo varía muy poco se usa como regla heurística la razón de reflujo de operación óptima para una columna de destilación:

[pic 36]

Cálculo de localización de la etapa de alimentación

Mediante el método empírico de Kirkbride

[pic 37]

: Número de platos arriba del plato de alimentación[pic 38]

 : Número de platos en la sección de agotamiento[pic 39]

APÉNDICE: DISEÑO DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN

[pic 40][pic 41][pic 42][pic 43]

Ilustración 2: Representación gráfica de la columna de destilación

Asumimos:

1. Componente clave ligero (LK): óxido de etileno
2. Componente clave pesado (HK): agua

1. BALANCE DE MATERIA

• Balance de materia global

Tabla 4: Flujo molares de entrada y de salida de la columna de destilación

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