MODELAMIENTO PARA DESTILACION CONTINUA AGUA-ETANOL

MODELAMIENTO PARA  DESTILACION CONTINUA AGUA-ETANOL

PASO 1: Elaborar una descripción verbal y un diagrama de flujo de proceso.

La destilación es un proceso de separación física de una mezcla en dos o más líquidos miscibles los cuales tienen puntos de ebullición diferentes, donde se separa preferencialmente los componentes más volátiles de la mezcla (agua – etanol). En este proceso la mezcla agua-etanol es alimentada al destilador, luego esta por acción de la gravedad cae en el primer de los tres platos que posee en su interior la columna de destilación el cual se encuentra en zona de agotamiento; una vez este se llene y rebose pasa al siguiente y así sucesivamente hasta llegar al fondo de la columna de destilación. En esta parte la mezcla aumenta su temperatura con una fuente de calor, evaporando la sustancia más volátil (etanol), en este acenso el vapor de etanol está en contacto con la mezcla liquida alimentada, retenida y depositada entre los platos que contienen unos orificios. Una vez hecho esto el vapor del etanol pasa por un condensador en el cual este vapor cambia de estado (vapor –líquido) y es depositada en un tanque de acumulación, seguidamente será separado por dos corrientes; una que retorna al destilador y la otra se obtiene etanol a alta concentración. Otra parte en la zona de agotamiento debido a la fuente de calor se obtiene una corriente de agua en mayor concentración.

[pic 1]

PASO 2: Fijar un nivel de detalle para el modelo, de acuerdo con su utilización, y definir la hipótesis de modelado.

El modelo planteado pretende contestará las siguientes preguntas: ¿Cómo se ve afectada la corriente de salida en la condensación de etanol al variar la temperatura?

¿Cuál es el comportamiento de los flujos de salida de agua-etanol al variar el caudal de la mezcla alimentada al destilador?

Este modelo tiene como objetivo principal predecir el efecto que tiene la  variación de la temperatura en el interior de la columna de destilación continua sobre los flujos de salida agua y etanol.

Hipótesis del modelo: el proceso de destilación continua es una separación física de  dos o más líquidos miscibles los cuales tienen puntos de ebullición diferentes, en este proceso la alimentación se  separa en fracciones, debido a la acción de la diferencia de la fuerza de la gravedad entre la fase de vapor y la liquida, el líquido fluye hacia debajo de la columna, cayendo en cascada de plato a plato, mientras que el vapor del etanol generado por una fuente de calor asciende por la columna, para entrar en contacto con el líquido retenido en cada uno de los platos. Posteriormente pasa por un condensador donde se obtiene un cambio de fase (vapor- liquido).  

Supuesto del modelo:

• La masa que entra en la alimentación es la misma que sale en las corrientes de separación de (etanol- agua).
• El diámetro de los platos son iguales en el equipo de destilación.
• Se desprecia la resistencia del material de construcción del destilador continuo.
• Todos los flujos de entrada y de salida de la torre se encuentran en fase lıquida.
• Alimentación en un único plato.
• No hay perdidas de calor, es decir que la columna es adiabática (Q = 0).
• En el condensador, la composición del vapor que abandona la columna por cabeza será la misma que la de la corriente de reflujo y destilado.
• El lıquido acumulado en cada plato es incompresible y se encuentra como una mezcla perfecta (la composición es la misma en todos los puntos).
• Las fases lıquida y vapor que abandonan el plato se encuentran en equilibrio térmico.
• Se considera que la presión a lo largo de la columna es constante.
• La acumulación de materia en fase vapor es nula.
• Cada plato es considerado con una eficiencia del 100%.

PASO 3: Definir los Sistemas de Proceso (SdeP).

[pic 2]

Descripción del sistema de proceso:

• ṁL 1: masa de la mezcla agua- etanol alimentada al primer plato del destilador.
• ṁL 2: masa de la mezcla agua- etanol alimentada al segundo plato del destilador.
• ṁL 3: masa de la mezcla agua- etanol alimentada al tercer plato de la fuente de calor.
• ṁL 4: masa de la mezcla agua- etanol rica en agua y pobre en etanol.
• ṁL 5: masa de la mezcla agua- etanol rica en etanol.
• ṁL (6, 7, 8): masa de la mezcla liquida rica en etanol y pobre en agua.
• ṁV 1: masa de la mezcla vapor agua- etanol que sale de la fuente de calor al segundo plato de destilador.
• ṁV 2: masa de la mezcla vapor agua- etanol que sale del segundo al primer plato del destilador.
• ṁV 3: masa de la mezcla vapor agua- etanol que sale del primero al tercer plato del destilador.
• ṁV 4: masa de la mezcla vapor agua- etanol que sale del tercer plato al condensador.
• Q1: calor transferido del líquido al vapor y  viceversa del SdeP II y SdeP III.
• Q2: calor transferido del líquido al vapor y  viceversa del SdeP II Y SdeP I.
• Q3: calor transferido del líquido al vapor y  viceversa del SdeP I Y SdeP IV.
• Q4: calor transferido del vapor de SdeP IV a SdeP V.

MODELAMIENTO DE DESTILACIÓN CONTINÚA DE LA MEZCLA AGUA- ETANOL

CARLOS ALBERTO AGAME AGUAS

OVER DE JESÚS CAVADIA ANGEL

SHIRLY PAOLA DUEÑAS RAMOS

FRANCISCO JAVIER PALMA CABALLERO

Ph.D FABIAN ORTEGA QUINTANA

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA DE ALIMENTO

SEDE- BERASTEGUI

2018

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA

• Modelado y control de una columna de destilación binaria, Autor: Angélica María Álzate Ibáñez. 2010

...