Date post: | 02-Jul-2015 |
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Análisis de variación de la calidad de vapor en la zona de alimentación de una columna de destilación etanol-agua empleando los software’s de simulación 𝐜𝐡𝐞𝐦𝐒𝐞𝐩𝑻𝑴 Y SuperProdesigner v 8.5
Subtítulo
Introducción
Mezcla etanol-agua : Azeotropo
Chemsep y superpro
Objetivo: evaluar variaciones de calidad
Problema
Se desea separar 1000 kgmol/h de una mezcla de etanol-agua (46% mol etanol) con el fin de obtener un producto de cabeza (destilado) con 85% mol de etanol y un producto de cola (residuo) con 17% mol de etanol. Se utilizara un relación de reflujo externa igual a xRmin. La mezcla de alimentación se encuentra como una mezcla liquido vapor con 50% de vapor ó como líquido saturado o como vapor saturado (etc).
Calcular: Cantidad de destilado y residuo obtenidos, Número mínimo de etapas (Nmin), Número de etapas ideales (N).
Corrientes
Como se resolvió
Balance general𝐹 = 𝐷 +𝑊
Balance especifico etanol𝐹 𝑥𝑓 = 𝐷 𝑥𝐷 +𝑊(𝑥𝑤)
Tercera viñeta aquí
Equilibrio liquido vapor : método de Wilson
𝜸𝟏 = 𝑒− 𝑙𝑛 𝑥1+𝜆12∗𝑥2 + 𝑥2∗
𝜆12𝑥1+𝜆12∗𝑥2
−𝜆21
𝑥2+𝜆21∗𝑥1
𝜸𝟐 = 𝑒− 𝑙𝑛 𝑥2+𝜆21∗𝑥1 − 𝑥1∗
𝜆12𝑥1+𝜆12∗𝑥2
−𝜆21
𝑥2+𝜆21∗𝑥1
EQUILIBRIO LIQUIDO VAPOR
1.00, 1.00
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
y:Fr
acci
ón
Mo
l de
eta
no
l en
el
Vap
or
X: Fracción mol de etanol en el liquido
x vs y
Y1
y = -5,5394x4 + 13,641x3 - 11,275x2 + 4,0823x + 0,0675
R² = 0,984
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
y:
Fra
cc
ión
Mo
l d
e e
tan
ol e
n e
l va
po
r
X: Fracción mol de etanol en el liquido
Equilibrio Liquido Vapor aplicando regresión polinomica de cuarto orden.
Equilibrio Liquido Vapor
Etapas mínimas e ideales
𝑦 =𝑥𝐷
𝑅𝑚 + 1
Calidad
Liquido saturado
q=1
Vapor saturado
q=0 Mezcla liquido vapor 1>q>0
Cambio del Reflujo:𝑅 = 𝑋𝑅𝑚 Donde; X cambia (1,2,3,4,5).
Numero etapas minimas
Numero de etapas mínimos: 6,4 etapas mínimas.Numero de platos: 6.Rehervidor: 1.
se trazó una tangente un destilado (xD) (0,85)el cual nos arrojó un y = 0,26
Número de etapas Ideales apartir de un líquido saturado: (q=1)
0,26 =0,85
𝑅𝑚 + 1
𝑅𝑚 = 2,2692
𝑦 = 0,1089 ≈ 0,11
𝑦 =𝑥𝐷
𝑋𝑅𝑚 + 1
Número de etapas Ideales: 9,6 etapas ideales.Número de platos: 9.Rehervidor: 1.
Número de etapas Ideales apartir de un Vapor saturado: (q=0)
0,26 =0,85
𝑅𝑚 + 1
𝑅𝑚 = 2,2692
𝑦 =𝑥𝐷
𝑋𝑅𝑚 + 1
𝑦 = 0,1089 ≈ 0,11
Numero de etapas Ideales: 9,6 etapas ideales.Numero de platos: 9.Rehervidor: 1.
Número de etapas Ideales apartir de una Mezcla liquido- Vapor : (q=0,46)
𝑞 =𝐿𝑓
𝐹=
460 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
1000𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙= 0,460
𝑚 =𝑞
𝑞 − 1=
0,460
0,460 − 1= −0,85185
tan−1−0,85185 = −40,4260° ó 139,574°
0,26 =0,85
𝑅𝑚 + 1
𝑅𝑚 = 2,2692
𝑦 =𝑥𝐷
𝑋𝑅𝑚 + 1
𝑦 = 0,1089 ≈ 0,11
Número de etapas Ideales: 8,7 etapas ideales.
MONTAJE EN CHEMSEP
Elección de componentes
Datos de operación
Modelos termodinámicos, propiedades físicas y reacciones
Datos necesarios de alimentación (En esta sección se variara la calidad del vapor alimentado, q=1, q=0, q=0.46).
Resultados Chemsep: Comparación de la distintas calidades de Vapor utilizadas.
Corriente Alimentación Destilado Residuo
Etapa 9 1 10
Fracción de vapor 1 0 0
Temperatura (k) 358,617 351,141 356,708
Presion (N/m2) 101325 101325 101325
Fracciones mol
Etanol 0.459999 0.831703 0.183566
Agua 0.540001 0.168297 0.816434
q=1
Corriente Alimentación Destilado Residuo
Etapa 9 1 10
Fracción de vapor 0 0 0
Temperatura (k) 353.043 351.141 356.717
Presion (N/m2) 101325 101325 101325
Fracciones mol
Etanol 0.459999 0.832208 0.183191
Agua 0.540001 0.167792 0.816809
q=0
Corriente Alimentación Destilado Residuo
Etapa 8 1 9
Fracción de vapor 0,54 0 0
Temperatura (k) 354.495 351.151 356.587
Presion (N/m2) 101325 101325 101325
Fracciones mol
Etanol 0.459999 0.824774 0.188719
Agua 0.540001 0.175226 0.811281
q=0,5
Estudio paramétrico
Se eligió la destilación representada con una mezcla liquido-vapor en sualimentación debido a los resultados obtenidos como: menor número deplatos requeridos, mayor confiabilidad de la simulación, dado que suporcentaje de error era el más cercano a cero. Por tanto se evaluó elreflujo, producto de fondo y su influencia al destilado
SUPER PRO DESGNER V 8.5
Datos arrojados al realizar la simulacion
Corriente del destilado
Corriente del Residuo
Estudio económico
Material kg/yr kg/h kg/kg MP
Ethyl Alcohol 167838580,80 21191,74 1,62
Water 77046552,00 9728,10 0,74
TOTAL 244885132,80 30919,84 2,36
Material Consumption
Bulk Material Unit Cost($)
AnnualAmount
Annual Cost
($)
%
Ethyl Alcohol 0,00 167838581,00
kg 0,00 0,00
Water 0,50 77046552,00 kg 38523276,00 100,00
TOTAL - - - 38523276,00 100,00
Material Cost
Conclusiones
- El aumento del reflujo reviste una gran importancia si se quiere aumentar el destilado al final de la operación.
- Para un resultado adecuado se debe realizar un estudio previo dependiendo de la operación a realizar, los componentes implicados y la relación que estos tengan. Dado que chemsep, Super Pro serán más exacto en la medida que el usuario amplifique su exactitud introduciendo las opciones más aplicables al proceso en cuestión.
- Debido a la existencia de muchas combinaciones entre los parámetros influyentes de la operación requerida en el software dependerá en gran medida del programador la exactitud final obtenida.
- El software superpro puede ser utilizado con más provecho en la esquematización de un procesamiento completo, dado su facilidad de unir procesos de forma consecutiva.
Referencias
RIOS, Guillermo, 2004. Modelos termodinámicos para el equilibrio vapor – líquido a bajas presiones: fase liquida, modelo de Wilson. [En línea]. [Consultado Mayo, 2014]. Disponible en Internet:< http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84912053034>.
MANDAGARÁN, Beatriz y CAMPANELLA, Enrique 2008. Cálculo y Predicción de AzeótroposMulticomponentes con Modelos de Coeficientes de Actividad; Vol. 19(5), 73-84 (2008) [En línea]. [Consultado Mayo, 2014]. Disponible en Internet:< http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-07642008000500009 >.
TREYBAL, Robert E 1998.Operaciones de Transferencia de Masa “Destilación”; Universidad de Rhode Island; Segunda Edición; McGRAW-HILL; Págs.378-528 [En línea]. [Consultado Mayo, 2014]. Disponible en Internet:< http://fenomenosdetransporte.files.wordpress.com/2008/05/operaciones-de-transferencia-de-masa-robert-e-treybal.pdf >.
Jason R. Kwiatkowski , Andrew J. McAloon, Frank Taylor, David B. Johnston 2006. Modeling the process and costs of fuel ethanol production the corn dry-grind process Volumen 23, Número 3 , mayo de 2006, páginas 288-296 [En línea]. [Consultado Junio, 2014]. Disponible en Internet:< http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669005000944 >.
SOFTWARE CHEMSEP.SOFTWARE SUPERPRO DESIGNER V 8.5.