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ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO

EIQ 655: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

EXPERIENCIA N°3 “INTERCAMBIADORES DE CALOR” EXPERIENCIA N°4 “DESTILACIÓN BATCH”

Grupo N° 2: Nicolás Ateaga Ramírez Jimmy Cortés Bugueño Vicente Madrid Soto Pilar Pantoja Díaz Omar Torres Varas Ayudante:

Carlos Menares López

Profesor:

Samuel Carrasco Hidalgo

Fecha Entrega: 10/04/2018

Índice Introducción ................................................................................................................................................. 3 Marco Teórico ............................................................................................................................................. 5 Destilación Batch .................................................................................................................................... 5 Refractómetro...................................................................................................................................... 8 Análisis de errores .............................................................................................................................. 8 Flasheo ............................................................................................................................................... 10 Intercambiadores de Calor .................................................................................................................. 11 Eficiencia de un intercambiador ..................................................................................................... 11 Isométricos ................................................................................................................................................ 14 Descripción de la experiencia ................................................................................................................. 16 Experiencia N°3: Intercambiadores de Calor. .................................................................................. 16 Experiencia N°4: Destilación Batch. .................................................................................................. 17 Memoria de cálculo .................................................................................................................................. 18 Experiencia 3: Intercambiadores de calor ........................................................................................ 18 Tubos concéntricos .......................................................................................................................... 18 Intercambiador de tubos y carcasa ................................................................................................ 23 Destilación Batch .................................................................................................................................. 27 Consumo Energético Destilación ................................................................................................... 27 Control Calidad destilado y refractometría ................................................................................... 30 Discusiones ............................................................................................................................................... 31 Conclusiones ............................................................................................................................................. 32 Bibliografía................................................................................................................................................... 33 ANEXO ....................................................................................................................................................... 34 Coeficiente de película ........................................................................................................................ 34 Interpolación de datos experiencia 3 ................................................................................................. 35 Anexo: cálculo áreas de transferencia de intercambiadores. ........................................................ 36 Tubos concéntricos: ......................................................................................................................... 36 Tubos y carcasa................................................................................................................................ 36 Anexo: transformación de unidades. ................................................................................................. 36 Caudal: experiencia 3 ...................................................................................................................... 36 Temperatura: experiencia 3 ............................................................................................................ 36 Temperatura: experiencia 4 ............................................................................................................ 37 Página | 2

Anexo: obtención de las fracciones molares de metanol con índices de refracción. ................ 38

Introducción Dentro de la industria, suele ser bastante habitual la instalación de equipos térmicos en las líneas de procesos que permitan calentar o enfriar un fluido, que para ciertas operaciones es de suma importancia. No obstante, nuestro sentido común nos hace preguntarnos cómo es posible llevar a cabo procedimientos de esta envergadura, sin la necesidad de mezclar un fluido caliente con otro frío, es decir, que no exista contacto directo entre ellos. Para dar respuesta a la interrogante, debemos recordar que la naturaleza se ve provista de fuerzas impulsoras las cuales permiten que, tanto la materia como la energía, fluyan de un punto a otro, apelando a aquella ley que establece que todo se transfiere. Bajo esta premisa, el axioma central del presente informe arraiga sus bases en dos fenómenos de transporte claves en términos de rendimiento y eficiencia de sistema; la transferencia de calor y transferencia de masa. La primera sección del informe estará enfocada al estudio de equipos de transferencia de calor, comúnmente llamados intercambiadores de calor. Como su uso varía según el proceso productivo que tenga una planta, es que existen diversos modelos y su elección va a depender de ciertas variables que son cruciales al momento de la puesta en marcha del equipo. Pero ¿cuáles son esas variables? Si realizamos un simple balance de energía, llegaremos a la conclusión de que todo equipo que opera de forma térmica emitiendo o absorbiendo calor depende de su área, coeficiente global de transferencia de calor y de su gradiente de temperatura, este último, es la fuerza impulsora que deriva del tipo de flujo que se está suministrado, es decir, en co o en contra corriente. Sin embargo, tras extensos periodos de funcionamiento continuo, las paredes del equipo comienzan a ensuciarse, generando incrustaciones que afectan la transferencia de calor entre los fluidos circulantes, traduciéndose en un bajo rendimiento del equipo y en un alto costo por concepto de operación.

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Uno de los procesos unitarios donde se observa de forma explícita la aplicación de equipos de transferencia de calor es en la destilación tipo Batch, que es el segundo tópico que convoca este práctico. La destilación Batch asienta sus principios en procedimientos de destilación y transferencia de masa empleando condensadores y re-hervidores en su instalación, el objetivo, es separar un componente valioso a partir de una mezcla de composición conocida mediante diferencia de volatilidades, teniendo suma precaución en el control de temperatura a la entrada y salida del condensador, puesto que discontinuidades en el control de la temperatura pueden ocasionar incrustaciones o corrosiones a nivel de equipo que influyen en el sistema y en áreas económicas. Al finalizar la lectura de este reporte, esperamos contribuir a la profundización de conceptos ingenieriles enfocados a la transferencia de calor y transferencia de masa, como fenómenos de transportes decisivos al momento de obtener un producto de calidad y con altos estándares.

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Marco Teórico Destilación Batch En los procedimientos de destilación batch o por lotes, se carga al equipo una determinada cantidad de mezcla que suele ser de interés para el proceso, durante la operación, uno o más compuestos se van separando de la mezcla original. Un ejemplo común corresponde a las destilaciones que ocurren en los laboratorios, donde el líquido es vaciado en un recipiente y calentado hasta hervir. El vapor formado se retira continuamente por condensación, siendo este, el compuesto más volátil. En las separaciones por lotes no hay estado estable y la composición de la carga inicial cambia con el tiempo. Esto trae consigo un incremento en la temperatura del recipiente y decrecimiento en la cantidad de los componentes menos volátiles a medida que avanza la destilación. La destilación por lotes se utiliza en los siguientes casos: I. Cuando la capacidad requerida es tan pequeña que no permite la operación continúa a una velocidad práctica. Las bombas, boiler, tuberías y equipos de instrumentación generalmente tienen una capacidad mínima de operación industrial. II. Los requerimientos de operación fluctúan mucho con las características del material alimentado y con la velocidad de procesamiento. El equipo para operación por lotes generalmente tiene mayor flexibilidad de operación que los que operan en forma continua. Esta es la razón por la cual predomina el equipo de operación por lotes en plantas piloto. III. La destilación intermitente se utiliza también cuando la mezcla a separar tiene un alto contenido de sólidos. El uso de una unidad por lotes puede mantener a los sólidos separados y permitir que se remuevan fácilmente al final del proceso. [1]

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La Figura 1 " Representación destilación Batch", muestra un serpentín que entrega energía al sistema a partir de una solución calentada. Los vapores emanados, con un alto porcentaje del vapor más volátil de la mezcla, ingresan al condensador y salen como líquido saturado. La nueva mezcla es almacenada en un recipiente.

Figura 1 " Representación destilación Batch"

Ahora bien, cuando se necesita establecer y/o predecir resultados de las destilaciones, una manera eficiente es emplear la ecuación de Rayleigh: (1 − 𝑥𝑖𝑜 ) 𝐿 1 𝑥𝑖 (1 − 𝑥𝑖𝑜 ) ln ( ) = ∗ ln ( ) + ln ( ) (1 − 𝑥𝑖 ) 𝐿0 ∝𝑖𝑗 − 1 𝑥𝑖0 (1 − 𝑥𝑖 ) Ecuación 1 "Ecuación de Rayleigh"

Donde: 𝐿 𝐿0

: 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑟𝑒ℎ𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜𝑟 𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒

𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑙𝑎 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛. ∝𝑖𝑗 : 𝑉𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎. 𝑥𝑖 , 𝑥𝑖0 = 𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟é𝑠 𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟 𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜.

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Para calcular la Volatilidad relativa, se debe utilizar la siguiente ecuación: ∝𝑖𝑗 = 𝑃𝑖𝑉 /𝑃𝑗𝑉 Ecuación 2 "Cálculo de Presión Relativa"

Para las presiones de Vapor se puede utilizar entre otras, la Ecuación de Antoine, esto es: 𝑃𝑗𝑉

= 10

𝐴𝑗 −

𝐵𝑗 𝑇+𝐶𝑗

Ecuación 3 "Ecuación de Antoine"

Para la temperatura, se debe utilizar aquella a la cual ocurre la evaporación, si no es constante, se puede utilizar el valor promedio de trabajo.

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Refractómetro Para determinar las concentraciones finales obtenidas o las iniciales de cualquier solución se puede utilizar un refractómetro, este instrumento mide los °Brix de la solución, dicho valor se debe interceptar en el gráfico que relacione °Brix / Composición de la mezcla, por ejemplo para la solución de metanol/agua se puede utilizar la Figura 2 "Curva Índice de Refracción mezcla Etanol/Agua".

Figura 2 "Curva Índice de Refracción mezcla Etanol/Agua"

Análisis de errores Cada instrumento utilizado en procesos industriales tiene un error asociado, en este caso podemos considerar dicho error como un resultado final.

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Para el cálculo del calor transferido debemos considerar 2 instrumentos; termocupla y rotámetro. Esto debido a la ecuación de transferencia de calor utilizada: 𝑄 = 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝 ∗ (𝑇2 − 𝑇1 ) Ecuación 4 "Calor Transferido por el condensador"

Donde: 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 : 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎𝑙 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝: 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑇1,2 : 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑦 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟

De los valores necesarios para el desarrollo de la Ecuación 4 "Calor Transferido por el condensador" solo la capacidad calorífica se puede considerar constante en algunos intervalos de temperatura. Por lo que si derivamos se obtiene: 𝑑𝑄 = 𝑄𝑐 = 𝑑𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝 ∗ (𝑇2 − 𝑇1 ) + 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝 ∗ 𝑑𝑇 Ecuación 5 "Error asociado a la transferencia de Calor Condensador"

Para las derivadas de masa y temperatura, se debe observar la mínima medida que entregará el instrumento, es decir, si la termocupla entrega 27.8 [°C], el valor dT será 0.1 [°C]. Finalmente, el Calor total traspasado en el condensador será: 𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑄 ± 𝑄𝑐 Ecuación 6" Calor Total Absorbido por Flujo Frío"

Para el rehervidor se hace el mismo análisis obteniéndose: 𝑑𝑄𝑅 = 𝑄𝑅 = 𝑑𝑊 ∗ 𝜗 + 𝑑𝜗 ∗ 𝑊 Ecuación 7" Derivada Calor entregado Rehervidor"

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Para la derivada dW se utiliza el mismo procedimiento que el flujo de agua, debido a que ambos corresponden a las mismas terminaciones. En cambio, determinar la variación del calor de condensación, se debe realizar mediante uso de tablas de vapor, en este caso, de agua. Se debe intersecar la curva a la presión de operación y posteriormente se toma la presión anterior, estos valores se restan y se obtiene dicho valor.

Flasheo El vapor condensado proveniente del rehervidor se pesa para determinar el valor energético utilizado, sin embargo, dada su presión de vapor, parte de este se evapora durante el almacenaje. Esta fracción se puede reestablecer mediante el uso estimativo de la ecuación de Flasheo. 𝑊𝑅𝑒𝑎𝑙 = 𝑊𝑃𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 (1 +

ℎ 𝑓 −ℎ 𝑙 ) 𝐻 𝑉 −ℎ𝑙

Ecuación 8 "Determinación Peso Real condensado con flasheo"

Donde: ℎ 𝑓 = 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ℎ𝑙 = 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓é𝑟𝑖𝑐𝑎 𝐻 𝑉 = 𝐸𝑛𝑡𝑎𝑙𝑝𝑖𝑎 𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓é𝑟𝑖𝑐𝑎

El término de fracción corresponde al reajuste utilizado para determinar el Flasheo que sucede en la operación.

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Intercambiadores de Calor Un intercambiador de calor es un equipo utilizado para extraer energía en forma de calor desde un fluido caliente a uno de menor temperatura o fluido frío. Esto se logra mediante distintas disposiciones y configuraciones de los equipos, se tienen por ejemplo equipos de tubos y carcasa, tubos concéntricos, Intercambiadores de Placa, entre los más recurridos.

Eficiencia de un intercambiador En términos termodinámicos podemos escribir la eficiencia de calor transmitido por el equipo como la fracción del calor absorbido por el fluido frío sobre el calor emitido por el fluido caliente. 𝛾(%) =

𝑄𝐴 ∗ 100 𝑄𝑏

Ecuación 9" Eficiencia intercambiador de Calor"

El calor emitido se determina con la variación de temperatura del fluido caliente en la entrada y salida, mientras que el calor absorbido por el fluido frío se logra bajo el mismo mecanismo. Sea cual sea el equipo que se utilice, se dispone de una ecuación que permite el cálculo del calor transferido; 𝑄𝑡 = 𝑈 ∗ 𝐴 ∗ 𝐿𝑀𝑇𝐷 Ecuación 10"Ecuacion Global de Transferencia de Calor"

Donde: 𝐽 𝑄𝑡 = 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 [ ] 𝑠 𝐽 𝑈 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐺𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟[ 2 ] 𝑚 ∗ 𝑠 ∗ °𝐶 𝐴 = á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝑚2 ] 𝐿𝑀𝑇𝐷 = 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐿𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠[°𝐶]

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El cálculo de la media logarítmica de la temperatura viene relacionado por la disposición del flujo, esto es: 𝐿𝑀𝑇𝐷 =

∆𝑇1 − ∆𝑇2 ∆𝑇 𝐿𝑛 (∆𝑇1 ) 2

Ecuación 11"Media Logarítmica De Temperaturas"

Donde el delta 1 corresponde a la diferencia de temperaturas del lado izquierdo y delta 2 corresponde a la diferencia del lado derecho, de los siguientes gráficos:

Figura 3 " a) Contra flujo b) co-corriente c) Vapor Saturado

Se muestra en la figura anterior, 3 gráficos, donde según las flechas se aprecia el sentido de los flujos en su trabajo. Cuando se utiliza vapor saturado, este no cambia su temperatura puesto que solo existe un paso de saturación de vapor a líquido. Para el coeficiente global de transferencia de calor del equipo se puede considerar la siguiente ecuación: 1 1 = + 𝑅𝐷 𝑈𝐷 𝑈𝐶 Ecuación 12 "Coeficiente Global de transferencia de Calor"

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Donde 𝑅𝐷 tiene directa relación con las incrustaciones que podrían formarse con el paso del fluido por el equipo a la temperatura de operación y su acumulación en el tiempo. Según el fluido existen distintos valores recomendados para el diseño del equipo, cuya misión radica en mantener su eficiencia. De ser mayor se debe detener el equipo y limpiado u reemplazado. 𝑈𝐶 , es el coeficiente de transferencia de calor limpio, este valor depende de los coeficientes de película en el interior y exterior del fluido; siendo determinados por el tipo de material y su espesor. 1 1 1 = − 𝑈𝐶 ℎ𝑖𝑜 ℎ𝑜 Ecuación 13 "Coeficiente de transferencia de calor Limpio"

ℎ𝑜 corresponde al coeficiente de película por el lado de tubo exterior pudiendo ser 1500[BTU/h pie °F] esto dado que el vapor cumple de fase controlante. ℎ𝑖𝑜 es el coeficiente de película por el lado de tubo debiendo nacer de la corrección: ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖 ∗ 𝐷𝑖𝑛𝑡 /𝐷𝑒𝑥𝑡 Ecuación 14 "Correción coeficiente de película lado de tubos"

Donde ℎ𝑖 Es el factor mismo sin corregir, que se obtiene del Anexo desde Figura 4 "Coeficiente de película agua" y para aquellos fluidos distintos de agua, se debe utilizar la corrección de la tabla superior a la Imagen mencionada. Finalmente, los Diámetros son los externos e internos de los tubos por donde transita el fluido.

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Isométricos

Figura 4 "Experiencia intercambiadores de calor (tubo y carcaza)"

Figura

5 “Experiencia intercambiadores de calor (tubos concéntricos)"

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Figura 6 “Experiencia intercambiadores destilación Batch"

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Descripción de la experiencia Experiencia N°3: Intercambiadores de Calor. La experiencia comienza con la jerarquización de las actividades a desarrollar. Una vez terminado el proceso de asignación de roles, se proporciona al equipo los caudales a distribuir para cada intercambiador (ver tabla 1). Carrera Caudal (Q) [L/min] 1 8 2 10 3 13 Tabla 1 "Caudales a suministrar para cada intercambiador"

Antes de llevar a cabo la experiencia, se inicia la puesta en marcha del intercambiador de calor de tubos concéntricos. Se acciona una corriente de agua fría mediante la apertura de la válvula de bola de la línea de interés para el equipo y se abre la válvula de bola a la salida del intercambiador. Luego, se da paso a la apertura de la línea de vapor, se abre la válvula de compuerta y se ajusta a una presión de 10 [psi], se cierra la válvula de bola a la salida de la trampa y se procede a eliminar el condensado remanente del equipo mediante la apertura de la válvula de bola a la salida de la línea. Terminada la puesta en marcha, se regula el primer caudal indicado en la tabla X a través de un rotámetro y se espera hasta que la temperatura del intercambiador alcance un pseudo estado estacionario mediante lectura de las termocuplas ubicadas en la línea de ingreso y egreso del intercambiador, en ese momento es posible masar el balde sin condesado y luego se debe registrar su masa. Alcanzada la estabilidad, se procede a medir la temperatura de entrada y salida del intercambiador de calor y se da inicio a la primera carrera de tres minutos ajustados en un cronómetro. Transcurrido el tiempo, se prosigue a realizar un recambio de balde para instalar otro auxiliar que reciba el condensado remanente mientras se masa el balde con condensado. Registrada su masa, el contenido se elimina en la línea de desagüe, se masa nuevamente el balde vacío y se aumenta el flujo para la segunda carrera.

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Se repiten los pasos anteriormente señalados después de la puesta en marcha hasta cumplir con las tres carreras. Terminado el proceso, se cierra la línea de vapor para disminuir el condensado del equipo y se baja la temperatura del intercambiador hasta obtener una temperatura de entrada similar a la de la salida. NOTA: Todas las etapas anteriormente descritas, fueron aplicadas de la misma forma para el intercambiador de tubo – carcaza.

Experiencia N°4: Destilación Batch. Esta experiencia, al igual que la actividad anterior cuenta con la subdivisión de tareas, terminada la asignación de roles, se abre paso a la primera carrera de 3 minutos. Se pone en marcha el re-hervidor y se ajusta en el rotámetro, que estaba ubicado en la segunda planta de la torre, el flujo hacia el condensador en 20 [L/min]. Mientras se lleva a cabo la carrera, se hacen revisiones en las lecturas de la termocupla ubicada en el codo previo al ingreso del condensador y las termocuplas ubicadas al ingreso y egreso del condensador, cuya diferencia debe situarse en un rango entre 5 a 10 [°C]. Transcurrido los tres minutos, se registra la temperatura de entrada y salida del condensador, presión del re-hervidor, masa de balde más el condensado y masa del balde vacío. Al mismo tiempo que se hacen extracciones del producto del re-hervidor y el producto del condensador. Terminado el procedimiento, comienza la segunda carrera con un aumento de flujo de agua hacia el condensador en 5 [L/min] valor que se mantiene constante para las siguientes carreras. Se repiten los pasos anteriormente señalados hasta cumplir las carreras planificadas. Terminado el proceso, se procede a registrar el índice de refracción de las muestras mediante un refractómetro. Se calibra el equipo y se adiciona una pequeña cantidad de cada muestra de forma independiente, arrojada la lectura, se prosigue a registrar el valor. NOTA: Al finalizar cada práctico, se llevó a cabo la construcción del isométrico del sistema conformados por la experiencia 3 y 4.

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Memoria de cálculo Experiencia 3: Intercambiadores de calor Propiedades del agua a temperatura ambiente (se suponen constantes a lo largo de la experiencia): densidad 62.4 [lb/pie3] viscosidad 1 [cP] capacidad calorífica 1 [BTU/lb °F] conductividad térmica 0.36 [BTU/h pie °F] Tabla 2 "Propiedades agua a temperatura ambiente”

Tubos concéntricos Datos del sistema: diám. interno tubo 0,0623 [pie] diám.externo tubo 0,0722 [pie] largo intercambiador 11,811 [pie] Tabla 3"Características del Equipo Tubos Concéntricos"

área de flujo del tubo interno 0,00305 [pie2] área transferencia de calor 2,67685 [pie2] Tabla 4 "Áreas disponibles de tubos concéntrico"

presión del vapor saturado temp. del vapor saturado

24.7 [psi] 239.35 [°F]

Tabla 5"Presiones de Trabajo"

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A continuación se muestran las temperaturas de entrada y salida registradas del fluido que va por el interior del tubo para las distintas carreras de 3 minutos a diferentes caudales: Carrera 1 2 3

t (s) 180 180 180

Caud.(L/min) 8 10 13

Caud.(pie3/s) T in (°F) T out (°F) 0.004708624 66.74 154.76 0.005885781 66.38 149.18 0.007651515 66.56 140.9

Tabla 6"Datos Obtenidos de temperaturas del equipo"

Para calcular la eficiencia del intercambiador se deber calcular el calor emitido por el fluido caliente y el calor absorbido por el fluido frio. Estos se calculan según la Ecuación 4: 𝑄𝑒 (𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜) = 𝑚 ∗ 𝐶𝑝 ∗ (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛 ) ∗ 𝑡 Ecuación 4 "Calor Transferido por el condensador"

𝑄𝑎 (𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜) = 𝑊𝑟𝑒𝑎𝑙 ∗ 𝜆 Ecuación 6" Calor Total Absorbido por Flujo Frío" 𝐵𝑇𝑈

Donde 𝜆 = 952.67 (

𝑙𝑏

). Entalpía de vaporización del agua saturada a la presión del

vapor. La masa de condensado real se calcula considerando el flasheo del condensado al salir de la línea: 𝑊𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗ (1 + 𝑉) Ecuación 8 "Determinación Peso Real condensado con flasheo"

Los datos para calcular el flasheo se presentan en la tabla a continuación. hf (24.7 psi) 207.78 BTU/lb Hv (14.7 psi) 970.4 BTU/lb hL (14.7 psi) 180.15 BTU/lb Tabla 7"Entalpías de Flasheo"

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𝑉=

ℎ 𝑓 − ℎ𝐿 = 0.035 𝐻 𝑉 − ℎ𝐿

Ecuación 15 "Cálculo de Flasheo"

La eficiencia del intercambiador se calcula según la Ecuación 9: 𝜂=

𝑄𝑎 ∗ 100 𝑄𝑒

Ecuación 9" Eficiencia intercambiador de Calor"

Finalmente, se calculan los calores emitidos y absorbidos a lo largo de las carreras obteniéndose las eficiencias correspondientes como muestra la Tabla 8: Carrera 1 2 3

t(s) Caud.(pie3/s) T in(°F) T out(°F) W masado(Kg) W real(lb) Qa (BTU) Qe (BTU) η 180 0,0047 66,74 154,76 2,5 5,6923 4.655,137 5422,88 85,842 180 0,0059 66,38 149,18 2,74 6,2388 5.473,832 5943,48 92,098 180 0,0077 66,56 140,9 3,1 7,0585 6.388,914 6724,38 95,011 Tabla 8 "Masa real obtenida de la trampa de vapor"

Para el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor de cada carrera se calcula según la Ecuación 10: 𝑈𝑑 =

𝑄𝑎 𝐴 ∗ 𝐿𝑀𝑇𝐷

Ecuación 10"Ecuacion Global de Transferencia de Calor"

𝐿𝑀𝑇𝐷 =

∆𝑇1 − ∆𝑇2 ∆𝑇 (ln (∆𝑇1 ) 2

Ecuación 11"Media Logarítmica De Temperaturas"

∆𝑇1 = 𝑇 𝑠 − 𝑇𝑖𝑛 ∆𝑇2 = 𝑇 𝑠 − 𝑇𝑜𝑢𝑡 Ecuación 17"Variaciones Temperatura"

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La siguiente tabla muestra los coeficientes de transferencia de calor obtenidos en cada carrera, donde el área de transferencia A = 2.6766 [pie2]. Carrera 1 2 3

∆T1 (°F) ∆T2 (°F) 172,61 84,59 172,97 90,17 172,79 98,45

LMTD (°F) UD (BTU/h pie2 °F) 123,4124 14,0912 127,1067 16,0879 132,1534 18,0603

Tabla 9 "Datos Ecuación Fourier"

Los coeficientes de película de los tubos, cuando el fluido no es vapor de agua se calculan con la Ecuación 16: 1

0.8 𝐶𝑝 ∗ 𝜇 ∗ 2.42 3 0.027 ∗ 𝑘 𝐷∗𝑣∗𝜌 𝜇 0.14 ℎ𝑖 = ∗( ) ∗ ( ) ∗ ( ) 𝐷 𝜇 ∗ 6.72 ∗ 10−4 𝑘 𝜇𝑤

Ecuación 16" Coeficiente de película tubos"

En este caso, como el fluido es agua, la relación entre las viscosidades se considera igual a uno. Se realiza la corrección de este coeficiente ya que la trasferencia de calor ocurre en el diámetro externo del tubo interno según la ecuación 14: ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖 ∗

𝐷𝑖 𝐷𝑜

Ecuación 14 "Correción coeficiente de película lado de tubos"

Luego para calcular el coeficiente de transferencia de calor considerando el intercambiador limpio se realiza según la ecuación 13: 1 1 1 = + 𝑈𝑐 ℎ𝑖𝑜 ℎ𝑜 Ecuación 13 "Coeficiente de transferencia de calor Limpio" BTU

El coeficiente de película del vapor que va por ánulo se considera ℎ𝑜 = 1500 [h pie2 °F].

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El factor de ensuciamiento se calcula con la ecuación: 𝑅𝑑 =

1 1 − 𝑈𝑑 𝑈𝑐

Ecuación 12 "Coeficiente Global de transferencia de Calor"

Con las ecuaciones descritas anteriormente se obtienen los siguientes resultados Carrera 1 2 3

hi(BTU/h pie2 °F) hio(BTU/h pie2 °F) Uc(BTU/h pie2 °F) Rd(h pie2 °F/BTU) 426,2321 368,1095 295,5738 0,0676 509,5351 440,0531 340,2379 0,0592 628,5340 542,8248 398,5840 0,0529

Tabla 10 "Cálculo de Coeficiente global transferencia de calor limpio y factor de ensuciamiento experimental"

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Intercambiador de tubos y carcasa Datos del sistema: diám. interno tubos diám.externo tubos largo de los tubos

0,049 [pie] 0,062 [pie] 2,9199 [pie]

Tabla 11 "Características Inter. Tubo y carcasa"

área de flujo tubos 0,001901 [pie2] área transf. de calor 4,000749 [pie2] número de tubos 7 Tabla 12 "Área Disponible Intercambiador"

presión del vapor saturado temp. del vapor saturado

24.7 [psi] 239.35 [°F]

Tabla 13 "Presiones de Trabajo"

Propiedades del agua a temperatura ambiente (se suponen constantes a lo largo de la experiencia): densidad viscosidad capacidad calorífica conductividad térmica

62.4 1 1 0.36

[lb/pie3] [cP] [BTU/lb °F] [BTU/h pie °F]

Tabla 14 "Propiedades agua en el intercambiador"

A continuación se muestran las temperaturas de entrada y salida registradas del fluido que va por el interior del tubo para las distintas carreras de 3 minutos a diferentes caudales: Carrera 1 2 3

t (s) 180 180 180

Caud.(pie3/s) T in (°F) T out (°F) 0.004708624 66.74 149.72 0.005885781 66.02 147.74 0.007651515 65.84 133.52

Tabla 15 "Temperaturas obtenidas a variaciones de flujo"

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Para calcular la eficiencia del intercambiador se debe calcular el calor emitido por el fluido caliente y el calor absorbido por el fluido frio. Estos se calculan según la Ecuación 4: 𝑄𝑒 (𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜) = 𝑚 ∗ 𝐶𝑝 ∗ (𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛 ) ∗ 𝑡 Ecuación 4 "Calor Transferido por el condensador"

𝑄𝑎 (𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜) = 𝑊𝑟𝑒𝑎𝑙 ∗ 𝜆 Ecuación 6" Calor Total Absorbido por Flujo Frío" 𝐵𝑇𝑈

Donde 𝜆 = 952.67 (

𝑙𝑏

). Entalpía de vaporización del agua saturada a la presión del

vapor. La masa de condensado real se calcula considerando el flasheo del condensado al salir de la línea: 𝑊𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑊𝑚𝑎𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗ (1 + 𝑉) Ecuación 8 "Determinación Peso Real condensado con flasheo"

Bajo las mismas condiciones del intercambiador de tubos concéntricos, el flasheo es igual a 𝑉 = 0.035. La eficiencia del intercambiador se calcula según la ecuación 9: 𝜂=

𝑄𝑎 ∗ 100 𝑄𝑒

Ecuación 9" Eficiencia intercambiador de Calor"

Finalmente, se calculan los calores emitidos y absorbidos a lo largo de las carreras obteniéndose las eficiencias correspondientes como muestra la Tabla 16: Carrera 1 2 3

t (s) Caud.(pie3/s) T in(°F) T out(°F) W masado(Kg) W real(lb) Qa (BTU) Qe (BTU) η 180 0,0047 66,74 149,72 2,1 4,7815 4388,59 4555,22 96,34 180 0,0059 66,02 147,74 2,5 5,6923 5402,43 5422,88 99,62 180 0,0077 65,84 133,52 2,76 6,2843 5816,54 5986,86 97,16 Tabla 16"Masas obtenidas de vapor"

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Para el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor de cada carrera se calcula según la Ecuación 10: 𝑈𝑑 =

𝑄𝑎 𝐴 ∗ 𝐿𝑀𝑇𝐷

Ecuación 10"Ecuacion Global de Transferencia de Calor"

𝐿𝑀𝑇𝐷 =

∆𝑇1 − ∆𝑇2 ∆𝑇 (ln (∆𝑇1 ) 2

Ecuación 11"Media Logarítmica De Temperaturas"

∆𝑇1 = 𝑇 𝑠 − 𝑇𝑖𝑛 ∆𝑇2 = 𝑇 𝑠 − 𝑇𝑜𝑢𝑡 Ecuación 17"Variaciones Temperatura"

La siguiente tabla muestra los coeficientes de transferencia de calor obtenidos en cada carrera, donde el área de transferencia A = 4.0007 [pie2].

Carrera ∆T1 (°F) ∆T2 (°F) 1 172,61 89,63 2 173,33 91,61 3 173,51 105,83

LMTD (°F) Qa (BTU/h) UD (BTU/h pie2 °F) 126,6204 87771,71 173,26 128,1567 108048,7 210,73 136,8929 116330,8 212,40

Tabla 17"Datos obtenidos coeficiente Global transferencia de calor"

Los coeficientes de película de los tubos, cuando el fluido no es vapor de agua se calculan con la ecuación 18: 1

0.8 𝐶𝑝 ∗ 𝜇 ∗ 2.42 3 0.027 ∗ 𝑘 𝐷∗𝑣∗𝜌 𝜇 0.14 ℎ𝑖 = ∗( ) ∗ ( ) ∗ ( ) 𝐷 𝜇 ∗ 6.72 ∗ 10−4 𝑘 𝜇𝑤

Ecuación 18"Coeficiente Película lado tubos"

En este caso, como el fluido es agua, la relación entre las viscosidades se considera igual a uno.

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Se realiza la corrección de este coeficiente ya que la trasferencia de calor ocurre en el diámetro externo de los tubos según la ecuación 14: ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖 ∗

𝐷𝑖 𝐷𝑜

Ecuación 14 "Correción coeficiente de película lado de tubos"

Luego para calcular el coeficiente de transferencia de calor considerando el intercambiador limpio se realiza según la ecuación 13: 1 1 1 = + 𝑈𝑐 ℎ𝑖𝑜 ℎ𝑜 Ecuación 13 "Coeficiente de transferencia de calor Limpio" BTU

El coeficiente de película del vapor que va por carcasa se considera ℎ𝑜 = 1500 [h pie2 °F]. El factor de ensuciamiento se calcula con la ecuación 12: 𝑅𝑑 =

1 1 − 𝑈𝑑 𝑈𝑐

Ecuación 12 "Coeficiente Global de transferencia de Calor"

Con las ecuaciones descritas anteriormente se obtienen los siguientes resultados: hi(BTU/h pie2 °F) hio(BTU/h pie2 °F) Uc(BTU/h pie2 °F) Rd(h pie2 °F/BTU) 652,2864 514,9629 383,3542 0,00316 779,7697 615,6076 436,4758 0,00245 961,8803 759,3792 504,1512 0,00272 Tabla 18 "Coeficiente global limpio y Factor ensuciamiento experimental"

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Destilación Batch Consumo Energético Destilación El objetivo de la experiencia abarcaba el cálculo del consumo energético, las composiciones iniciales y finales vía refractometría de una operación Batch de una mezcla Metanol/Agua. Los datos de los fluidos y sus propiedades físicas son: Densidad Agua Cp H2O Delta Temperatura termocupla Delta masa Rotámetro Delta masa pesa

1 4,16 0,1 1 0,01

[kg/litro] [Kj/Kg °C] [°C] [L/min] [Kg]

Tabla 19 "Propiedades agua"

Además se obtuvieron los siguientes datos durante la experiencia para el Rehervidor y Condensador: Tiempo Temperatura entrada Temperatura salida Temperatura codo Caudal Masa [min] [°C] [°C] [°C] [L/min] [kg/min] 3 18 26,5 79 20 20 6 18,4 25,8 80,4 25 25 9 18,7 26,1 81,1 25 25 12 18,7 26,2 81,5 24 24 Tabla 20 "Datos Obtenidos para Condensador"

Masa balde Masa balde más condensado [kg] [kg] 0,72 2,8 0,74 2,7 0,72 2,66 0,74 2,64

Flasheo Masa Real [kg] [Kg] 0,00221 2,08461 0,00221 1,96434 0,00221 1,94430 0,00221 1,90421

Tabla 21"Datos Obtenidos Rehervidor Incluyendo Flasheo"

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Para el cálculo de Flasheo se consideró la Ecuación 8 "Determinación Peso Real condensado con flasheo" Entalpia Liquido a presión operación 2670 [Kj/Kg] Entalpia vapor a presión atmosférica 417 [Kj/Kg] Entalpia líquido a presión atmosférica 2675 [Kj/Kg] Tabla 22"Datos entalpía Flasheo"

Según las instrucciones dictadas para el cálculo del error asociado en las tablas de vapor se utiliza la Ecuación 7" Derivada Calor entregado Rehervidor" 7: 𝑑𝑄𝑅 = 𝑄𝑅 = 𝑑𝑊 ∗ 𝜗 + 𝑑𝜗 ∗ 𝑊 Ecuación 7" Derivada Calor entregado Rehervidor"

Para el cálculo de 𝑑𝑊, se utilizó la presión de operación y el valor anterior que se puede encontrar en las tablas de vapor, obteniéndose entonces: hf 207,78 BTU/lb Hv 952,67 BTU/lb hL 180,15 BTU/lb Tabla 23. Entalpías para cálculo de flasheo.

Para el condensador se utiliza la ecuación: 𝑑𝑄 = 𝑄𝑐 = 𝑑𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝 ∗ (𝑇2 − 𝑇1 ) + 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝 ∗ 𝑑𝑇 Ecuación 5 "Error asociado a la transferencia de Calor Condensador"

Así para los errores de las termocupla, rotámetro y balanza analítica, se utlizaron los datos de la Tabla 19 "Propiedades agua" . Finalmente se suman los Flujos de energía según las ecuaciones: 𝑄 = 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝 ∗ (𝑇2 − 𝑇1 ) Ecuación 19 "Calor Transferido por el condensador"

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𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑄 ± 𝑄𝑐 Ecuación 6" Calor Total Absorbido por Flujo Frío"

Mientras que el rehervidor: 𝑑𝑄𝑅 = 𝑄𝑅 = 𝑑𝑊 ∗ 𝜗 + 𝑑𝜗 ∗ 𝑊 Ecuación 7" Derivada Calor entregado Rehervidor"

𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑅𝑒ℎ𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜𝑟 = 𝑄𝑅 + 𝑊 ∗ 𝜗 Ecuación 20"Calor Total entregado por el rehervidor"

Reemplazando los valores de para cada ecuación se obtiene: Q total[KJ/3min]Qcond Q error Delta T Qtotal [KJ/hr] 707,2 43,68 707,2 43,68 8,5 769,6 41,184 769,6 41,184 7,4 3162,432 42,25 769,6 41,184 769,6 41,184 7,4 748,8 41,184 748,8 41,184 7,5 Tabla 24"Calor Total entregado por el Condensador"

Qtotal 1498,83 22,06 1412,36 21,20 1397,94 21,05 1369,12 20,77

Qhervidor 1498,8316 1412,3625 1397,9487 1369,1250

Q error Hervidor Delta Lamda 22,0602 21,4 21,2023 21,4 21,0593 21,4 20,7733 21,4

Tabla 25"Calor Total extraído por el rehervidor"

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Control Calidad destilado y refractometría Como se Aprecia en el anexo Tabla 27 y Tabla 28 las composiciones varían según sea la carrera y si este es destilado o fondo. Con los datos se procede a calcular las fracciones evaporadas por cada carrera, utilizando la Ecuación 1 "Ecuación de Rayleigh": (1 − 𝑥𝑖𝑜 ) 𝐿 1 𝑥𝑖 (1 − 𝑥𝑖𝑜 ) ln ( ) = ∗ ln ( ) + ln ( ) (1 − 𝑥𝑖 ) 𝐿0 ∝𝑖𝑗 − 1 𝑥𝑖0 (1 − 𝑥𝑖 ) Ecuación 1 "Ecuación de Rayleigh"

Se despeja

𝐿 𝐿0

de la ecuación anterior, obteniéndose para cada carrera:

Fracción L/L0 Fracción o Fracción Carrera[min] Evaporada restante en el (%) rehervidor (%) 0 3 6 9 12

1 0,90395 0,93219 0,92922 0,96250

0 0,09605 0,06781 0,07078 0,03750

Tabla 26"Porcentajes Evaporados entre cada carrera"

Los cálculos para la volatilidad relativa así como las constantes utilizadas por Antoine se aprecian en el anexo Tabla 29"Constantes Antoine y Volatilidad Relativa".

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Discusiones Durante la experiencia de intercambiadores de calor se obtuvieron eficiencias muy altas para ambos intercambiadores, por sobre un 95% aproximadamente, dato que no es factible a la realidad, ya que una eficiencia en un estado óptimo de operación no se espera que supere un 90%, esto nos obliga a pensar en posibles explicaciones operacionales a estos resultados obtenidos. Los resultados obtenidos para el coeficiente de ensuciamiento experimental indicados en las tablas 10 y 18, demuestran que se aproximan al valor recomendado (0,03) que vendría siendo el límite aceptable, esto propone evaluar realizar una limpieza para ambos equipos según variables como, tiempo de uso, disponibilidad de personal, etc. Durante la medición del índice de refracción, la tendencia de aumento en el valor se vio afectada dando un “salto”; esto se pudo llevar a cabo por la presencia de material particulado en las muestras de destilado y fondo, dicho material corresponde a óxidos presentes en las líneas de operación. Estos óxidos afectan los valores obtenidos por el refractómetro dado que, el haz de luz se ve afectado por estas partículas, aumentando el valor obtenido. Los requerimientos energéticos en el rehervidor inicialmente son mayores ya que la mezcla está en una etapa de calentamiento, una vez se logra la temperatura de operación se observa una estabilidad en los requerimientos energéticos, ver tablas 25 y 26.

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Conclusiones En la experiencia de intercambiadores de calor como se mencionó anteriormente se obtuvieron eficiencias muy altas, esto se explica por una masa de condensado medido que no es real. El vapor saturado viene con un contenido de humedad donde parte es capturado por la trampa de vapor, dando masa de condensado más alta de la que aportó energía en la transferencia de calor. Este extra de condensado afecta directamente los cálculos de calor suministrado por el vapor en valores más altos de lo esperado. Suponiendo que ese error de eficiencia afecta de similar manera a ambos intercambiadores se concluye que el intercambiador de tubo y carcasa es más eficiente que el de tubos concéntricos como lo muestran los resultados obtenidos en tablas 8 y 16. Otro aspecto a considerar es el espacio físico que ocupan ambos equipos, ya que el volumen de intercambiador de tubos y carcasa es considerablemente menor que el de tubos concéntricos. Lo que en aspectos de diseño es una ventaja si se piensa en una planta donde los espacios pueden ser confinados o estrechos. Para la destilación Batch se trabajó a una temperatura de 80 °C en promedio para la mezcla metanol agua, temperatura que promueve la evaporación del metanol .Mientras transcurre la destilación el contenido de metanol es cada vez menor implicando que la presión de vapor de la mezcla se acerque a la presión de vapor del agua, obteniendo un destilado de menor calidad con mayor porcentaje de agua. Simultáneamente disminuye la fracción evaporada de mezcla ya que la temperatura de operación es menor a la temperatura de ebullición del agua, esto se ve reflejado en los resultados obtenidos para ecuación de Rayleigh (1) en la tabla 26.

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Bibliografía [1] wikispace, «WikiSpace,» 19 02 2006. [En línea]. Available: http://operaciones-unitarias1.wikispaces.com/Tipos+de+Destilacion. [2] wordpress, «wordpress.com,» 05 2009. [En línea]. Available: https://operaciones1.files.wordpress.com/2009/05/ejercicio-de-intercambiador.pdf. [3] wordpress, «wordpress.com,» 07 2013. [En línea]. Available: https://ftransp.files.wordpress.com/2013/07/intercambiadores.pdf. [4] E. F. G. Cruz, «Diseño y fabricación de un intercambiador de calor de tubos concéntricos para los,» Bogotá D.C., Universidad Santo Tomás, 2014. [5] A. Riamboa, «slideshare.net,» 11 12 2015. [En línea]. Available: https://es.slideshare.net/yormanzambrano/destilacin-batch-en-columna-de-platos-de-una-mezclaacuosa-de-etanol-al-30-vv. [Último acceso: 10 04 2018].

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ANEXO Coeficiente de película

Figura 4 "Coeficiente de película agua"

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Interpolación de datos experiencia 3 Entalpía de vaporización a 24.7 (psi): P (psi)

𝐻 𝑣 (BTU/lb)

20

960.1

24.7

Hv

25

952.2

25 − 20 952.2 − 960.1 = 24.7 − 20 𝐻 𝑣 − 960.1 𝐻 𝑣 = 952.67 [

𝐵𝑇𝑈 ] 𝑙𝑏

Entalpía del líquido saturado 24.7 (psi): P (psi)

ℎ𝑓 (BTU/lb)

20

196.26

24.7

ℎ𝑓

25

208.52

25 − 20 208.52 − 196.26 = 24.7 − 20 ℎ𝑓 − 196.26 ℎ𝑓 = 207.78 [

𝐵𝑇𝑈 ] 𝑙𝑏

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Anexo: cálculo áreas de transferencia de intercambiadores. Tubos concéntricos: 𝐴 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑜 ∗ 𝐿 𝐴 = 𝜋 ∗ 0.0723 ∗ 11.811 = 2.67685 [pie2 ] Tubos y carcasa 𝐴 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑜 ∗ 𝐿 ∗ #𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝐴 = 𝜋 ∗ 0.0623 ∗ 2.9199 ∗ 7 = 4.0007 [pie2 ]

Anexo: transformación de unidades. Caudal: experiencia 3 𝑝𝑖𝑒 3 𝐿 1[ ] = 1699.01 [ ] 𝑠 𝑚𝑖𝑛 Caudal

Caudal

(L/min)

(pie3/s)

8

0.004708624

10

0.005885781

13

0.007651515

Temperatura: experiencia 3 𝑇[°𝐹] = 1.8 ∗ 𝑇[°𝐶] + 32

Caudal (L/min)

T in (°C)

T out (°C)

T in (°F)

T out (°F)

8

19.3

68.2

66.74

154.76

10

19.1

65.1

66.38

149.18

13

19.2

60.5

66.56

140.9

Tubos concéntricos

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Caudal (L/min)

T in (°C)

T out (°C)

T in (°F)

T out (°F)

8

19.3

65.4

66.74

149.72

10

18.9

64.3

66.02

147.74

13

18.8

56.4

65.84

133.52

ITC

Temperatura: experiencia 4

Tiempo

T in

T out

T codo

T in

T out

T codo

(min)

(°C)

(°C)

(°C)

(°F)

(°F)

(°F)

3

18

26.5

79

64.4

79.7

174.2

6

18.4

25.8

80.4

65.12

78.44

176.72

9

18.7

26.1

81.1

65.66

78.98

177.98

12

18.7

26.2

81.5

65.66

79.16

178.7

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Anexo: obtención de las fracciones molares de metanol con índices de refracción.

código I

índice

fracción

1.339

0.245

B1

1.3384

0.213

B2

1.3381

0.2

B3

1.3376

0.18

B4

1.3372

0.163

Tabla 27 "Índices de Refracción y composición Metanol para Fondo"

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código

índice

fracción

D1

1.339

0.8125

D2

1.3384

0.83

D3

1.3381

0.837

D4

1.3376

0.8425

D5

1.3372

0.852

Tabla 28 “Índices de Refracción y composición Metanol Destilado"

Compuesto Volatilidad Metanol Agua Volatilidad Relativa

Datos Antoine A B C 5,2 1580,08 239,5 5,11 1687,537 230,7 3,76640

Temperatura Presión [psi] 1,79689 0,47709

80 [°C]

Tabla 29"Constantes Antoine y Volatilidad Relativa"

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