U.N.Sa - Facultad de Ingeniería- Ingeniería Química - Operaciones Unitarias II Plan 1999 - 1º Cuatrimestre 2019 Docentes
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U.N.Sa - Facultad de Ingeniería- Ingeniería Química - Operaciones Unitarias II Plan 1999 - 1º Cuatrimestre 2019 Docentes: Ing. Silvia Zamora- Dra. J. Martinez - Dr. J.P. Gutierrez. Inicio de T.P.Nº9: 01/07/20 Entrega T.P.Nº9: 07/07/20 Alumno: Carolina Mariana Zerpa
Trabajo Práctico Nº9 (1°parte) Cálculo de Flash Isotérmico Ejercicio N°2: Se desea realizar una vaporización instantánea de una mezcla, la alimentación es de 100 Kmol/h y contiene 10% mol de metano,20% mol de etano y 70% mol de propano.Las condiciones de operación son: P = 200 psia y T = 50 F. Calcular: a) Temperaturas de burbuja y rocío para el sistema propuesto b) Si es posible realizar una separación flash isotérmico calcular el valor del grado de separación. c) Los valores de las corrientes líquida y vapor y sus respectivas composiciones. d) Dimensione la cámara de separación, tanque de destilación. e) Analice los items anteriores, con las siguientes variaciones en las concentraciones: e1) 0.6 C1, 0.2 C2, 0.2 C3 e2) 0.2 C1, 0.7 C2, 0.1 C3 e3) 0.2 C1, 0.7 C2, 0.1C3 e4) 0.4 C1, 0.4 C2, 0.2C3 e5) 0.25 C1, 0.25 C2,0.5C3 kmol 1000mol F 1000
kmol hr
0.1 z 0.2 0.7
P 200psi
T 50 °F Tadim 50
a ) Temperaturas de burbuja y rocío para el sistema propuesto Constante de equilibrio - Considerando sistema ideal T ebullicion R
5.14135 1742.638 452.974 A 5.383894 2847.92 434.898 5.353418 3371.084 414.488
Temperaturas criticas R
201 Te 332.2 R 416 16.043 gm PM 30.07 mol 44.097
Constante de equilibrio:
343.9 Tc 550 R 665.9 52.0 3 cm Vm 68 mol 84.0
i 0 1 2
Ai 1 Ai 0 Psati T A i 2 = e
Pc
Presiones criticas psia
A i 1 Ai 0 Tadim A i 2 e Pc
Ke( Tadim P i)
i
P
673.1 Pc 709.8 psi 617.4
Ke( Tadim P i)
17.998 2.176 0.46 Calculamos el punto de rocio y burbuja para determinar si la destilacion flash puede ocurrir Punto burbuja Tb 100 2
f ( Tb )
Ke(Tb Pi)zi 1 i 0
Tb root( f ( Tb ) Tb ) 41.351 Tburbuja ( Tb 460 )R 232.583 K Punto rocio Tr 200 2
f ( Tr)
i 0
z i 1 Ke( Tr P i)
Tr root( f ( Tr) Tr) 83.63 Trocio ( Tr 460 )R 302.017 K Tburbuja 232.583 K
T 283.15 K
Trocio 302.017 K
b) Si es posible realizar una separación flash isotérmico calcular el valor del grado de separación. La temperatura de la camara resulta ser menor a la de rocio pero mayor a la de burbuja por lo tanto el sistema tiene dos fases Debemos calcular el valor de Ψ 2
f ( Ψ) =
i 0
zi ( 1 Ke( T P i) ) 1 Ψ ( Ke( T P i) )
Ψ 0.02 f ( Ψ )
2 zi ( 1 Ke( Tadim P i) ) 1 Ψ ( Ke( Tadim P i) 1) i 0
Obtengo el grado de separación resolviendo la expresión de Rachford-Rice.
Ψ root( f ( Ψ ) Ψ ) Ψ 0.301
c) Los valores de las corrientes líquida y vapor y sus respectivas composiciones. Con el grado de separacion y los balances de materia, calculo V, L, xi e yi. Conociendo F, obtengo V y luego L: V Ψ F V 83.609
mol
Flujo de vapor que sale por arriba de la camara
s
Con F y V calculamos L L F V 194.169
mol s
Calculamos las fracciones molares de cada compuesto en el vapor y del liquido z x i
i
1 Ψ ( Ke( Tadim P i) 1 )
y x Ke( Tadim P i) i
i
0.016 x 0.148 0.836
0.294 y 0.321 0.384
d) Dimensione la cámara de separación, tanque de destilación. Debemos hallar el valor de la constante del tambor K
Para el líquido:
2
PML
kg
xiPMi 0.042 mol
2
VML
i 0
cm
3
xiVmi 81.113 mol i 0
Calculamos la densidad: ρL
Para el vapor:
PML VML
512.447
i i
y PM 0.031
i 0
3
m
2
PMV
kg
kg mol
2
VMV
i 0
Calculamos la densidad: ρV
PMV VMV
451.223
i i
y Vm 69.441
kg 3
m
cm
3
mol
Calculamos Flv: L PML
Flv
V PMV
ρV
2.891
ρL
Calculamos la constante del tambor con la siguiente ecuacion
AB ln( Flv) C ( ln( Flv) ) 2 D ( ln( Flv) ) 3 E ( ln( Flv) ) 4 Ktambor = e Las constantes las sacamos del Wankat: A 1.877478097
C 0.1870744085
B 0.8145804597
D 0.0145228667
E 0.0010148518
AB ln( Flv) C ( ln( Flv) ) 2D ( ln( Flv) ) 3E ( ln( Flv) ) 4 Ktambor e Ktambor 0.051 Calculamos la velocidad permisible del vapor:
u perm Ktambor
ρL ρV ft
u perm 0.019
ρV
s
ft s
Se despeja el área transversal:
A
V PMV u perm ρV
2
1.01 m
Calculamos el diametro: Dt
4 A π
1.134 m
Consideramos que la altura es cuatro veces el diametro: ht 4 Dt 4.535 m Verificación de la altura:
hv 48in hf 18in
La profundidad del liquido es: hl ht hv hf 2.859 m e) Analice los items anteriores, con las siguientes variaciones en las concentraciones: e1) 0.6 C1, 0.2 C2, 0.2 C3
0.6 z1 0.2 0.2
Calculamos el punto de rocio y burbuja para determinar si la destilacion flash puede ocurrir Punto burbuja Tb 100 2
Ke(Tb Pi)z1i 1
f ( Tb )
i 0
Tb root( f ( Tb ) Tb ) 155.102 Tburbuja ( Tb 460 )R 169.388 K Punto rocio Tr 200 2
f ( Tr)
i 0
z1 i 1 Ke( Tr P i)
Tr root( f ( Tr) Tr) 13.487 Trocio ( Tr 460 )R 263.048 K Tburbuja 169.388 K
T 283.15 K
Trocio 263.048 K
No puede ocurrir la destilación flash debido a que la temperatura del sistema es mayor a la de rocío. e2) 0.2 C1, 0.7 C2, 0.1 C3
0.2 z2 0.7 0.1 Calculamos el punto de rocio y burbuja para determinar si la destilacion flash puede ocurrir Punto burbuja Tb 100 2
f ( Tb )
Ke(Tb Pi)z2i 1 i 0
Tb root( f ( Tb ) Tb ) 95.707 Tburbuja ( Tb 460 )R 202.385 K
Punto rocio Tr 200 2
f ( Tr)
i 0
z2 i 1 Ke( Tr P i)
Tr root( f ( Tr) Tr) 9.475 Trocio ( Tr 460 )R 260.819 K Tburbuja 202.385 K
T 283.15 K
Trocio 260.819 K
No puede ocurrir la destilación flash debido a que la temperatura del sistema es mayor a la de rocío. e4) 0.4 C1, 0.4 C2, 0.2C3
0.4 z4 0.4 0.2 Calculamos el punto de rocio y burbuja para determinar si la destilacion flash puede ocurrir Punto burbuja Tb 100 2
f ( Tb )
Ke(Tb Pi)z4i 1 i 0
Tb root( f ( Tb ) Tb ) 134.025 Tburbuja ( Tb 460 )R 181.097 K Punto rocio Tr 200 2
f ( Tr)
i 0
z4 i 1 Ke( Tr P i)
Tr root( f ( Tr) Tr) 20.995 Trocio ( Tr 460 )R 267.219 K Tburbuja 181.097 K
T 283.15 K
Trocio 267.219 K
No puede ocurrir la destilación flash debido a que la temperatura del sistema es mayor a la de rocío. e5) 0.25 C1, 0.25 C2,0.5C3
0.25 z5 0.25 0.5 Calculamos el punto de rocio y burbuja para determinar si la destilacion flash puede ocurrir Punto burbuja Tb 100
2
f ( Tb )
Ke(Tb Pi)z5i 1 i 0
Tb root( f ( Tb ) Tb ) 105.13 Tburbuja ( Tb 460 )R 197.15 K Punto rocio Tr 200 2
f ( Tr)
i 0
z5 i 1 Ke( Tr P i)
Tr root( f ( Tr) Tr) 63.265 Trocio ( Tr 460 )R 290.703 K Tburbuja 197.15 K
T 283.15 K
Trocio 290.703 K
La destilación flash es posible. Debemos calcular el valor de Ψ Ψ 0.02
2 z5i ( 1 Ke( Tadim P i) ) f ( Ψ ) 1 Ψ ( Ke( Tadim P i) 1) i 0
Obtengo el grado de separación resolviendo la expresión de Rachford-Rice.
Ψ root( f ( Ψ ) Ψ ) Ψ 0.763 c) Los valores de las corrientes líquida y vapor y sus respectivas composiciones. Con el grado de separacion y los balances de materia, calculo V, L, xi e yi. Conociendo F, obtengo V y luego L: V Ψ F V 211.822
mol s
Con F y V calculamos L
Flujo de vapor que sale por arriba de la camara
L F V 65.956
mol s
Calculamos las fracciones molares de cada compuesto en el vapor y del liquido z5 x5 i
i
1 Ψ ( Ke( Tadim P i) 1 )
y5 x5 Ke( Tadim P i) i
i
0.018 x5 0.132 0.85
0.322 y5 0.287 0.391
d) Dimensione la cámara de separación, tanque de destilación. Debemos hallar el valor de la constante del tambor K
Para el líquido:
2
PML
x5 PM 0.042 i
i
i 0
kg mol
2
VML
i
i 0
3
cm
cm
x5 Vm 81.318 i
mol
Calculamos la densidad: ρL
Para el vapor:
PML VML
2
PMV
513.363
i
3
m
y5 PM 0.031 i
i 0
kg
kg mol
2
VMV
i 0
Calculamos la densidad: ρV
PMV VMV
449.114
kg 3
m
Calculamos Flv: Flv
L PML V PMV
ρV ρL
0.392
Calculamos la constante del tambor con la siguiente ecuacion
AB ln( Flv) C ( ln( Flv) ) 2 D ( ln( Flv) ) 3 E ( ln( Flv) ) 4 Ktambor = e Las constantes las sacamos del Wankat: A 1.877478097
C 0.1870744085
B 0.8145804597
D 0.0145228667
E 0.0010148518
y5 Vm 69.099 i
i
3
mol
AB ln( Flv) C ( ln( Flv) ) 2D ( ln( Flv) ) 3E ( ln( Flv) ) 4 Ktambor e Ktambor 0.282 Calculamos la velocidad permisible del vapor:
u perm Ktambor
ρL ρV ft
u perm 0.107
ρV ft s
Se despeja el área transversal: A
V PMV u perm ρV
2
0.451 m
Calculamos el diametro: Dt
4 A π
0.758 m
Consideramos que la altura es cuatro veces el diametro: ht 4 Dt 3.031 m Verificación de la altura:
hv 48in hf 18in
La profundidad del liquido es: hl ht hv hf 1.354 m
s