análisis de variación de la calidad de vapor
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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
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Introducción
Mezcla etanol-agua : Azeotropo
Chemsep y superpro
Objetivo: evaluar variaciones de calidad
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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).
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Corrientes
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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
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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
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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).
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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
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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.
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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.
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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.
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MONTAJE EN CHEMSEP
Elección de componentes
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Datos de operación
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Modelos termodinámicos, propiedades físicas y reacciones
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Datos necesarios de alimentación (En esta sección se variara la calidad del vapor alimentado, q=1, q=0, q=0.46).
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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
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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
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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
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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
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SUPER PRO DESGNER V 8.5
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Datos arrojados al realizar la simulacion
Corriente del destilado
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Corriente del Residuo
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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
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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
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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.
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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 >.
![Page 29: Análisis de variación de la calidad de vapor](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042521/55951ca61a28ab4c208b466b/html5/thumbnails/29.jpg)
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.