Acetona

OPERACIONES UNITARIAS II
UNIDAD II: DESTILACION FRACCIONADA
METODO McCABE-THIELE
Se va a fraccionar 1000 lb/h de una solución de acetona-agua, que contiene 25% en peso de acetona, a 1
atm de presión. Se desea recuperar el 99,5% de la acetona en el destilado a una concentración de 99%
en peso. La alimentación se va a tener a 26,7 ºC y se va a precalentar mediante un intercambio de calor
conel producto residual del fraccionador, que a su vez se va a enfriar a 51,7 ºC. Los vapores destilados se
van a condensar y enfriar a 37,8 ºC mediante agua de enfriamiento que entra a 26,7 ºC y sale a 40,6 ºC. El
reflujo va a regresar a 37,8 ºC con una relación de Ropt/Rmin igual a 2.27. Se va a utilizar vapor de agua
indirecto como medio de calentamiento en el rehervidor a 1.5 Kgf/cm2. La torreva a estar aislada para
reducir la perdida calorífica a valores despreciables. Calcule:
a. El flujo y composición del destilado, reflujo y residuo, por hora
b. La carga calorífica del condensador y el flujo de agua de enfriamiento, por hora
c. La entalpía de la alimentación al entrar en la torre y su condición térmica (expresada
cuantitativamente)
d. La carga calorífica del rehervidor y elflujo de vapor de agua , por hora
e. Número de etapas a reflujo total
f. El número de platos ideales requeridos si la alimentación se introduce en la ubicación optima.
g. Ubicación del plato de alimentación y las composiciones del flujo de liquido y vapor en equilibrio
h. El numero de platos reales si la eficiencia global es de 60%
T, ºC
Capacidad calorífica acetona, kJ/kg.ºc
Calor latenteevaporación, kJ/kg
Solución:
Esquema del proceso especificado

20
2,22
1013

37,8
2,26
976

65,6
2,34
917

93,3
2,43
863

100
850

Calculo de las composiciones y flujos de la corriente de alimentación, destilado y residuo en unidades
molares:
PMAcetona = 58 kg/kmol

PMAgua = 18 kg/kmol

xF = 0,09375

xD = 0,9685
PMmezcla,F = 0,09375(58) + 0,90625(18) = 21,75kg/kmol
PMmezcla,F = 21,75 kg/kmol
PMmezcla,D = 0,9685(58) + 0,0315(18) = 56,74 kg/kmol
PMmezcla,D = 56,74 kg/kmol

F = 208,547 kmol/h

D = 20,086 kmol/h
Realizando un balance global de materia en la columna
F = D + B ======> 208,547 kmol/h – 20,086 kmol/h = B
B = 188,4607 kmol/h
Balance por componente:
F.XF = D.XD + B.XB

======> XB = (F.XF - D.XD )/ B

XB = [208,547 kmol/h(0,09375) -20,086 kmol/h(0,9685)]/ 188,4607 kmol/h
XB = 5.1994 x 10-4
Calculo del calor retirado en el condensador, qC:
Balance global de materia en el condensador, entorno II:
V = L + D; dividiendo ambos términos de la ecuación por D, se obtiene: V = D(R + 1)
Ropt/Rmin = 2.27 ===> Ropt = 2.27 Rmin

Trazando en la grafica x-y para acetona – agua el Rmin
Obteniéndose el corte con el eje Y igual a XD/(Rmin +1) = 0.54 despejando queda Rmin = (XD/0.54) – 1
Rmin = (0,9685/0.54) – 1

Rmin = 0,7935

Ropt = 2.27 (0.7935) = 1.801

Ropt = 1,8

V = 20,086 kmol/h (1,8 + 1) = 56,2408 kmol/h
V = 56,2408 kmol/h
Calculo del flujo del reflujo, L:
L = 1,8(D) = 1,8(20,086 kmol/h) = 36,1548 kmol/h

L = 36,1548 kmol/h , Xo = 0.9685

Balance de energía en el condensador:
V.HV = L.hL + D.hD + qChL = hD condensador total

V (HV – hL) = V.λmezcla,V = qC
Del gráfico: calor latente de mezcla vs. temperatura, se obtiene: λ

Mezcla

= 976 kJ/kg a T= 37.8 ºC

λmezcla,V = 976 kJ/kg
qC = 56,2408 kmol/h (976 kJ/kg)(56,74 kg/kmol) = 3.114.516,52 kJ/h
qC =3.114.516,52 kJ/h
Calculo del flujo de agua de enfriamiento, magua:
qc = magua.CP,agua(Ts,agua – Te,agua)
Cp

Agua

aTemperatura Promedio 33.65 ºC = 4,1791

magua = 53617,1181 kg/h

Calculo de la entalpia de la corriente de alimentación en el punto de entrada a la torre:
Para determinar la entalpia en la corriente de alimentación a la entrada de la columna se realiza un balance entalpico en
el intercambiador de calor a la entrada de la columna
F.hF,e + B.hB,e = F.hF,s + B.hB,s ======> F(hF,e - hF,s) = B(hB,s –...