Ing. quimica

Separación por transferencia de materia

DIQUIMA–UPM, Otoño 2008

8.5. Problemas
Problema 8.1 (Examen Final de Junio (segundo bloque) 27/6/00)
En un proceso petroquímico se desea separar la fracción parafínica (representada por el n-heptano,
C7P) de la aromática (representada por el etilbenceno, C8A) contenidas en una corriente de
1200 t/d. Para ello se utiliza el sulfolano, que tiene unafuerte afinidad por los aromáticos, en una
columna de extracción L-L.
La alimentación tiene una composición del 63 % (mol) de C8A. El sulfolano debe ser recuperado
por destilación, obteniéndose prácticamente puro. Se supondrá que las rectas de reparto son
las mismas para ambas temperaturas en el diagrama ternario adjunto. Interpolar gráfica o
numéricamente las rectas de reparto que seannecesarias para el cálculo.
Con estos datos dibujar un esquema del proceso y resolver las siguientes cuestiones:
1. Si en el refinado queda un máximo de aromáticos del 5 %, calcular la unidad de extracción
indicando el número de etapas teóricas y, en una tabla, los caudales y composiciones de las
corrientes.
2. Construir el diagrama de distribución (x − y) para el sistema.
3. Se quiere obtener unamayor recuperación de aromáticos, de forma que la composición
residual en el refinado sea inferior al 2 %. ¿Es posible conseguirlo con la relación disolvente
alimentación del primer apartado? Si no, determinar la apropiada.
4. Calcular el número de etapas necesario en el diagrama x − y.

Figura 8.32: Diagrama de equilibrio L-L

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Solución
El esquema del proceso se muestra en la figura:
RN,(C7P + C8A)

S (Sulfolano)

F (C8A + C7P)

E1,(S + C8A)

Figura 8.33: Extracción de aromáticos con sulfolano

El diagrama y las composiciones nos las dan en base molar, por lo que convertiremos el dato de la
alimentación para hacer los cálculos con moles:
PMm = 0, 63 · PMC8A + 0, 37 · PMC7P = 0, 63 · 106, 2 +0, 37 · 100, 2 = 104 kg/kmol
F=

Fmasa
PMm · 24

=

1200000 kg/d
104 kg/kmol · 24 h/d

= 480, 9 kmol/h

Usaremos la curva a 100 ◦ C, pues proporciona más separación a menor temperatura.
1. Con la información que tenemos se dispone de un grado de libertad para el diseño que
fijaremos estableciendo el caudal del disolvente en función del mínimo que conduce a un
número infinito deetapas.
El número infinito de etapas se alcanza cuando una recta de reparto coincide con una recta
de operación, o lo que es lo mismo, cuando la prolongación de la recta de reparto pasa por el
punto diferencia:
∆ = F − E 1 = RN − S
Para calcular ∆min trazaremos la recta que pasa por RN y S , que según la ecuación anterior
también lo hace por el punto diferencia. S está en el vértice del sulfolano yRN en la curva
de miscibilidad, en el lado del refinado, para una concentración de C8A del 5 %.
Prolongando las rectas de reparto entre F y RN (pues las demás no se alcanzarían nunca en
el cálculo) hasta que corten a la anterior recta, elegimos como ∆min el punto que más cerca
está de S , ya que la inclinación de lar rectas de reparto es hacia el lado del extracto.
De acuerdo con la ecuaciónanterior E1 está en la recta que une ∆min y F, y, como sabemos,
sobre la curva de miscibilidad. Una vez conocido E1 podemos conocer la mínima cantidad

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de disolvente a partir del balance global:
F + S = E 1 + RN = M
Leyendo en el diagrama y aplicando la regla de la palanca:
F Mmin
73
S min
73
=
⇒ S min = 481= 835, 8 kmol/h
=
F
42
Mmin S min 42
Con el criterio típico de usar 1,5 veces el caudal mínimo:
S = 1, 5S min = 1254 kmol/h
Con este dato situamos gráficamente el punto de mezcla en el diagrama, valiendo FS = 115
mm, aplicando de nuevo la regla de la palanca:
MF = FS

S
1254
= 115
= 83 mm
M
1254 + 481

Situado el punto de mezcla, E1 se encuentra en la línea que une M con RN...