Balance de materia y rectas de operación en una columna de destilación con extracción lateral
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Resumen
El documento resuelve el balance de materia de una columna de destilación con extracción lateral, calculando los caudales de destilado, residuo, reflujo y vapor. Después determina las rectas de operación en cada tramo de la columna y el número de etapas teóricas. Sirve para revisar el procedimiento de cálculo en este tipo de columnas.
Puntos clave
- La extracción lateral retira el 30% del alcohol que entra con la alimentación (E = 11,5 kmol/h).
- Del balance global se obtienen D = 17,62 kmol/h y R = 70,88 kmol/h.
- Con una relación de reflujo r = 2, el líquido recirculado es Ld = 35,24 kmol/h y el vapor de cabeza Vd = 52,86 kmol/h.
- Entre la extracción lateral y la cabeza, la recta de operación es y = 0,667x + 0,247.
- El número de etapas teóricas calculado es 8 (7 platos más la caldera).
- La alimentación entra por el plato 6 contando desde la cabeza y la extracción lateral se realiza por el plato 3.
Balance de Materia
El alcohol que sale de la corriente lateral es el 30% del que entra con la alimentación:
E = 0.3 * A * xa
E = 0.3 * 100 * 0.207 = 11.5 kmol/h
Las corrientes de destilado (D) y residuo (R) se obtienen del balance global:
100 = D + R + 11.5
100 * 0.207 = D * 0.742 + R * 0.020 + 11.5 * 0.54
D = 17.62 kmol/h
R = 70.88 kmol/h
El líquido recirculado a la columna como reflujo (Ld) y el vapor que la abandona por su cabeza (Vd) serán:
Ld = r * D = 2 * 17.62 = 35.24 kmol/h
Vd = Ld + D = D * (r + 1) = 17.62 * 3 = 52.86 kmol/h
No se afecta la corriente de vapor que circula a lo largo de la columna:
Vn = Ve = Vd = 52.86 kmol/h
El caudal que circula por la columna entre la extracción lateral y el plano de alimentación es:
Le = Ld - E = 35.24 - 11.5 = 23.74 kmol/h
Rectas de Operación
Las diferentes rectas de operación en los distintos tramos de la columna son:
Entre la extracción lateral y la cabeza de la columna:
y = (r / (r + 1)) * x + (D / (r + 1))
y = 0.667 * x + 0.247
Entre el plato de alimentación y la extracción lateral:
y = (E / Vd) * x + (D * Xd - E * xe) / Vd
y = 0.22 * x + 0.365
La recta de agotamiento se construye uniendo el punto de la diagonal (Xr) con el de corte de la recta anterior con la de la alimentación (qa). Entonces, Xa = 0.207.
Etapas Teóricas
El número de etapas teóricas se obtiene al trazar los escalones entre las tres rectas y la curva de equilibrio. Entonces, el número de etapas teóricas es Net = 8 (7 platos + caldera).
El plato de alimentación es el 6 desde la cabeza, mientras que la extracción lateral se realiza por el plato 3 desde la cabeza.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Cómo se calcula el caudal de destilado en esta columna?
Se obtiene del balance global de materia, planteando 100 = D + R + 11,5 y el balance del componente más volátil. El resultado es D = 17,62 kmol/h.
¿Cuántas etapas teóricas tiene la columna según el documento?
El documento indica Net = 8, que corresponden a 7 platos más la caldera.
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