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www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 3 www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Prefacio xv Agradecimientos xvii Acerca del autor xix Nomenclatura xxi Capítulo 1 Introducción a la ingeniería de procesos de separación 1 1.1. Importancia de las separaciones 1 1.2. El concepto de equilibrio 2 1.3. Transferencia de masa 4 1.4. Métodos para resolver los problemas 5 1.5. Prerrequisitos 7 1.6. Otras fuentes sobre ingeniería de procesos de separación 8 1.7. Resumen–Objetivos 9 Referencias 9 Tarea 10 Capítulo 2 Destilación instantánea 12 2.1. Método básico de destilación instantánea 12 2.2. Forma y fuentes de los datos de equilibrio 14 2.3. Representación gráfica del equilibrio binario vapor-líquido 16 2.4. Destilación instantánea binaria 21 2.4.1. Procedimiento secuencial de solución 21 Ejemplo 2-1. Separador de evaporación instantánea para etanol y agua 24 2.4.2. Procedimiento de solución simultánea 27 2.5. Equilibrio vapor-líquido con varios componentes 29 2.6. Destilación instantánea de varios componentes 34 2.7. Convergencia simultánea con varios componentes 40 2.8. Cálculo de los tamaños 45 2.9. Uso de tambores de destilación existentes 49 2.10. Resumen–Objetivos 50 Referencias 51 Tarea 52 Apéndice al capítulo 2 Simulación en computadora de la destilación instantánea 59 www.FreeLibros.me Capítulo 3 Introducción a la destilación en columna 65 3.1. Desarrollo de una cascada de destilación 65 3.2. Equipo de destilación 72 3.3. Especificaciones 74 3.4. Balances externos de la columna 76 3.5. Resumen–Objetivos 81 Referencias 81 Tarea 81 Capítulo 4 Destilación en columna: balances internos, etapa por etapa 86 4.1. Balances internos 86 4.2. Métodos de solución de etapa por etapa, para destilación binaria 90 4.3. Introducción al método de McCabe-Thiele 97 4.4. Línea de alimentación 101 4.5. Método completo de McCabe-Thiele 109 4.6. Perfiles para destilación binaria 112 4.7. Calentamiento con vapor directo 114 4.8. Procedimiento general de análisis McCabe-Thiele 118 4.9. Otras situaciones en las columnas de destilación 125 4.9.1. Condensadores parciales 125 4.9.2. Vaporizadores totales 126 4.9.3. Corrientes laterales o líneas de salida 126 4.9.4. Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios 128 4.9.5. Columnas de agotamiento y enriquecimiento 129 4.10. Condiciones límite de operación 130 4.11. Eficiencias 133 4.12. Problemas de simulación 135 4.13. Usos nuevos para columnas viejas 136 4.14. Reflujo subenfriado y vapor sobrecalentado al plato inferior 138 4.15. Comparaciones entre los métodos analíticos y los gráficos 140 4.16. Resumen–Objetivos 142 Referencias 143 Tarea 144 Apéndice al capítulo 4 Simulaciones de destilación binaria en computadora 158 Capítulo 5 Introducción a la destilación de varios componentes 161 5.1. Dificultades de cálculo 161 5.2. Perfiles para destilación de varios componentes 167 5.3. Resumen–Objetivos 172 Referencias 172 Tarea 172 www.FreeLibros.me Capítulo 6 Procedimientos de cálculo exacto para destilación de varios componentes 176 6.1. Introducción a la solución matricial para destilación de varios componentes 176 6.2. Balances de masa de componentes en forma de matrices 178 6.3. Proposición inicial para tasas de flujo 181 6.4. Cálculos de punto de burbuja 181 6.5. Método θ de convergencia 184 θ 6.6. Balances de energía en forma matricial 191 6.7. Resumen–Objetivos 194 Referencias 195 Tarea 195 Apéndice al capítulo 6 Simulaciones en computadora de columnas de destilación de varios componentes 200 Capítulo 7 Métodos abreviados aproximados para destilación de varios componentes 205 7.1. Reflujo total: Ecuación de Fenske 205 7.2. Reflujo mínimo: Ecuaciones de Underwood 210 7.3. Correlación de Gilliland para la cantidad de etapas a relación de reflujo finita 215 7.4. Resumen–Objetivos 219 Referencias 219 Tarea 220 Capítulo 8 Introducción a métodos complejos de destilación 225 8.1. Ruptura de azeótropos con otros separadores 225 8-2. Procesos de destilación azeotrópica binaria heterogénea 227 8.2.1. Azeótropos heterogéneos binarios 227 8.2.2. Secado de compuestos orgánicos parcialmente miscibles con agua 230 8.3. Destilación por arrastre de vapor 234 8.4. Procesos de destilación a dos presiones 238 8.5. Sistemas ternarios complejos de destilación 239 8.5.1. Curvas de destilación 240 8.5.2. Curvas de residuo 243 8.6. Destilación extractiva 245 8.7. Destilación azeotrópica con solvente agregado 251 8.8. Destilación con reacción química 255 8.9. Resumen–Objetivos 258 Referencias 258 Tarea 260 Apéndice al capítulo 8 Simulación de sistemas complejos de destilación 270 Capítulo 9 Destilación intermitente 276 9.1. Destilación intermitente binaria: Ecuación de Rayleigh 278 www.FreeLibros.me 9.2. Destilación intermitente binaria simple 279 9.3. Destilación intermitente a nivel constante 283 9.4. Destilación intermitente por arrastre con vapor de agua 284 9.5. Destilación intermitente en varias etapas 285 9.5.1. Relación de reflujo constante 286 9.5.2. Relación de reflujo variable 290 9.6. Tiempo de operación 291 9.7. Resumen–Objetivos 292 Referencias 292 Tarea 293 Capítulo 10 Diseño de columnas de platos y empacadas 301 10.1. Descripción de los equipos en las columnas de platos 301 10.1.1. Platos, bajantes y vertederos 304 10.1.2. Entradas y salidas 306 10.2. Eficiencias de platos 309 10.3. Cálculo del diámetro de la columna 314 10.4. Distribución y consideraciones hidráulicas para platos perforados 320 10.5. Diseño de platos de válvulas 327 10.6. Introducción al diseño de columnas empacadas 329 10.7. Partes internas de las columnas empacadas 329 10.8. Altura del empaque. Método de la Hetp 331 10.9. Inundación de la columna empacada y cálculo del diámetro 333 10.10. Consideraciones económicas 341 10.11. Resumen–Objetivos 345 Referencias 345 Tarea 348 Capítulo 11 Economía y conservación de energía en la destilación 354 11.1. Costos de destilación 354 11.2. Efectos de la operación sobre los costos 359 11.3. Cambios en capacidades de la planta 366 11.4. Conservación de la energía en la destilación 366 11.5. Síntesis de secuencias de columnas para destilación de varios componentes casi ideales 370 11.6. Síntesis de sistemas de destilación para mezclas ternarias no ideales 376 11.7. Resumen–Objetivos 380 Referencias 380 Tarea 382 www.FreeLibros.me Capítulo 12 Absorción y arrastre 385 12.1. Equilibrios de absorción y arrastre 387 12.2. Líneas de operación para absorción 389 12.3. Análisis del arrastre 394 12.4. Diámetro de la columna 396 12.5. Solución analítica: La ecuación de Kremser 397 12.6. Absorbedores y separadores de arrastre con varios solutos diluidos 403 12.7. Solución matricial para absorbedores y separadores de arrastre con soluciones concentradas 406 12.8. Absorción irreversible 410 12.9. Resumen–Objetivos 411 Referencias 412 Tarea 413 Apéndice al capítulo 12 Simulaciones de absorción y arrastre en computadora 421 Capítulo 13 Extracción inmiscible, lavado, lixiviación y extracción supercrítica 424 13.1. Procesos y equipos de extracción 424 13.2. Extracción a contracorriente 428 13.2.1. Método de McCabe-Thiele para sistemas diluidos 428 13.2.2. Método de Kremser para sistemas diluidos 434 13.3. Extracción fraccionada diluida 435 13.4. Extracción en una etapa y con flujo cruzado 439 13.5. Extracción con fases inmiscibles y concentradas 443 13.6. Extracción intermitente 444 13.7. Procedimientos generalizados de McCabe-Thiele y de Kremser 445 13.8. Lavado 448 13.9. Lixiviación 452 13.10. Extracción con fluido supercrítico 454 13.11. Aplicación a otras separaciones 457 13.12. Resumen–Objetivos 457 Referencias 457 Tarea 459 Capítulo 14 Extracción de sistemas parcialmente miscibles 468 14.1. Equilibrios en extracción 468 14.2. Cálculos en mezclado y la regla de la palanca 471 14.3. Sistemas de una etapay flujo cruzado 474 14.4. Cascadas de extracción a contracorriente 477 14.4.1. Balances externos de masa 477 14.4.2. Puntos de diferencia y cálculos de etapa por etapa 479 14.4.3. Problema completo de extracción 483 www.FreeLibros.me 14.5. Relación entre los diagramas de McCabe-Thiele y triangulares 485 14.6. Flujo mínimo de solvente 486 14.7. Simulaciones de la extracción en computadora 488 14.8. Lixiviación con tasas de flujo variables 489 14.9. Resumen–Objetivos 492 Referencias 492 Tarea 493 Apéndice al capítulo 14 Simulación de la extracción en computadora 499 Capítulo 15 Análisis de la transferencia de masa 501 15.1. Fundamentos de la transferencia de masa 501 15.2. Análisis de las columnas de destilación con altura y número de unidades de transferencia (HTU y NTU) 504 15.3. Relación entre HETP y HTU 511 15.4. Correlaciones de transferencia de masa para torres empacadas 513 15.4.1. Correlaciones detalladas para empaques aleatorios 513 15.4.2. Correlaciones sencillas 520 15.5. Análisis HTU-NTU de absorbedores y separadores de arrastre 521 15.6. Análisis HTU-NTU de absorbedores concurrentes 526 15.7. Transferencia de masa en un plato 528 15.8. Resumen–Objetivos 531 Referencias 531 Tarea 532 Capítulo 16 Introducción a los procesos de separación con membrana 535 16.1. Equipos de separación con membrana 537 16.2. Conceptos relacionados con las membranas 541 16.3. Permeación de gases 544 16.3.1. Permeación de mezclas binarias de gases 544 16.3.2 Permeación binaria en sistemas perfectamente mezclados 547 16.3.3 Permeación de varios componentes en sistemas perfectamente mezclados 555 16.4. Ósmosis inversa 558 16.4.1. Análisis de la ósmosis y la ósmosis inversa 558 16.4.2. Determinación experimental de las propiedades de las membranas 564 www.FreeLibros.me 16.4.3. Determinación de la polarización de concentración 566 16.4.4. Ósmosis inversa con soluciones concentradas 573 16.5. Ultrafiltración 573 16.6. Pervaporación 579 16.7. Efectos de la pauta de flujo general 588 16.7.1. Permeación binaria con flujo cruzado 590 16.7.2. Permeación binaria concurrente 592 16.7.3. Flujo binario a contracorriente 594 16.8 Resumen–Objetivos 595 Referencias 596 Tarea 597 Apéndice al capítulo 16 hojas de cálculo para cálculos con pautas de flujo, para permeación de gases 603 16.A.1. Flujo cruzado 603 16.A.2. Flujo concurrente 605 16.A.3. Flujo a contracorriente 607 Capítulo 17 Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico 609 17.1. Sorbentes y equilibrio de sorción 610 17.1.1. Definiciones 610 17.1.2. Tipos de sorbente 612 17.1.3. Comportamiento de equilibrio en adsorción 615 17.2. Análisis del movimiento de soluto para sistemas lineales: fundamentos y aplicaciones a la cromatografía 621 17.2.1. Movimiento del soluto en una columna 623 17.2.2. Teoría del movimiento del soluto para isotermas lineales 625 17.2.3. Aplicación de la teoría lineal del movimiento del soluto a ciclos de purga y a la cromatografía de elución 17.3. Análisis de movimiento de soluto para sistemas lineales: Adsorción térmica y con variación de presión, y movimiento simulado de lecho 631 17.3.1. Adsorción con oscilación de temperatura 631 17.3.2. Adsorción con oscilación de presión 641 17.3.3. Lechos móviles simulados 649 17.4. Análisis de movimiento no lineal del soluto 654 17.4.1. Ondas difusas 655 626 www.FreeLibros.me 17.4.2. Ondas de choque 658 17.5. Intercambio iónico 663 17.5.1. Equilibrio en el intercambio iónico 664 17.5.2. Movimiento de los iones 667 17.6. Transferencia de masa y energía 672 17.6.1. Transferencia de masa y difusión 672 17.6.2. Balances de masa en la columna 674 17.6.3. Transferencia de masa con parámetro agrupado 675 17.6.4. Balances de energía y transferencia de calor 676 17.6.5. Deducción de la teoría del movimiento del soluto 677 17.6.6. Simuladores detallados 678 17-7. Soluciones de transferencia de masa para sistemas lineales 678 17.7.1. Solución de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersión 679 17.7.2. Superposición en sistemas lineales 680 17.7.3. Cromatografía lineal 683 17.8. Método LUB para sistemas no lineales 687 17.9. Lista de control para diseño y operación en la práctica 691 17.10. Resumen–Objetivos 693 Referencias 693 Tarea 696 Apéndice al capítulo 17 Introducción al simulador Aspen Chromatography 708 Guía de localización de problemas en Aspen Plus para separaciones 713 Respuestas a problemas seleccionados 717 www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ′ www.FreeLibros.me ′ ′ ′ www.FreeLibros.me ′ ′ − www.FreeLibros.me μ ρ μ ρ − www.FreeLibros.me α β γ δ δ ν ε η θ λ μ μ ρ ρ σ φ φ ψ ρ ρ ψ ψ ′ ′ www.FreeLibros.me ′ ′ ′ μ www.FreeLibros.me α π π θ θ′ ′ ′ μ ν μ ρ ρ r λ ω − − − ε www.FreeLibros.me − ′ − ′ www.FreeLibros.me F ε ε ε ε www.FreeLibros.me β γ ε ε ε r r r r r s s s τ ζ www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Productos.Materias primas Subproductos Separadores Reactor Recirculación Separador Separación y purificación www.FreeLibros.me PLíquido, TLíquido PVapor, TVapor www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 16 17 Para matrices www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Alimentación Bomba Calentador Válvula Separador de niebla Ttamb Ptamb QH F, z Tl, p l V, y HV L, x hL TF PF hF www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me Azeótropo p = l atm x E y E Isoterma Vapor Líquido T °C Azeótropo p = l atm xE o yE www.FreeLibros.me Línea de rocío, 1 kg/cm2 En ta lp ía , K c al /k g Iso te rm a de ví nc ulo Co m po si ci ón az eo tr óp ic a Línea de ebullición, 1 Kg/cm2 Agua 0 °C Línea de congelación Líquido Concentración de alcohol, fracción en peso SólidoHielo 0 °C Línea auxiliar para composiciones de equilibrio interpolar www.FreeLibros.me Vapor saturado Línea auxiliar Isoterma Líquido saturado www.FreeLibros.me Línea de unión Línea de unión www.FreeLibros.me − − − − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me línea de operación pendiente = L/V www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me FV FL Línea de unión Alimentación P = Ptamb www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me TE M PE RA TU RA , ° C PR ES IÓ N , k P a M ET A N O ET IL EN O ET A N O PR O PI LE N O PR O PA N O IS O BU TA N O N -B U TA N O IS O PE N TA N O N -P EN TA N O N -H EX A N O N -H EP TA N O N -O CT A N O N -N O N A N O www.FreeLibros.me TE M PE RA TU RA , ° C PR ES IÓ N , k P a M ET A N O M ET A N O ET ILE N O ET ILE N O ET A N O ET A N O PR O PI LE N O PR O PI LE N O PR O PA N O PR O PA N O IS O BU TA N O IS O BU TA N O N -B U TA N O N -B U TA N O IS O PE N TA N O IS O PE N TA N O N -P EN TA N O N -P EN TA N O N -H EX A N O N -H EX A N O N -H EP TA N O N -H EP TA N O N -O CT A N O N -O CT A N O N -N O N A N O N -N O N A N O N -D EC A N O N -D EC A N O www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − ° www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me = − www.FreeLibros.me ° ° www.FreeLibros.me = ° www.FreeLibros.me ° ° ° = = ptamb Ttamb www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ° ° www.FreeLibros.me ° ° www.FreeLibros.me − − Finalizar Ingresar condiciones especificadas y datos de equilibrio Estimar Ttamb Calcular Ki (Ttamb, ptamb) Estimar V/F ResolverEc. Rachford-Rice (2-42) ¿Es Sí Sí Calcular xi, yi, L, V, H y h Estimar Ttamb ¿Se satisface el balance de energía? f(V/F) = 0 www.FreeLibros.me ° ° − ° ° ° < ° ° = ° = ° ° ° ° www.FreeLibros.me ° = − < ° ° desconocidas desconocidas Ttamb = ? www.FreeLibros.me ° − × − − × − − × − × − − × − × − www.FreeLibros.me ° ° ° ° – – – – – www.FreeLibros.me Líquido Boquilla de entrada Nivel máximo www.FreeLibros.me ° ° www.FreeLibros.me ° ° ° ° ° r www.FreeLibros.me F1v = WL v = 80034 3.14 × 10−3 = 0.0722 Wv L 74503 0.6960 = 0.4433 0.6960 – 0.00314 = 6.5849 pies/s 0.00314 uperm = Ktamb L – v v ° www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ° ° CalentadorBomba www.FreeLibros.me ° × − − × − × − × − − × − ° ° ° ° www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me r r www.FreeLibros.me ° ° www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me A Acumulador Agua de enfriamiento Bajante Etapa o plato Alimentación Bomba Región de asentamiento Vapor www.FreeLibros.me B www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me C Vista lateral Bajante Plato perforado Líquido y vapor Agujeros Vertedor Bajante Vertedor www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me × × www.FreeLibros.me z − xBD = ( xD − xB )F TReflujo Presión www.FreeLibros.me xD − zB = F − D = ( xD − xB )F FhF + Qc + QR = DhD + BhB V1 = ( L0 )D + D = (1 + L0 )D D D V1H1 + Qc = DhD + L0h0 www.FreeLibros.me z − xBQc = (1 + L0 )D(hD − H1) = (1 + L0 )( xD − xB )F(hD − H1)D D − QR = DhD + BhB − FhF + (1 + L0 )D(H1 − hD)D z xBQR = ( xD xB )FhD + ( xD xB )FhB FhF + (1 + L0 )( xD xB )F(H1 hD)D xD xz Bz www.FreeLibros.me z − xB 0.3 − 0.05D = F ( xD − xB ) = 10,000 [ 0.8 − 0.05 ] = 3333 kg/hr − − Qc = (1 + L0 )D(hD − H 1) = (1 + 3)(3333)(60 − 330) = −3,559,640 kcal/hrD QR = (3333)(60) + (6667)(90) − (10,000)(30) − (−3,599,640) = 4,099,650 kcal/hr Líquido saturado www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Colas Alimentación Destilado www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me × × × − × − × − − × − × − cal Btu gmol °C o 1bmol °F × × × www.FreeLibros.me × × × − − × − − × − − × − × − www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − = − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⎢ − ⎪ λ ⎢ − ⎪ λ − www.FreeLibros.me − − − − − −− − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − −− − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − 80% en peso de etanol líquido saturado L0/D = 3 30% en peso de etanol, líquido saturado 5% en peso de etanol F = 10,000 kg/hr www.FreeLibros.me PM PM www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − − − Línea superior de operación Pendiente = L/V www.FreeLibros.me − − Línea inferior de operación Pendiente = L – /V – www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − (etapa de alimentación) www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − ` www.FreeLibros.me Líquido saturado (q = 1) Línea y = x Líquido subenfriado (q > 1) Mezcla de dos fases Vapor saturado Vapor sobrecalentado www.FreeLibros.me q L Labajo de la alimentación arriba de la a 5 2 llimentación tasa de flujo de alimentación f V Varriba de la alimentación abajo de la 5 2 aalimentación tasa de flujo de alimentación Equilibrio Arriba Abajo yabajo Línea de alimentación Línea y = x yCMV xMVC www.FreeLibros.me − − −− − − − − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me Δ λ − Δ λ −− − − − − www.FreeLibros.me ° − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − Líquido saturado Etapa óptima de alimentación www.FreeLibros.me − − − Línea de alimentación Alimentación Línea superior de operación Línea inferior de operación www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me Fracción mol que sale de la etapa Temperatura de la etapa, °C Flujos, kg mol/h, salen de la etapa Ubicación de la etapa www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − (aislado) LO líquido saturado Etapa óptima de alimentación Vapor de agua saturado puro Líquido saturado www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − Línea inferior de operación Op. Sup. www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me Corriente lateral www.FreeLibros.me La alimentación condensa 1 mol de vapor/4 moles Alim. Vapor saturado Alimentaciones óptimas Líquido saturado www.FreeLibros.me − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − ′ ′ ′ ′ ′ − ′ ′ − ′ − ′ − ′ www.FreeLibros.me − − − − ′ − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − ′ − − www.FreeLibros.me − − − − 4.9.1 Condensadores parciales − www.FreeLibros.me 4.9.2 Vaporizadores totales 4.9.3 Corrientes laterales o líneas de salida Vapor destilado Línea y = xLínea Sup. de Op. yCMV xCMV www.FreeLibros.me YCMV xCMV Intermedia Superior Inferior 51/3 contactos Equil. www.FreeLibros.me 4.9.4 Vaporizadores intermedios y condensadores intermedios www.FreeLibros.me 4.9.5 Columnas de agotamiento y enriquecimiento − − yCMV xCMV Inferior www.FreeLibros.me yCMV xCMV Línea de alimentación www.FreeLibros.me − − xCMV yCMV Línea y = x www.FreeLibros.me Estricción yCMV yCMV xCMV xCMV Estricción Conc. en la etapa Vaporizador Alimentación Condensador Ubicación en la etapa www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − − − yj * en equilibrio con xj xj * en equilibrio con yj curva de pseudo-equilibrio yCMV xCMV www.FreeLibros.me − − − − − Condensador total Líquido o reflujo Sat. Vaporizador parcial yCMV xCMV (1er tanteo) (2° tanteo) (3er tanteo) www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − TReflujo www.FreeLibros.me − − − − − − λ www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Ingresar condiciones especificadas y datos de equilibrio Ajustar el equilibrio a la forma x = f(y) Hacer cálculos de balance externo (opcional) Calcular L/V, L–/V–, ecuación (4-25) y xI ecuación (4-38). Hacer xO = xD, poner i = 1 Calcular yi de la ecuación de operación superior Poner i = i + 1 Calcular xi del equilibrio Poner i = i + 1 Sí Sí Calcular yi con la ecuación de operación inferior ¿Es ¿Es Calcular xi del equilibrio Calcular cantidad fraccionaria de etapas Fin www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me yCMV xCMV www.FreeLibros.me yCMV xCMV www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ° λ × www.FreeLibros.me Vapor www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me F 1 2 3 P B xp D Bomba www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me 99.4% recuperado de C4 L/D = 3.5, líquido saturado p = 101.3 Plato óptimo de alimentación 99.7% recuperado de C5 www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me × − www.FreeLibros.me Líquido, Derr. molal Const. Líquido Líquido Flujo total Vapor, Derr. molalConst. No. de etapa No. de etapa www.FreeLibros.me Tolueno (C. P.) Benceno (C. L.) Cumeno (no C.P.) Número de etapa www.FreeLibros.me Tolueno (CL) Cumeno (CP) Benceno (CNP) Número de etapa www.FreeLibros.me Xileno (CP) Tolueno (CL) Cumeno (CNP) Benceno (CNL) N° de etapa www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me u www.FreeLibros.me Ingresar: Datos de equilibrio y entalpía Ingresar: Condiciones especificadas Seleccionar Lj, Vj y Tj iniciales en cada etapa Calcular valores de K para todos los componentes en cada etapa Resolver el balance de masa de componentes y las ecuaciones de equilibrio en forma matricial, Ecs. (6-1) a (6-13) Calcular temperaturas en cada etapa usando convergencia u y cálculos de punto de burbuja. Ecs. (6-17) a (6-25) Prueba de convergencia: ¿Es u = 1.00? Guardar balance de energía en cada etapa. Calcular Lj y Vj. Ecs. (6-26) a (6-39) Prueba de convergencia: Ecs. (6-40) Sí Fin Se satisface Sustitución directa, nuevas Lj y vj Sustitución directa nueva Tj No se satisface No www.FreeLibros.me − − − − − − , − ,− − , , − ,− , −− , www.FreeLibros.me ,− , , − − − − , , , − − − − , , , − , www.FreeLibros.me − − − − −− ≤ ≤ − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me α − α Estimar T Calcular Ki(T, p, xi) ¿Es Sí FIN T = TPB Estimar nueva T www.FreeLibros.me Σ Σ Σ www.FreeLibros.me , − − , − − u u u www.FreeLibros.me θ θ θ u u θ θ − u , , u www.FreeLibros.me , , , , − u www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − , , , , u www.FreeLibros.me u u 3 3 3 ′ ′ 3 3 − www.FreeLibros.me − − − − , , , , − − − − − − − − − − − − , , − , − − , , u www.FreeLibros.me u θ θ θ ′ θ ′ θ − × θ θ θ ′ θ ′ θ − θ θ θ − × − → θ θ θ www.FreeLibros.me 144° 123° 67° − − − www.FreeLibros.me − − −− − − − − − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − −− − − − − − − − − , − λ − − − − − − www.FreeLibros.me − − ε ε − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me u www.FreeLibros.me u www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me α www.FreeLibros.me − − α α − α xA,dest, xB,dest, xC,dest, . . . xA,vap, xB,vap, xC,vap, . . . www.FreeLibros.me α α − − − α α α − − α α α α α α− α α α α ⋅ ⋅ ⋅ α − α α α α α www.FreeLibros.me − α − − − α − − α α − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me α − − α − α α α α α α www.FreeLibros.me D, xi,dest B,xi,cola www.FreeLibros.me − α α −α α −α − α −α φ φ f f −α φ α − −α φ α f f www.FreeLibros.me −α φ α Vmín −Vmín −α φ α + Δ − α α − φ − − − www.FreeLibros.me α φ α φ α φ α φ α − − − − − www.FreeLibros.me − −α φ α − − − − − − www.FreeLibros.me − α − mín mín Curva ajustada Correlación original de Gilliland www.FreeLibros.me − − − − − − − ≤ ≤ − − − − − www.FreeLibros.me − −− − α − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me B o desechos Recirculación Reflujo Recirculación Recirculación www.FreeLibros.me 8.2.1 Azeótropos heterogéneos binarios www.FreeLibros.me Separador Col. 2 Parte Sup. Col. 2 colas Col. 1. www.FreeLibros.me − − − − −− −− −− www.FreeLibros.me Alimentación Líquido orgánico seco Fase orgánica Fase acuosa www.FreeLibros.me α − α − − − www.FreeLibros.me α − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − Azeótropo Azeótropo (L/V)REAL Línea de alimentación Reflujo Superior L/VMÍN L/VREAL Línea Inf. Op. (L/V) MÍN www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me Agua, xW = 1.0Vapor de agua TVaporizador Decano, nC10 Agua, nW Fase orgánica, xC10 = 0.15 www.FreeLibros.me − − − − − − λ λ − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − − −− − www.FreeLibros.me 8.5.1 Curvas de destilación − www.FreeLibros.me − α α a a a × www.FreeLibros.me Cloroformo x B en ce no Benceno Acetona x A cetona xCloroformo www.FreeLibros.me 8.5.2 Curvas de residuo − − − www.FreeLibros.me − − α α www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Relleno de solvente Alimentación Producto Producto Recirculación de solvente Enfriador www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Fr ac ci ón m ol ar e n fa se lí qu id a Etapas Heptano Fenol Heptano Tolueno Fenol www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me Alimentación de C4 Columna de destilación azeotrópica Alternativa Recirculación de NH3 Separador Recirculación de azeótropo Vaporizador intermedio Columna de agotamiento Butileno Butadieno www.FreeLibros.me − Alimentación Columna azeotrópica Extracción con lavado de agua Relleno de agua Recirculación de agua Recirculación de solvente Relleno de solvente www.FreeLibros.me Agua Etanol, 70 a 90% en peso Solvente de relleno Separador Reflujo de hidrocarburo Capa de agua Agotador Etanol www.FreeLibros.me Fracción mol en vapor Etanol Pentano Agua Etapa V www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me No volátiles Producto volátil Purga Volátiles Purga Producto www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Alimentación Ácido acético Etanol Agua Acetato de etilo Composición del líquido (fracción mol) Temperatura [°C] www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Columna de butanol Columna de agua 0.02, fracción mol de agua Butanol producto 0.995, fracción mol de agua Agua producto Sal + agua n-decano agua agua + sal nagua Recirculación vapor de n-decano desecho www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Recipiente B www.FreeLibros.me − − − − − − www.FreeLibros.me − − − −− − −− − − − www.FreeLibros.me − α α − Área www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me − − − −−− − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me α α − − α Agua de desecho Sin agua Vapor (Sustancias orgánicas) www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me − 9.5.1 Relación de reflujo constante www.FreeLibros.me Líquido saturado Vaporizador www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me − − − − − − − − www.FreeLibros.me 9.5.2 Relación de reflujo variable www.FreeLibros.me − λ − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − ∫ www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 10.1.1 Platos, bajantes y vertederos www.FreeLibros.me Ca pa ci da d de lí qu id o, G al /m in Doble paso Flujo transversal Flujo inverso Diámetro de la torre, pies Bajante Vertedor Vertedor Vertedor Vertedor Vertedor opcional Tubo redondo Vertedor www.FreeLibros.me 10.1.2 Entradas y salidas www.FreeLibros.me Bajante y vertedor Registro de hombre Viga principal Viga principal, con conexiones soldadas a la pared de la torre Viga secundaria con conexión de soporte Viga principal Viga secundariacon conexión de soporte Viga secundaria con conexión de soporte Viga secundaria con conexión de soporte Anillo de soporte del plato, hecho de ángulo Anillo de soporte de ángulo Sujeciones periféricas al anillo. Observe el plato ranurado, sujeto por fricción, para facilitar acomodos térmicos Zona de calmado Anillo de soporte de plato www.FreeLibros.me Canal deflector Entrada de vapor Charola de sello Retorno de vapor Al vaporizador Fondos producto www.FreeLibros.me − − − − Cárcamo Salida del bajante Chimenea para vapor Cárcamo www.FreeLibros.me − ′ − ′ ′ − ′ xent xsal ysal yent www.FreeLibros.me Ef ic ie nc ia Goteo Punto de diseño Inundación Demasiado arrastre Velocidad del vapor, pies/s www.FreeLibros.me − αμ αμ VOLATILIDAD RELATIVA DEL COMPONENTE CLAVE × VISCOSIDAD DE LA ALIMENTACIÓN (A CONDICIONES PROMEDIO EN LA COLUMNA) EF IC IE N CI A D E PL A CA ,% O - COLUMNA COMERCIAL DE FRACCIONAMIENTO DE HIDROCARBUROS - COLUMNA COMERCIAL DE FRACCIONAMIENTO DE HIDROCARBUROS CLORADOS + - FRACCIONAMIENTO COMERCIAL DE ALCOHOL × - FRACCIONAMIENTO DE ALCOHOL ETÍLICO EN LABORATORIO u - DIVERSOS www.FreeLibros.me ° − − μ μ μ μ − EMV o Ept abierta abierta Porcentaje de inundación www.FreeLibros.me σ − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − pi es /s Altura entre platos C s b, in un www.FreeLibros.me × η − η www.FreeLibros.me σ σ ψ − ψ www.FreeLibros.me ψ A rr as tre fr ac ci on ar io , Porcentaje de la inundación www.FreeLibros.me σ − − − www.FreeLibros.me Entrada del bajante Salida del bajante Vertedor www.FreeLibros.me r − − h θ − θ − η h h www.FreeLibros.me Δ − β − h p,seco hcresta hvert www.FreeLibros.me Fvert, FACTOR DE CORRECCIÓN POR CONSTRICCIÓN DEL VERTEDOR Q/(lw) 0.5 = (CARGA LÍQUIDA, GPM)/(LONGITUD DE VERTEDOR, PIES)2.5 RE LA CI ÓN D E L ON GI TU D DE V ER TE DO R EN TR E D IÁ M ET RO D E T OR RE LÍMITE RECOMENDADO www.FreeLibros.me − σ σ r www.FreeLibros.me ψ − ψ − − − Δ − r www.FreeLibros.me σ Δ σ www.FreeLibros.me Δ Δ www.FreeLibros.me Vo , pies/s Datos experimentales Modelo h p, vá lv , pu lg d e ag ua Todas las válvulas cerradas Punto de equilibrio cerrado Punto de equilibrio abierto Válvulas parcialmente abiertas Todas las válvulas abiertas www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Región de separación Placa opresora Placa de soporte Distribuidor de líquido Distribuidor de vapor Placa opresora Placa de soporte Separación E m p a q u e E m p a q u e www.FreeLibros.me × Velocidad del gas, pies/s pies Velocidad del gas, pies/s www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − DE ALTURA EMPACADA EL PARÁMETRO DE LAS CURVAS ES CAÍDA DE PRESIÓN, PULGADAS DE AGUA/PIE Línea de inundación www.FreeLibros.me ′ μ Δ α β ′ ′ ′ − ′ − ′ www.FreeLibros.me α β α β α β α β α β α β α β www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ′ ′ ′ ′ ′ ϕμ ′ ψμ ′ ′ − www.FreeLibros.me Δ α β ′ ′ ′′ ′ ′ ′ www.FreeLibros.me ′ ψμ www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me r r r r − r r r − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Economía y conservación de energía en la destilación www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me × × × × − www.FreeLibros.me − − 1) − − 0.3473( www.FreeLibros.me (1.63 + 1.66 × www.FreeLibros.me − − − − λ − − ⏐ ⏐ Δ www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − × × www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − α − − − − − − − − − Costo, $/año Óptimo Costos totales Costos de capital Costos de operación (L/D)MÍN L/D www.FreeLibros.me − − − − − − − − − www.FreeLibros.me × www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Condensador de acabado Calentador de acabado Intercambiador de calor www.FreeLibros.me Reflujo www.FreeLibros.me Válvula de expansión Condensador de acabado Compresor www.FreeLibros.me Destilación instantánea www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − − − www.FreeLibros.me α α α α www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ° ° ° www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Absorción y arrastre www.FreeLibros.me (Gas que entra) L, X0 (Solvente alimentado)(Gas tratado) G, Y1 Gas tratado Recirculación de solvente Gas Conc. Enfriador Gas por tratar Solvente agotado Calentador Gas de arrastre www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me ° l l l l l l l www.FreeLibros.me ° ° ° ° ° ° ° www.FreeLibros.me − − Y Gj molesde B en la corriente de gasj molessde portador molesde gasportador h molesde B en la corriente de gasj h X Lj molesde B en la corriente líquida j moleesde solvente molesde solvente h molesde B en la corriente de solvente jj h www.FreeLibros.me − − − − − − www.FreeLibros.me absorbido www.FreeLibros.me − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − Alimentación Gas de arrastre Líquido tratado www.FreeLibros.me − − Equilibrio Línea de operación Pendiente = L/G X (Relaciones molares) A-Absorbedores comerciales de hidrocarburos B-Absorción de dióxido de carbono en solución de agua y glicerina en laboratorio C-Absorción de hidrocarburos en laboratorio D-Absorción de amoniaco en laboratorio Efi ci en ci a de p la to ,% www.FreeLibros.me − − − r r r www.FreeLibros.me − Tasas de flujo totales, L y V Fondo Ubicación de la etapa Parte superior www.FreeLibros.me Δ − − − − − Línea de operación Pendiente = L / V Línea de equilibrio Pendiente = m www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − Línea de operación Pendiente = L / V Línea de equilibrio Pendiente = m www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − – – – – − − www.FreeLibros.me − − real – – – – – (normales) aire/lb de agua www.FreeLibros.me V L 30 pcn de aire 1 lb mol de aire= × 359 pcn de aire 18 lb de agua 1 lb de agua 1 lb mol de agua × −− − − − − − − × − − − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − l l − l − l − www.FreeLibros.me Ingresar datos de equilibrio y entalpía Ingresar las condiciones especificadas Escoger Lj, Vj y Tj iniciales en cada etapa Calcular todos los valores de K Calcular nuevos valores de Lj y Vj. Ecs. (12-49) y (12-50) Resolver el balance de energía en cada etapa con convergencia newtoniana de varias variables, Ecs. (12-52) a (12-58) Comprobar convergencia (Ecs. (12-50) Prueba de convergencia Ec. (12-59) Resolver las ecuaciones de balance de masa de componentes y de equilibrio en forma matricial. Ecs. (12-45) a (12-48) y (6-1) a (6-6) dan la ecuación (6-13) No se satisface Sí se satisface No se satisface Nuevos Lj, Vj Sí se satisface Nueva Tj Ec. (12-54) FIN www.FreeLibros.me l l − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me −− – – – – – – − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − yentrada ysalida ysalida Etapa de equilibrio Equilibrio www.FreeLibros.me − − − Equilibrio www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − × −× − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me × www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Extracción inmiscible, lavado, lixiviación y extracción supercrítica www.FreeLibros.me Líquido tratado Solvente cargado Unidad de extracción Recuperación de solvente Soluto producto Alimentación Solvente de reposición Recirculación de solvente Pérdidas de solvente www.FreeLibros.me Fase ligera Fase densa Mezclador-asentador (1 etapa) Platos o empaque Cámara de pulsación Columna pulsada Empaque Mezclador York-Scheibel Mezclador MezcladorDesviador Contactor de disco rotatorio Fase ligera Mampara vertical Placa Fase densa Oldshue-Rushton Extractor de membrana Ligera Densa Densa Platos Columna de platos reciprocantes Ligera www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 13.2.1 Método de McCabe-Thiele para sistemas diluidos − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me Δ δ − − www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 13.2.2 Método de Kremser para sistemas diluidos www.FreeLibros.me − − − Solvente 2 A + solvente 1 Alimentación (A + B + solvente 1 o 2) B + solvente 2 Solvente 1 www.FreeLibros.me Solvente 2 A + solvente 1 Solvente 3 o 1 + BSolvente 2 Solvente 3 o 1 Solvente 2 + C B + C + Solvente 2 Solvente 1 www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me Equilibrio Equilibrio www.FreeLibros.me − − − − − www.FreeLibros.me − − kg soluto kg solvente + soluto kg soluto kg diluyente + soluto Equilibrio www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me − − − , www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Alimentación Derrame Mezclador Asentador Lodo Etapa 1 Etapa 2 www.FreeLibros.me − − ( sec )( ) ( )( kg de sólidos os h kg m m de sóli s 1 1 13 3 2 ddos m de lodo m de lodo total h 3 3 ) 5 ( sec )( )( ( )( kg de sólidos os h kg m m de sól s 1 1 13 3 2 iidos m de lodo m de líquido m de lodo total 3 3 3 ) )( ) www.FreeLibros.me ε − ε ρ ρ − r www.FreeLibros.me − Fracción de masa de soluto en el derrame Equilibrio Fracción de masa de soluto en el líquido de los lodos www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me kg de soluto kg de solvente kg de soluto kg de sólido insoluble F sólido, XNF sólido, XO A B F sólido www.FreeLibros.me F F sólido solv − F F sólido solv www.FreeLibros.me Sólido Líquido Vapor Fracción molar de naftaleno Presión (atm) Fluido supercrítico A B www.FreeLibros.me Lecho sólido Turbo- expansor Reposición de FSC Compresor Descarga intermitente de producto FSC www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me y − www.FreeLibros.me y x Fracción en peso en el extracto (agua) Fracción en peso en el refinado (benceno) 5 www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Agua Fase de benceno www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me e www.FreeLibros.me − − × Arena + agua de mar intersticial Agua pura www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me Acetona Acetona, Frac. en peso Extracto Punto de pliegue Refinado Línea conjugada B Línea conjugada A Cloroformo Agua, Frac. en peso Agua www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me TOLUENO METILCICLOHEXANO AMONIACO Soluto A, Frac. en peso Diluyente D, Frac. en peso www.FreeLibros.me − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − Soluto A, Frac. en peso Diluyente D, Frac. en peso www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − − Acetona Acetona, Frac. en peso Cloroformo Agua, Frac. en peso Agua www.FreeLibros.me Acetona Acetona, Frac. en peso Cloroformo Agua, Frac. en peso Agua www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − Soluto Soluto, Frac. en peso Solvente Diluyente Diluyente, Frac. en peso www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − Δ Δ Δ − − − Δ Δ Δ − − Δ Δ Δ − − Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ − Δ Δ − Δ Δ − www.FreeLibros.me Δ Δ Soluto Soluto, Frac. en peso Diluyente, Frac. en peso Diluyente www.FreeLibros.me ∼ Diluyente, Frac. en peso Soluto, Frac. en peso www.FreeLibros.me Δ Soluto, Frac. en peso Diluyente, Frac. en peso www.FreeLibros.me Ácido acético, Frac. en peso Agua, Frac. en peso www.FreeLibros.me A, Frac. en peso Línea de operación Extracto Ref. D, Frac. en peso Punto en la línea de operación www.FreeLibros.me Ácido acético, Frac. en peso Agua, Frac. en peso yD o xD www.FreeLibros.me FM SM/ Soluto, Frac. en peso Diluyente, Frac. en peso www.FreeLibros.me Ácido acético, Frac. en peso MÍN USADA Línea de unión Agua, Frac. en peso EN,mín Mmín www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Solvente entrante Extracto saliente Lodos salientes (refinado) Alimentación de sólidos www.FreeLibros.me Línea conjugada Extracto saturado Refinado saturado yD o xD www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − ( ) www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Análisis de la transferencia de masa × × www.FreeLibros.me − − − − Δ Δ Δ ′Δ ′ www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me − yA, sal, E yA, sal, S yA, ent, E xA, ent, E xA; dest xA, ent, S xA, sal, S xA, sal, S xA, cola yA, ent, s www.FreeLibros.me − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − ysal, E = xent, s xent, E yent, s yent ysal, s xsal, E xsal, s ysal Área www.FreeLibros.me − − − − − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me − − − − − ysal, E ysal, s yent, E yent, s yent =; 442 www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me ysal ysal xsal xsal yent xent xent yent − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − − − × − − − − − www.FreeLibros.me − − 15.4.1 Correlaciones detalladas para empaques aleatorios − − www.FreeLibros.me φ 2.0 pulg Anillos Raschig de cerámica 1.0 pulg 0.5 pulg 1.5 pulg Anillos Raschig metálicos Pa rá m et ro d e em pa qu e, , p ie s Sillas Berl de cerámica Anillos Pall metálicos Porcentaje de inundación 2.0 pulg 2.0 pulg 1.5 pulg 0.5 pulg 1.0 pulg 1.0 pulg 1.5 pulg 0.5 pulg 2.0 pulg 1.5 pulg 1.0 pulg www.FreeLibros.me 9 www.FreeLibros.me Anillos Raschig de cerámica Flujo de masa, WL, lb/h-pie 2 Anillos Raschig metálicos Pa rá m et ro d e em pa qu e, f , p ie s Sillas Berl de cerámica Anillos Pall metálicos 2.0 pulg 1.5 pulg 0.5 pulg 1.0 pulg 1.0 pulg 0.5 pulg 1.5 pulg 2.0 pulg 2.0 pulg 0.5 pulg 1.5 pulg 1.0 pulg 1.5 pulg 1.0 pulg 0.5 pulg www.FreeLibros.me − × − ′ ′ × − ′ ψμ × − − ′ − Co ef ic ie nt e de c ar ga d e va po r, C F L Relación de inundación, u OP /u INUND www.FreeLibros.me V G 1 lb mol 0.46 kg mol 40.4 lb lb molreal 1 h 3600 s 5 π × − × − μ μ × − × − μ Ω Ω σ σ www.FreeLibros.me (L kg mol h )( 1 lb mol 0.46 kg mol )( 40.4 lb lb mool )( 1 h 3600 s ) Área − × − − × − − www.FreeLibros.me 15.4.2 Correlaciones sencillas μ www.FreeLibros.me − ′ − ′ − − − − − − − − ′ − www.FreeLibros.me − − − − − −′ − − −′ − Vsal, yA,sal Lent, xAent Vent, yAent Lsal, xAsal yent ysal xsal xent www.FreeLibros.me − ′ − − − − − − − www.FreeLibros.me + − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − Vent, yentVsal, ysal Lsal, xsal Lent, xent yent ysal xent xsal www.FreeLibros.me , , , , , , − www.FreeLibros.me − Δ Δ , − , , − , − , − −, − ,− − − − − , , , − − www.FreeLibros.me − − − − − − − α α − α α − www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Introducción a los procesos de separación con membrana 1 La nomenclatura para este capítulo está en los preliminares de este libro. www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ′ H C C O HO HO C H CH2OH CH2OH C H OH OH C H O O O O O O O O C H H H H C CCC n n n CH CH2 n O S O CH3 C CH3 CH3 Si CH3 N H N H N H n H N O C O C C O C O C O www.FreeLibros.me Capa gruesa permselectiva, de porosidad constante Capa permselectiva delgada Soporte de membrana porosa, con porosidad creciente A. B. www.FreeLibros.me ^ ^ 16.3.1 Permeación de mezclas binarias de gases www.FreeLibros.me − − − Diámetro de colisión Lennard-Jones (Å) Pe rm ea bi lid ad , Hule de silicona Hule natural Polies- tireno Acetato de celulosa www.FreeLibros.me α α − × www.FreeLibros.me 16.3.2 Permeación binaria en sistemas perfectamente mezclados − − − − − − − − − pp − − − α α − α − www.FreeLibros.me − − yr www.FreeLibros.me × − × − × − × − α − − α − α − y − − × − − −× − × − × − www.FreeLibros.me θ − − − − − − × − × − × www.FreeLibros.me α − × − × − − θ θ− θ− a u u u a u u u a − u − ± − − www.FreeLibros.me − − − − − − − − − μ − μ − × − − × − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me 16.3.3 Permeación de varios componentes en sistemas perfectamente mezclados − − − u u u − − www.FreeLibros.me − u − u × − × − × − www.FreeLibros.me × − × − − u − u − u Fp/A − − θ www.FreeLibros.me 16.4.1 Análisis de la ósmosis y la ósmosis inversa − Δ − Δ ′ Δ − Δ www.FreeLibros.me − ′ ′ Δ , π π ′ www.FreeLibros.me − δ δ www.FreeLibros.me ′ − ρ − − − ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ − − ′ − − − − ′ − α www.FreeLibros.me ′ ′ ′ ′ ′ ′ − − u ′ u ′ u ′ − − − www.FreeLibros.me ′ − − www.FreeLibros.me − 16.4.2 Determinación experimental de las propiedades de las membranas ′ www.FreeLibros.me − − − − u′ − − − − ′ a www.FreeLibros.me 16.4.3 Determinación de la polarización de concentración www.FreeLibros.me μ μ ω www.FreeLibros.me α ′ − α − α ′ − − − ω − −μ μ ω × − www.FreeLibros.me ° × − × − × − − × − × − www.FreeLibros.me α ′ − α − α ′ − − − u′ u′ u′ − − − − − − − − − − − − www.FreeLibros.me − − − ω × − × − − − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me 16.4.4 Ósmosis inversa con soluciones concentradas www.FreeLibros.me Re te nc ió n Diámetro molecular aproximado Peso molecular Exclusión de peso molecular nominal de la membrana www.FreeLibros.me − ′ ′ − − − www.FreeLibros.me δ , , www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me ln l l JA g soluto m s J L solvente m s2 solv 2 J L soluto m s c g soluto LA 2 p de solución g soluto m s J L solvente m s2 solv × 2 cc g soluto en permeado L de soluciónp www.FreeLibros.me ° ° − ≈ −−° ° ≈ l www.FreeLibros.me calentador bomba bomba de vacío condensador gases inertes permeado líquido retentado membrana F ent, x ent, T ent F9ent, x9ent, Tent www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me DestilaciónDestilación Producto 1 (A puro) Producto 2 (B puro) Permeado Vacío Retentado Pervaporado Destilación Alimentación etanol-agua agua Vacío Etanol producto Pervaporado CondensadorCalentador www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me , − ′ ′ ′ ′ ′ ′ b. www.FreeLibros.me − − ° www.FreeLibros.me u ′ − − λ ′ u′ ′ − − − www.FreeLibros.me × − yent yent yent yp,sal yp,sal yp,sal yr,sal yr,sal yr,sal www.FreeLibros.me 16.7.1 Permeación binaria con flujo cruzado − www.FreeLibros.me − yent=yr,o yent=yr,o Fent=Fr,o Fent=Fr,o www.FreeLibros.me − − 16.7.2 Permeación binaria concurrente www.FreeLibros.me ] − www.FreeLibros.me 16.7.3 Flujo binario a contracorriente − − − − − www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Fsal,1 = Fent,2 Fent,1 Fsal www.FreeLibros.me × − × − × − www.FreeLibros.me × − × − www.FreeLibros.me × − × − × − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 16.A.1 Flujo cruzado www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 16.A.2 Flujo concurrente www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 16.A.3 Flujo a contracorriente Sub Main() Dim N, M, k, j, i As Integer Dim pr, pp, a, b, c, ConA, ConB, Cj, Cjant, df, Ft, Fp, Fpant, Fpsal, permA, permB, Fr, Frsal, Fent, Area, Areatot, yt, yent, yr, yrsal, yrsalant, yrant, yp, ypant, alfa, thetatot, thetaj As Double Sheets(“Sheet1”).Select Range(“B7”, “GS16”).Clear [Limpia hasta 200 celdas (N = 200)] Fin = Cells(2, 2).Value [Valores de datos en la hoja de cálculo] thetatot = Cells(2, 6).Value Fpsal = thetatot * Fent Frsal = Fent - Fpsal www.FreeLibros.me yent = Cells(2, 4).Value yrsal = Cells(4, 6).Value pr = Cells(3, 4).Value pp = Cells(3, 6).Value permA = Cells(3, 2).Value [P A /t ms ] permB = Cells(2, 8).Value Fptotal = Ft * N alfa = permA / permB M = Cells(4, 2).Value [contador del bucle para determinar y r,N correcta] df = Cells(5, 2).Value [factor de amortiguamiento para la Ec. (16-78)] N = Cells(4, 4).Value Ft = Fpsal / N yentcalc = yent [Inicializar valores] yrsalant = yrsal For k = 1 To M [buble para convergencia en y r,N ] yrsal = yrosalant + df * (yent - yentcalc) [Ec. (16-78), cuando k=1, ysal = y r,N,propuesto ] yr = yrsal [Inicializar valores] Fr = Frsal Fp = 0 Fpant = 0 yp = 0 Areatot = 0 For i = 1 To N [Inicio de bucle de cálculo para cada etapa] j = N - i + 1 [permite contar hacia atrás desde la etapa N] Cells(7, i + 1).Value = j ypant = yp [Inicializar valores para esta etapa] Fpant = Fp Fp = Fpant + Ft a = (1 - alfa) * Fp * pp / pr [Calcular términos de la ecuación cuadrática] b = Fp * (1 - pp / pr) + (alfa - 1) * Fpant * ypold * pp / pr + alfa * Ft * pp / pr + Fp * (alfa - 1) * yr c = Fpant * ypant * (-1 - (alfa - 1) * yr + pp / pr) - alfa * Ft * yr yp = (-b + (b * b - 4 * a * c) A 0.5) / (2 * a) [Ec. (16-75)] Area = Ft * yp / (permA * (pr * yr - pp * yp)) [Ec. (16-70A)] Areatot = Areatot + Area [Eq. (16-65)] Cells(8, i + 1).Value = Fr [Imprimir valores para la etapa j en la hoja de cálculo] Cells(9, i + 1).Value = yp Cells(10, i + 1).Value = yr Cells(11, i + 1).Value = Area Cells(12, i + 1).Value = Fp Fr = Fp + Frsal thetaj = Fp / Fr Cells(13, i + 1).Value = thetaj yr = Fp * yp / Fr + yrsal * Frsal / Fr Next i [Aumenta i en 1 y regresa al paso “For i = 1 To N”] yentcalc = yr yrsalant = yrsal Next k [Aumenta k en 1 y regresa a la declaración “For k = 1 To M”] Balmasa = yr * Fr - Fp * yp - yrsal * Frsal Cells(18, 2).Value = Balmasa [Imprimir valores fi- nales en la hoja de cálculo] Cells(14, 2).Value = yp Cells(15, 2).Value = Areatot Cells(16, 2).Value = yentcalc Cells(17, 2).Value = Fr Cells(19, 2).Value = yrsal End Sub www.FreeLibros.me Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico www.FreeLibros.me 17.1.1 Definiciones www.FreeLibros.me Película externa www.FreeLibros.me r r r r r 17.1.2 Tipos de sorbente www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me a a a a a a www.FreeLibros.me 17.1.3 Comportamiento de equilibrio en adsorción www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me ° ° ° × − www.FreeLibros.me ° ° ° ° ° ° ′ − ε ε ′ www.FreeLibros.me × − − × − −− − × − − www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me 17.2.1 Movimiento del soluto en una columna − − www.FreeLibros.me − ε − ε − ε − ε Δ Δ ε Δ Δ Δ ε Δ − ε ε Δ − ε − ε ρ Δ r r r www.FreeLibros.me 17.2.2 Teoría del movimiento del soluto para isotermas lineales www.FreeLibros.me 17.2.3 Aplicación de la teoría lineal del movimiento del soluto a ciclos de purga y a la cromatografía de elución www.FreeLibros.me Alimentación Alimentación Adsorbatos Adsorbatos Solvente o gas de arrastre Solvente o gas de arrastre Volumen del efluente (mL) C on ce nt ra ci ón ( m ) (× 1 0− 3 ) 2ª columna modelo isocrático www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me pendiente = uN pendiente = uA tiempo, minutos Conc. a la salida, gmol/L www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 17.3.1 Adsorción con oscilación de temperatura × www.FreeLibros.me Gas puro Gas regenerante caliente Gas caliente Adsorbato concentrado Gas puro frío Regeneración Paso opcional de enfriamiento Alimentación Paso de alimentación www.FreeLibros.me ε Δ ρ Δ Δ ε Δ − ε ε Δ − ε − ε Δ Δ Δ www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − ° www.FreeLibros.me ) r n-heptano puro Purga, 80°C uxy (vpurga, 80º) uth (vpurga) Alimentación, 0°C www.FreeLibros.me Condensador Solvente orgánico Agua Vapor de agua Regeneración con vapor de agua Gas de alimentación Aire limpio Paso de alimentación www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Solvente seco producto gas caliente gas caliente gas frío gas Alimentación de solvente húmedo Solvente húmedo (a reprocesamiento) gas húmedo Alimentación líquida Paso de alimentación Drenado Regeneración Enfriamiento (opcional) Rellenado www.FreeLibros.me 17.3.2 Adsorción con oscilación de presión www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me p Gas producto puro adsorbato Alimentación Soplada opcional Vacío Subida de presión www.FreeLibros.me × − − × − www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me − arriba, L = 0.5 arriba z, metros abajo abajo Alimentación yF Soplada Purga tiempo, s tiempo, s ymetano, salida ysalida,arriba = 0 Subida presión www.FreeLibros.me − β www.FreeLibros.me r r × − − − − − www.FreeLibros.me × 17.3.3 Lechos móviles simulados www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Rafinado, A + D Alimentación , A + D Extracto, B + D recirculación de desadsorbente Recirculación de sólidos 1ª 2ª 3ª 4ª A Producto Alimentación Alimentación B Producto B Producto Desadsorbente Desadsorbente A Producto Alimentación B Producto A Producto Alimentación DesadsorbenteB Producto Desadsorbente A Producto www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 17.4.1 Ondas difusas Adsorción Desadsorción Tiempo, mín www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Csal www.FreeLibros.me − − − − 17.4.2 Ondas de choque − ε ε ε ε − ε − ε − − www.FreeLibros.me − − − − − r r r www.FreeLibros.me cbaja cbaja cbaja us (c = cbaja) us (c = calta) cF = caltacF = cbaja calta calta calta csal www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me Csal www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − − − 17.5.1 Equilibrio en el intercambio iónico www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − − − − − www.FreeLibros.me 17.5.2 Movimiento de los iones www.FreeLibros.me ε − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me 17.6.1 Transferencia de masa y difusión − − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 17.6.2 Balances de masa en la columna www.FreeLibros.me 17.6.3 Transferencia de masa con parámetro agrupado − − www.FreeLibros.me ′ − ε − ε ′ − − − − − 17.6.4 Balances de energía y transferencia de calor www.FreeLibros.me 17.6.5 Deducción de la teoría del movimiento del soluto www.FreeLibros.me 17.6.6 Simuladores detallados www.FreeLibros.me 17.7.1 Solución de Lapidus y Amundson para equilibrio local con dispersión www.FreeLibros.me 17.7.2 Superposición en sistemas lineales www.FreeLibros.me − − − − − − − www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me 17.7.3 Cromatografía lineal www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me Lecho usado Área de lecho no usado en MTZ Área de lecho usado en MTZ Área de lecho usado en MTZ centro csal www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − r r r www.FreeLibros.me × r www.FreeLibros.me r r www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me × × − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − www.FreeLibros.me − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me = − − − − www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me − − www.FreeLibros.me − × × − × − × − www.FreeLibros.me × www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me Ingeniería de procesos de separación Contenido Prefacio Capítulo 1. Introducción a la ingeniería de procesos de separación Capítulo 2. Destilación instantánea Capítulo 3. Introducción a la destilación en columna Capítulo 4. Destilación en columna: balances internos , etapa por etapa Capítulo 5. Introducción a la destilación de varios componentes Capítulo 6. Procesamientos de cálculo exacto para destilación de varios componentes Capítulo 7. Métodos abreviados aproximados para destilación de varios componentes Capítulo 8. Introducción a métodos complejos de destilación Capítulo 9. Destilación intermitente Capítulo 10. Diseño de columnas de platos y empacados Capítulo 11. Economía y conservación de energía en la destilación Capítulo 12. Absroción y arrastre Capítulo 13. Extracción inmiscible, lavado, lixiviación y extracción supercrítica Capítulo 14. Extracción de sistemas parcialmente miscibles Capítulo 15. Análisis de la transferencia de masa Capítulo 16. Introducción a los procesos de separación con membrana Capítulo 17. Introducción a la absorción, cromatografía e intercambio iónico Apéndice A. Guía de localización de problemas en Aspen Plus para separaciones respuestas a problemas seleccionados Índice
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