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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA
E.A.P: INGENIERIA QUIMICA
Transferencia de Masa II
EXTRACCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO EN AGUA USANDO ACETATO DE ETILO COMO SOLVENTE
PROFESOR: Manuel Otiniano
ALUMNOS:
Matellini Delgado, Mirella 07070133
Mostajo Vásquez , Renzo Alejandro 01110170
Paico Albites, Katherine Stefanny 08070089
Rojas Vásquez, Mariela 09070176
FECHA DE REALIZACIÓN: 18/02/14
SIMULACION CHEMSEPEXTRACCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO EN AGUA USANDO ACETATO DE ETILOCOMO SOLVENTE
OBJETIVO: OBTENER UNA RECUPERACIÓN DE 98.5% VARIANDO EL NÚMERO DE ETAPAS
I. PROCEDIMIENTO:
1) Darle un título al trabajo ”simulación” con TITLE
2) Luego en la opción COMPONENTS se ponen los componentes de la mezcla (wáter, aceticacid y ethylacetate)
3) En OPERACIÓN se selecciona :
- TYPE OF SIMULATION: equilibrium column- OPERACIÓN: simple extractor- NUMBER OF STAGES: 14- FEED STAGE : 1,14
4) En PROPERTIES se selecciona únicamente ACTIVITY COEFFICIENT (NRTL) ingrese los parámetros.
5) En ALIMENTACIÓN inserte las alimentaciones correspondientes (MASS FLOWS, NAME, STAGE, TWO PHASE FEED, TEMPERATURE, FLOWRATES).
6) En SPECIFICATIONS se específica presión, eficiencia, etc.
7) CORRER EL PROGRAMA (CHECK INPUT AND QUICK SOLVE)
II. RESULTADOS
PARA 1 ETAPA:
CORRIENTE Alimentación Solvente Extracto Refinado
Etapa 1 1 1 1
Presión (bar) 1.01325 1.01325 1.1 1.1
Fraccion de fase Ligera (-) 0 1 0 0
Temperatura (K) 311 311 311 311
Flujo molar (kmol/s)
Acetato de etilo 0 0.094583 0.0910824 0.00350052
Agua 0.154192 0.0154193 0.036281 0.13333
Ácido acético 0.0138766 0 0.0100985 0.00377814
Flujo molar Total 0.168069 0.110002 0.137462 0.140609
Fracción molar (-)
Acetato de etilo 0 0.859827 0.662601 0.0248954
Agua 0.917435 0.140173 0.263935 0.948235
Ácido acético 0.0825651 0 0.0734638 0.0268698
Flujo másico (kg/h)
Acetato de etilo 0 30000 28889.7 1110.3
Agua 9999.97 1000 2352.97 8647.01
Ácido acético 2999.99 0 2183.2 816.799
Flujo másico Total 13000 31000 33425.8 10574.1
Fracción másica (-)
Acetato de etilo 0 0.967742 0.864292 0.105002
Agua 0.769231 0.0322582 0.0703937 0.817753
Ácido acético 0.230769 0 0.0653146 0.0772452
Fracciones de alimentación combinado (-)
Acetato de etilo 0 1 0.962989 0.03701
Agua 0.90909 0.0909096 0.213907 0.786094
Ácido acético 1 0 0.727733 0.272267
Liquido:
Peso molecular (kg/kmol) 0.168069 20.8895 20.8895
Densidad (kg/m3) 0 995.969 995.969
Viscosidad (N/m2.s) 0.917435 0.00067634 0.00067634
Capacidad calorífica(J/kmol/K) 21.4859 79418.7 79418.7
Conductividad térmica (J/s/m/K) 0.0825651 0.603393 0.603393
Tensión superficial (N/m) 0.841975 0.00355251 0.00355251
ETAPA 1
Vapor Densidad kg/m3 900.615
Liquido Densidad kg/m3 995.969
Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00046893
Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067634
Vapor Peso Molecular kg/kmol 67.5456
Liquido Peso Molecular kg/kmol 20.8895
Vapor Capacidad calorífica J/kmol/K 145608
Liquido Capacidad calorífica J/kmol/K 79418.7
Vapor Conductividad Térmica J/s/m/K 0.269788
Liquido Conductividad Térmica J/s/m/K 0.603393
Tensión Superficial N/m 0.00355251
PARA 2 ETAPAS:
CORRIENTE Alimentación
Solvente Extracto Refinado
Etapa 1 2 1 2
Presión (bar) 1.01325 1.01325 1.1 1.1
Fraccion de fase Ligera (-) 0 1 0 0
Temperatura (K) 311 311 311 311
Flujo molar (kmol/s)
Acetato de etilo 0 0.094583 0.0922053 0.00237772
Agua 0.154192 0.0154193 0.0428451 0.126766
Ácido acético 0.0138766 0 0.012672 0.00120456
Flujo molar Total 0.168069 0.110002 0.147722 0.130348
Fracción molar (-)
Acetato de etilo 0 0.859827 0.624179 0.0182413
Agua 0.917435 0.140173 0.290038 0.972518
Ácido acético 0.0825651 0 0.0857828 0.0092411
Flujo másico (kg/h)
Acetato de etilo 0 30000 29245.8 754.17
Agua 9999.97 1000 2778.68 8221.29
Ácido acético 2999.99 0 2739.58 260.415
Flujo másico Total 13000 31000 34764.1 9235.88
Fracción másica (-)
Acetato de etilo 0 0.967742 0.841266 0.0816565
Agua 0.769231 0.0322582 0.0799295 0.890147
Ácido acético 0.230769 0 0.0788049 0.0281961
Fracciones de alimentación combinado (-)
Acetato de etilo 0 1 0.974861 0.025139
Agua 0.90909 0.0909096 0.252608 0.747392
Ácido acético 1 0 0.913195 0.0868053
Liquido:
Peso molecular (kg/kmol) 0.168069 21.3141 19.682
Densidad (kg/m3) 0 995.905 995.706
Viscosidad (N/m2.s) 0.917435 0.00067652 0.0006753
Capacidad calorífica(J/kmol/K) 21.4859 79974.4 77848.3
Conductividad térmica(J/s/m/K) 0.0825651 0.599407 0.614922
Tensión superficial (N/m) 0.841975 0.00318852 0.00498228
ETAPA 1 2
Vapor Densidad kg/m3 904.86 887.793
Liquido Densidad kg/m3 995.905 995.706
Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00048166 0.00042951
Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067652 0.0006753
Vapor Peso Molecular kg/kmol 65.3705 74.2961
Liquido Peso Molecular kg/kmol 21.3141 19.682
Vapor Capacidad calorífica J/kmol/K 142397 155636
Liquido Capacidad calorífica J/kmol/K 79974.4 77848.3
Vapor Conductividad Térmica J/s/m/K 0.282786 0.230678
Liquido Conductividad Térmica J/s/m/K 0.599407 0.614922
Tensión Superficial N/m 0.0049064 0.00498228
Gráfico N°1 Para la composición de la fase pesada (2 etapas).
Gráfico N°2 Para la composición de la fase ligera (2 etapas).
Gráfico N°3: Mc. Cabe Thiele (2 etapas)
PARA 3 ETAPAS:
CORRIENTE Alimentación Solvente Extracto Refinado
Etapa 1 3 1 3
Presión (bar) 1.01325 1.01325 1.1 1.1
Fraccion de fase Ligera (-) 0 1 0 0
Temperatura (K) 311 311 311 311
Flujo molar (kmol/s)
Acetato de etilo 0 0.094583 0.0925081 0.00207487
Agua 0.154192 0.0154193 0.0449563 0.124655
Ácido acético 0.0138766 0 0.0134695 0.00040705
Flujo molar Total 0.168069 0.110002 0.150934 0.127137
Fracción molar (-)
Acetato de etilo 0 0.859827 0.612905 0.01632
Agua 0.917435 0.140173 0.297854 0.980478
Ácido acético 0.0825651 0 0.0892413 0.00320172
Flujo másico (kg/h)
Acetato de etilo 0 30000 29341.9 658.111
Agua 9999.97 1000 2915.6 8084.37
Ácido acético 2999.99 0 2911.99 88.002
Flujo másico Total 13000 31000 35169.5 8830.49
Fracción másica (-)
Acetato de etilo 0 0.967742 0.8343 0.0745271
Agua 0.769231 0.0322582 0.0829014 0.915507
Ácido acético 0.230769 0 0.0827989 0.00996571
Fracciones de alimentación combinado (-)
Acetato de etilo 0 1 0.978063 0.021937
Agua 0.90909 0.0909096 0.265055 0.734945
Ácido acético 1 0 0.970666 0.0293341
Liquido:
Peso molecular (kg/kmol) 0.168069 21.4448 19.2935
Densidad (kg/m3) 0 995.87 995.463
Viscosidad (N/m2.s) 0.917435 0.00067656 0.0006748
Capacidad calorífica(J/kmol/K) 21.4859 80145.8 77346.1
Conductividad térmica(J/s/m/K) 0.0825651 0.598188 0.618696
Tensión superficial (N/m) 0.841975 0.00308733 0.00561129
ETAPA 1 2 3
Vapor Densidad kg/m3 906.133 889.719 883.498
Liquido Densidad kg/m3 995.87 995.789 995.463
Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00048544 0.0004355 0.00041615
Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067656 0.0006755 0.00067481
Vapor Peso Molecular kg/kmol 64.7256 73.271 76.5821
Liquido Peso Molecular kg/kmol 21.4448 19.8583 19.2935
Vapor Capacidad calorífica
J/kmol/K 141446 154107 159056
Liquido Capacidad calorífica
J/kmol/K 80145.8 78076.6 77346.1
Vapor Conductividad Térmica
J/s/m/K 0.286674 0.236485 0.217927
Liquido Conductividad Térmica
J/s/m/K 0.598188 0.61322 0.618696
Tensión Superficial N/m 0.00534091 0.00558828 0.00561129
Gráfico N°4:Representación de los flujos molares en 3 etapas
Gráfico N°5 Para la composición de la fase pesada (3 etapas).
Gráfico N°6Para la composición de la fase ligera (3 etapas).
Gráfico N°7: Mc. Cabe Thiele (3 etapas)
PARA 4 ETAPAS:
CORRIENTE Alimentación Solvente Extracto Refinado
Etapa 1 4 1 4
Presión (bar) 1.01325 1.01325 1.1 1.1
Fraccion de fase Ligera (-) 0 1 0 0
Temperatura (K) 311 311 311 311
Flujo molar (kmol/s)
Acetato de etilo 0 0.094583 0.0926044 0.00197862
Agua 0.154192 0.0154193 0.0456688 0.123943
Ácido acético 0.0138766 0 0.0137356 0.00014096
Flujo molar Total 0.168069 0.110002 0.152009 0.126062
Fracción molar (-)
Acetato de etilo 0 0.859827 0.609204 0.0156956
Agua 0.917435 0.140173 0.300435 0.983186
Ácido acético 0.0825651 0 0.0903608 0.00111819
Flujo másico (kg/h)
Acetato de etilo 0 30000 29372.4 627.583
Agua 9999.97 1000 2961.8 8038.17
Ácido acético 2999.99 0 2969.52 30.4744
Flujo másico Total 13000 31000 35303.7 8696.22
Fracción másica (-)
Acetato de etilo 0 0.967742 0.831992 0.0721673
Agua 0.769231 0.0322582 0.0838949 0.924328
Ácido acético 0.230769 0 0.0841135 0.00350433
Fracciones de alimentación combinado (-)
Acetato de etilo 0 1 0.979081 0.0209194
Agua 0.90909 0.0909096 0.269256 0.730744
Ácido acético 1 0 0.989842 0.0101582
Liquido:
Peso molecular (kg/kmol) 0.168069 21.4884 19.1621
Densidad (kg/m3) 0 995.857 995.361
Viscosidad (N/m2.s) 0.917435 0.00067657 0.00067462
Capacidad calorífica(J/kmol/K) 21.4859 80203 77176.8
Conductividad térmica(J/s/m/K) 0.0825651 0.597782 0.61998
Tensión superficial (N/m) 0.841975 0.00305463 0.00584688
ETAPA 1 2 3 4
Vapor Densidad kg/m3 906.554 890.353 884.232 882.031
Liquido Densidad kg/m3 995.857 995.813 995.51 995.361
Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00048668 0.00043746 0.00041843 0.00041158
Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067657 0.00067556 0.0006749 0.00067462
Vapor Peso Molecular
kg/kmol 64.5133 72.9339 76.1923 77.3605
Liquido Peso Molecular
kg/kmol 21.4884 19.9166 19.3594 19.1621
Vapor Capacidad calorífica
J/kmol/K 141134 153604 158472 160224
Liquido Capacidad calorífica
J/kmol/K 80203 78152.3 77431.2 77176.8
Vapor Conductividad Térmica
J/s/m/K 0.287957 0.238406 0.220081 0.213655
Liquido Conductividad Térmica
J/s/m/K 0.597782 0.612658 0.618053 0.61998
Tensión Superficial N/m 0.0055024 0.00575457 0.00583961 0.00584687
Gráfico N°8: Representación de los flujos molares en 4 etapas
Gráfico N°9 Para la composición de la fase pesada (4 etapas).
Gráfico N°10 Para la composición de la fase ligera (4 etapas).
Gráfico N°11: Mc. Cabe Thiele (4 etapas)
PARA UNA RECUPERACIÓN DEL 100% 14 ETAPAS
CORRIENTE Alimentación Solvente Extracto Refinado
Etapa 1 14 1 14
Presión (bar) 1.01325 1.01325 1.1 1.1
Fraccion de fase Ligera (-) 0 1 0 0
Temperatura (K) 311 311 311 311
Flujo molar (kmol/s)
Acetato de etilo 0 0.094583 0.0926544 0.00192862
Agua 0.154192 0.0154193 0.0460478 0.123563
Ácido acético 0.0138766 0 0.0138766 4.1323E-09
Flujo molar Total 0.168069 0.110002 0.152579 0.125492
Fracción molar (-)
Acetato de etilo 0 0.859827 0.607256 0.0153684
Agua 0.917435 0.140173 0.301797 0.984632
Ácido acético 0.0825651 0 0.0909471 3.2929E-08
Flujo másico (kg/h)
Acetato de etilo 0 30000 29388.3 611.722
Agua 9999.97 1000 2986.39 8013.58
Ácido acético 2999.99 0 2999.99 0.00089338
Flujo másico Total 13000 31000 35374.6 8625.31
Fracción másica (-)
Acetato de etilo 0 0.967742 0.830772 0.0709218
Agua 0.769231 0.0322582 0.0844217 0.929078
Ácido acético 0.230769 0 0.0848063 1.0357E-07
Fracciones de alimentación combinado (-)
Acetato de etilo 0 1 0.979609 0.0203907
Agua 0.90909 0.0909096 0.27149 0.72851
Ácido acético 1 0 1 2.9779E-07
Liquido:
Peso molecular (kg/kmol) 0.168069 21.5115 19.0922
Densidad (kg/m3) 0 995.85 995.303
Viscosidad (N/m2.s) 0.917435 0.00067658 0.00067451
Capacidad calorífica(J/kmol/K) 21.4859 80233.3 77086.6
Conductividad térmica(J/s/m/K) 0.0825651 0.597567 0.620664
Tensión superficial (N/m) 0.841975 0.00303751 0.00597714
ETAPA 1 2 3 4 5Vapor Densidad kg/m3 906.776 890.687 884.618 882.44 881.668Liquido Densidad kg/m3 995.85 995.825 995.534 995.391 995.335Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00048734 0.0004385 0.00041963 0.00041286 0.00041045Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067658 0.0006756 0.00067494 0.00067467 0.00067457Vapor Peso Molecular kg/kmol 64.4014 72.7563 75.987 77.1434 77.5527Liquido Peso Molecular kg/kmol 21.5115 19.9475 19.3942 19.1987 19.1298Vapor Capacidad calorífica J/kmol/K 140969 153340 158164 159898 160513Liquido Capacidad calorífica J/kmol/K 80233.3 78192.3 77476.1 77223.9 77135Vapor Conductividad Térmica J/s/m/K 0.288634 0.23942 0.221219 0.214843 0.212607Liquido Conductividad Térmica J/s/m/K 0.597567 0.612362 0.617715 0.619622 0.620296Tensión Superficial N/m 0.00559172 0.00584674 0.00593231 0.00596151 0.00597165
ETAPA 6 7 8 9 10Vapor Densidad kg/m3 881.395 881.298 881.264 881.252 881.248Liquido Densidad kg/m3 995.315 995.307 995.305 995.304 995.304Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00040961 0.00040931 0.0004092 0.00040916 0.00040915Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067453 0.00067452 0.00067452 0.00067452 0.00067451Vapor Peso Molecular kg/kmol 77.6971 77.7481 77.7661 77.7724 77.7746Liquido Peso Molecular kg/kmol 19.1054 19.0969 19.0938 19.0928 19.0924Vapor Capacidad calorífica J/kmol/K 160730 160806 160833 160843 160846Liquido Capacidad calorífica J/kmol/K 77103.7 77092.6 77088.8 77087.4 77086.9Vapor Conductividad Térmica J/s/m/K 0.21182 0.211543 0.211445 0.21141 0.211398Liquido Conductividad Térmica J/s/m/K 0.620535 0.620619 0.620648 0.620659 0.620663Tensión Superficial N/m 0.00597521 0.00597646 0.0059769 0.00597706 0.00597711
ETAPA 11 12 13 14Vapor Densidad kg/m3 881.246 881.246 881.246 881.246Liquido Densidad kg/m3 995.303 995.303 995.303 995.303Vapor Viscosidad N/m2.s 0.00040915 0.00040914 0.00040914 0.00040914Liquido Viscosidad N/m2.s 0.00067451 0.00067451 0.00067451 0.00067451Vapor Peso Molecular kg/kmol 77.7754 77.7757 77.7758 77.7758Liquido Peso Molecular kg/kmol 19.0923 19.0922 19.0922 19.0922Vapor Capacidad calorífica J/kmol/K 160848 160848 160848 160848Liquido Capacidad calorífica J/kmol/K 77086.7 77086.7 77086.6 77086.6Vapor Conductividad Térmica J/s/m/K 0.211394 0.211393 0.211392 0.211392Liquido Conductividad Térmica J/s/m/K 0.620664 0.620664 0.620664 0.620664Tensión Superficial N/m 0.00597713 0.00597714 0.00597714 0.00597714
Gráfico N°12:Representación de los flujos molares en 14 etapas
Gráfico N°13 Para la composición de la fase pesada (14 etapas).
Gráfico N°14 Para la composición de la fase ligera (14 etapas).
Gráfico N°15: Mc. Cabe Thiele (14 etapas)
III. DISCUSION DE RESULTADOS
Extracción de ácido acético en agua usando como solvente acetato de etilo el Objetivo fue obtener una recuperación de 98.5% de acido acético variando el número de etapas así encontramos los siguientes resultados de recuperación:
NUMERO DE ETAPAS %RECUPERACIÓN DE AC.ACETICO
1 72.78
2 91.32
3 97.07
4 98.98
14 100
Entonces para recuperar el 98.5% de acido acético es necesario 4 etapas.
Si deseamos la totalidad de recuperación de ácido acético sería necesario 14 etapas, por lo cual concluimos a mayor número de etapas aumenta % de recuperación.
Se aprecian altas recuperación del soluto esto es debido a la gran afinidad que tiene con el solvente (acetato de etilo) y éste es inmiscible con el agua .
En la gráficas N°4, N°8 y N°12 se observa como los flujos molares vapor y liquido se separan más definidamente a mayor número de etapas como se ve en el caso de 14 etapas, conformen se va de la primera etapa al 14 se llega a un flujo constante de vapor rápidamente en la cuarta etapa.
En las gráficas N°1, N°5, N°9 y N°13 se observa como la composición de la fase pesada se estabilizan más rápidamente a mayor número de etapas como se ve en el caso de 14 etapas debido que ya la recuperación va aumentando poco a mayor número de etapas ya que con dos etapas recuperamos más del 90%.
En las gráficas N°2, N°6, N°10 y N°14 se observa como la composición de la fase ligera se estabilizan más rápidamente a mayor número de etapas como se ve en el caso de 14 etapas por las razones ya explicadas.
En las gráficas N°3, N°7, N°11 y N°15 se puede apreciar el METODO DE McCABE-THIELE que el software te brinda para realizar el conteo de etapas teóricas para así encontrar cuantas etapas necesitamos para obtener la recuperación objetivo nosotros trabajamos como plato de alimentación el primero en todos los casos (2,3,4,14 etapas).