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Orientación Universidad
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Ejercicios de destilacion-secado, Ejercicios de Producción y Gestión de Operaciones

Ejercicios resueltos de operaciones unitarias, sobre destilación y secado.

Tipo: Ejercicios

2018/2019
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Subido el 02/05/2019

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LABORATORIO
OPERACIONES
UNITARIAS II
Deber
EJERCICIOS-DESTILACION-
SECADO
REALIZADO POR: LARA HERNANDEZ ANDRES GREGORIO (983333)
NIVEL 9No SEMESTRE
FECHA DE REALIZACION: 19/10/2016
FECHA DE ENTREGA: 09/11/2016
DESTILACIÓN EJERCICIOS RESUELTOS
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LABORATORIO

OPERACIONES

UNITARIAS II

Deber

EJERCICIOS-DESTILACION-

SECADO

REALIZADO POR: LARA HERNANDEZ ANDRES GREGORIO (983333)

NIVEL 9No SEMESTRE

FECHA DE REALIZACION: 19/10/

FECHA DE ENTREGA: 09/11/

DESTILACIÓN EJERCICIOS RESUELTOS

1. Las tensiones del vapor del heptano y el octano son las siguientes:

t °C Pt P8 t °C Pt P

Si las mezclas de estos componentes cumplen la ley de Raould determínese:

a) Los datos del equilibrio para este sistema a la presión de una atmosfera,

calculamos directamente a partir de las presiones de vapor

b) La volatilidad relativa a cada temperatura

c) La relación analítica entre las composiciones del equilibrio de la mezcla a la

presión de una atmosfera , tomando el valor medio de la volatilidad relativa

Solución: A 124°C

760=1528X + 729(1-X)
X=0,
Y=1528/X760=0,
A 122°C
760=1442X + 687(1-X)
X=0,
Y=1442/X760=0,
A 120°C
760=1368X + 647(1-X)
X=0,
Y=1368/X760=0,

Tabla 3-1 Tabla de presiones a diferentes temperaturas para la mezcla hexano-heptano

Los datos de equilibrio para la mezcla hexano-heptano a la presión de 1 atm son:

T °C X y

Tabla 3-2. Datos de equilibrio para la mezcla hexano-heptano a la presión de 1 atm

a) Tomando como base de cálculo 100 moles de mezcla en la alimentación tendremos:

L

0

L = 70
V = 30
L
V

Para obtener los valores del vapor separado y del líquido residual se grafica los valores

tabulados en la tabla 3-2 tanto de X y Y obteniéndose así en la gráfica 5-3 valores:

x =¿ 0,

y =0,

b) A partir de los datos obtenidos tanto para X y Y, y mediante la utilización de la tabla

3-2 se obtiene que la temperatura es:

T = 86 °C

c) La cantidad de calor que ha de suministrarse.

h L

= x A

Cp

A (^

tt

o )^

+( 1 − x

A )^

Cp

B (^

tt

o )^

  • ∆ Hw

Cp A

Cp B

h L

Kcal

Kg mol

4. En una caldera cerrada está contenida una mezcla benceno-tolueno de composición

0,35 (fracción molar de benceno). La caldera tiene capacidad suficiente para que en el

equilibrio a 1 atm los 20% de moles contenidos en la carga inicial se encuentren en la

fase de vapor. Determínese el volumen en de la caldera por mol de carga.

La composición molar inicial en fracción molar es:

x 0

Relación de equilibrio líquido-vapor

L
V

El número de moles contenidos en la carga inicial será:

L

0

=112,43 mol

L

0

= LV =112,43 mol

V =63,
L

mol

5. 20 kg de una mezcla benceno-tolueno de composición 30% en peso de benceno, están

contenidos en un cilindro provisto de un émbolo con libertad de desplazamiento se

calienta la mezcla a 101,4°C y se deja que se alcance las condiciones de equilibrio entre

el líquido y el vapor. Determínese el volumen ocupado por los vapores si la presión

dentro del cilindro se mantiene constante e igual a 760mm Hg.

L

0

L

1,

2,

Tomando como base de cálculo 100 moles de mezcla inicial:

L =

Mediante un balance de materia:

Inicial Final Destilado

Total 100 34,64 65,

Componente más

volátil

50 10,39 39,

Componente menos

volátil

50 24,25 25,

La composición global del destilado será:

Y

D

7. Una mezcla benceno-tolueno de composición 0,30 en fracción molar se somete a

una destilación diferencial para dar un vapor de composición global a 0,40.

Calcúlese el porcentaje de mezcla que pasa al destilado tomando para la

volatilidad relativa de 2,

Solución:

Lo

L

Xo

X

[

1 − X

]

1/1,

Xo

X

[

1 − X

]

1/1,

Xo

X

[

1 − X

]

1/1,

2,0519=(1-X)

1,

Cálculos matemáticos

X=0,
YD=
YD=0,
YD=51%

8. Para concentraciones bajas de amoníaco en agua, la relación entre las composiciones del

vapor u el líquido en equilibrio viene dada por la expresión; y=16x. Una disolución de

composición 5% en amoníaco se somete a destilación diferencial hasta que la composición en la

caldera se reduzca al 1 % en peso de amoniaco. Determínese la cantidad de líquido residual y la

composición global del destilado

Solución: Tomando como base de cálculo 100 kg de mezcla líquida inicial, teniendo en cuenta la

Ec. (5.26) 3ncontramos:

log

W

log 5

W =88.5 Kg

Un balance de materia aplicado a todo el sistema nos lleva a

Total

Inicial Final Destilado

100 88.50 11.

Componente más

volátil

5 0.88 4.

Componente menos

volátil

95 87.62 7.

Composición global del destilado:

y D

ln

Lo

L
[0,8843]

ln

Lo

L

Lo

L
L =

Lo

L =
L =0,

Yd =

70 × 0,

residuo =2,

10. Una mezcla tetracloruro de carbono-tolueno, de composición 0.60 en fracción molar, se

somete a destilación diferencial a la presión atmosférica, interrumpiéndose la destilación cuando

se han separado la mitad de los moles contenidos en la carga inicial. Determínese:

a) Composición del líquido residual.

b) Composición global del destilado.

c) Proporción de tetracloruro de carbono que pasa al destilado, referida al contenido en la

carga inicial.

Los datos de equilibrio para esta mezcla a la presión d e1 atm, expresando las composiciones en

fracción molar, son:

X y 1/(y-x) x y 1/(y-x)

0.00 0.000 0.50 0.708 4.

0.05 0.107 17´54 0.55 0.748 5.

0.10 0.202 9.804 0.60 0.784 5.

0.15 0.290 7.143 0.65 0.817 5.

0.20 0.369 5.917 0.70 0.847 6.

0.25 0.442 5.208 0.75 0.875 8.

0.30 0.506 4.854 0.80 0.900 10.

0.35 0.565 4.651 0.85 0.926 13.

0.40 0.618 4.587 0.90 0.950 20.

0.45 0.665 4.651 1.00 1.

Solución:

a) Tomando como base de cálculo

L

o

= 100 moles

y sustituyendo valores en la

ecuación de Lord Rayleigh, resulta:

x

dx

yx

Una vez construida la gráfica 1/(y-x) frente

a x se determina por lo tanto el límite x de la integral dándole distintos calores a x y hallando el área

limitada por la curva, la abscisa 0.60 y la abscisa cuyo valor hemos supuesto, hasta que el valor del

área resulte 0.693:

Tomando en cuenta como base de calculo 100 moles de vapor en condiciones iniciales, y

designando por V el numero de moles que quedqan en la fase de vapor despues de la

condensacion parcial, tendremos que;

A 2 = V y =0,60 V

B 2 = V ( 1 – y )=¿ , 40 V

Usando la ecuacion:

ln

V ∗0,

=2,16∗ln

V ∗0,

V =58,6 moles

Mediante un balance de materia:

Inicial Final Condensado

Total 1100 58,6 41,

Componente mas volatil 50 35,2 14,

Componente menos volatil 50 23,4 26,

La composicion global del condensado sera:

x c

x c

12. Si la solución de amoniaco indicada en el ejemplo 5-8 se vaporiza totalmente y luego

se enfría el vapor resultante hasta que se condense el 30% de la mezcla inicial,

determínese la composición global del condensado producido.

ln

ln

y

Despejando y y resolviendo nos queda

y = 7

Inicial Final Condensado

Total 100 70 30

Componente más

volátil

Componente menos

volátil

La composición global del condensado es

x c

13. La cabeza de una columna de rectificación en la cual se trata una mezcla de sulfuro de

carbono-tetracloruro de carbono, está provista de un condensador parcial (desflemador). El

vapor procedente del plato superior de la columna entra en el desflemador con una composición

y=0,70 en fracción molar del sulfuro de carbono, y el destilado que sale del condensador en

forma de vapor tiene la composición yd=0,85. Calcúlese la composición global del líquido que

retorna como reflujo a la columna.

Los datos de equilibrio para esta mezcla a la presión de 1 atm son:

t, °C x y 1/(y-x) t, °C x y 1/(y-x)

76,7 0,00 0,000 54,8 0,55 0,755 4,

73,7 0,05 0,120 14,29 53,7 0,60 0,787 5,

70,6 0,10 0,227 7,874 52,5 0,65 0,817 5,

68,2 0,15 0,325 5,714 51,6 0,70 0,846 6,

65,9 0,20 0,412 4,717 50,5 0,75 0,873 8,

64,0 0,25 0,489 4,184 49,6 0,80 0,898 10,

62,2 0,30 0,550 4,000 48,7 0,85 0,924 13,

60,0 0,35 0,599 4,016 47,9 0,90 0,950 20,

59,0 0,40 0,642 4,132 46,9 0,95 0,975g 39,

57,5 0,45 0,682 4,310 46,5 0,97 0,985g 64,

56,0 0,50 0,720 4,545 46,3 1,00 1,

Solución:

El valor de la integral correspondiente a la ec. (5-29) se determina con ayuda de la gráfica

representativa de 1/(y-x) frente a y (fig. 5-7), resultando a 0,799.

En consecuencia:

v

V

ln

o

2 , 22

V
V

o

Tomando como base de cálculo 100 moles, mediante un balance de materia resulta:

Yn= 0,75 xn-1 + 0,

El caudal molar del líquido por debajo de la alimentación será la suma del caudal molar liquido por

encima de la alimentación y el caudal de alimentación, ya que este entra en forma líquida a la

temperatura de ebullición (condiciones análogas a las del líquido que circula por la columna), decir:

L’ = L + F

El caudal molar liquido por encima de la alimentación, L, puede obtenerse en función de D a partir

de las relaciones.

L/V = 3/

V = L + D

L =48,

=145.2 mol / h

En consecuencia:

L’ = 145,2 + 100 = 245.2 mol/h

El caudal molar del vapor por debajo de la entrada de alimentación vendrá dado por:

V’= L’ – W

V’ = 245,2 – 51,6 = 193,6 mol/h

Sustituyendo valores en la ec (5-38) se obtiene:

Yn= 1,267 xn-1 - 0,

Efectuaremos ahora el cálculo de las composiciones en cada plata basándose en los datos de

equilibrio y los datos (A) y (B). Con los datos de equilibrio determinaremos la composición del

líquido en cada plato de equilibrio con su vapor y con las ecuaciones (A) y (B) calcularemos la

composición de los vapores en cada plato en función de la composición del líquido que baja del

plato inmediatamente superior. La composición del valor procedente del piso 1 s la misma que la de

destilado y la del líquido que vuelve como reflujo a la columna es decir:

Yi = XD = 0,

La composición del líquido del piso 1 será la del equilibrio con el vapor y 1 y se determina por

interpolación a partir de los datos de equilibrio con el vapor Y1 y se determina por interpolación de

los datos de equilibrio resultando

X1= 0,

El líquido en el plato 2 será el de equilibrio con este vapor, o sea:

X2= 0.

Siguiendo el mismo camino encontramos para los demás platos valores:

Y3= 0.906 X3= 0,

Y4= 0.842 X4= 0,

Y5= 0,767 X5= 0,

Y6= 0,693 X6= 0,

Y7= 0,629 X7= 0,

Esta concentración X7 es menor que la de destilación (Xf= 0,5) luego la alimentación a de entrar

por el plato 7. La composición procedente del plato 8 se determina mediante la ecuación (B)

deducida por la sección interior de la columna por tanto:

Y8 = 0,552 X8= 0,

Y9= 0,456 X9= 0,

Y10= 0,350 X10= 0,

Y11= 0,257 X11= 0,

Y12= 0,177 X12= 0,

Y13= 0,114 X13= 0,

Y14= 0,064 X14= 0,

Esta concentración de X14, resulta ya inferior de la indicada para el residuo, luego la columna

tendrá 14 platos teóricos.

Hemos de tener en cuenta que la composición del líquido que hierve en el calderín es 0,034,

mientras que la concentración del vapor en equilibrio es 0,064, en consecuencia del vapor que entra

la parte inferior de la columna propiamente dicha ya está enriquecida, siendo este enriquecimiento

el que se lograría en un plato teórico. Si para lograr la separación indicada necesitamos 14 platos

teóricos, la columna propiamente dicha tendrá 13(el calderín vale un plato teórico)

15. Hágase de nuevo el cálculo del número de platos teóricos y la posición del plato de

alimentación para el ejemplo 5-14, empleando el método gráfico de McCabe-Thiele.

Se construye el diagrama de equilibrio a partir de los datos de equilibrio conocidos

Se señalan los puntos correspondientes a las abscisas

En realidad la columna propiamente dicha tendrá 13 platos teóricos en lugar de los 14 encontrados

gráficamente, como ya se ha indicado.

17. Se ha de proyectar una columna de rectificación en marcha para separar 1500 Kg/h

de una mezcla sulfuro de carbono – tetracloruro de carbono de composición 0.30 en

fracción molar de sulfuro de carbono, en un producto de cabeza de composición 005. La

alimentación entra en la columna a 20°C y la relación de reflujo es .5 veces la mínima.

Calcúlese:

a) Kilogramos de producto de cabeza y cola obtenidos por hora

b) Número de platos necesarios, si la eficiencia media de los mismos es del 65%

c) Altura de la columna si la separación entre platos es de 60 cm

d) Diámetro de la columna para cada una de las secciones si la velocidad de los

vapores es de 80 cm/seg

Los datos de equilibrio para la mezcla

S

2

CCl 4

expresando las composiciones en

fracción molar.

Los valores medios de los calores específicos y calores latentes para los componentes puros

son:

Sulfuro de Carbono:

c =0.24 Kcal / Kg° C λ = 6550 Kcal / Kmol

XW

XF

Tetracloruro de carbono:

c =0.21 Kcal / Kg°C λ = 7400 Kcal / Kmol

Solución.-

a) Masa molecular media de la alimentación

M

m

La alimentación en kilómetros por hora será:

F =

=11.49 Kmol / h

Por un balance de materia

11.4903= D + W
11.4903=0.97 D + 0.05 W

}

D =3.12 Kmol / h w =8.

La masa molecular media del destilado es:

Y el peso del destilado será:

D =78.46 .3,12=244.7 Kg

El peso del producto de colas resulta:

W = 1500 −244.7=1255.3 Kg

b) Se calcula en primer lugar la fracción líquida, para lo cual tenemos: