ejercicios destilacion, Ejercicios de Procesos de Separación Química

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Ejercicio (5-20 Ocón – Tojo, Tomo 1)

Una mezcla de benceno – tolueno de composición 35% en peso se trata en una columna de rectificación en

marcha continua para obtener un destilado de composición 0.92 en fracción molar y un producto de colas de

composición 0.07 (fracción molar). Si la alimentación entra en forma líquida a la temperatura de ebullición y la

relación de reflujo es 30% superior a la mínima, calcúlese el número de platos teóricos necesarios.

Los Datos de equilibrio para la mezcla benceno – tolueno a la presión de 1 atm son:

x 0.000 0.130 0.258 0.411 0.581 0.780 1.

y 0.000 0.261 0.456 0.632 0.777 0.900 1.

Solución

Benceno C 6

H

6

PM=78.11 g/mol

Tolueno C 7

H

8

PM=92.1381 g/mol

Se calcula el número de moles en la alimentación, Tomando como base de cálculo 𝐹 = 100 𝑘𝑔

100 × 0. 35 × 1000

100 × 0. 65 × 1000

𝐹 = 0. 448 [𝑚𝑜𝑙] + 0. 706 [𝑚𝑜𝑙]

𝐹 = 1. 154 [𝑚𝑜𝑙]

De donde 𝑥

𝐹

6

6

ZONA DE ALIMENTACIÓN

Alimentación Pendiente

Líquido frío > 1

Líquido a la temperatura de ebullición ∞

Mezcla de líquido y vapor < 0

Vapor Saturado = 0

Vapor recalentado Entre 0 y 1

𝐷

𝐵

𝐹

𝑥 𝐹

= 35% 𝑝

𝑇 ≈ 𝑒𝑏𝑢𝑙𝑙𝑖𝑐𝑖ó𝑛

Por las condiciones del problema, la pendiente es ∞.

ZONA DE RECTIFICACIÓN

Método 1 :

Para el reflujo mínimo. Del gráfico el punto 0.0 = 0.3 8 , utilizando la ecuación

𝐷

𝑚

Para este caso R D

es igual a R m

, reemplazando datos en la ecuación anterior R m

= 1.421, por lo que el reflujo

real será R D

= 1.30 × R

m

; entonces R D

Método 2:

La pendiente del reflujo mínimo se halla por:

𝑚

𝑚

𝑚

𝐷

𝐷

De los datos del gráfico x’= x F

= 0. 388 y y’ = 0. 605 , por tanto m m

= 0.592 por lo que R m

El reflujo destilado utilizado será R D

= 1.30 × R

m

; por lo que R D

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,

ZONA DE AGOTAMIENTO

Unir el punto (x B

,x B

), con el punto de intersección de las rectas de alimentación y rectificación y trazar el número

de platos

El número de platos teóricos es 11 + 1 calderín.

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,

Ejercicio (5-17 Ocón – Tojo, Tomo 1)

Por rectificación de una mezcla benceno – tolueno se obtiene un destilado de composición 0.95 (fracción molar).

Las composiciones del líquido procedente de dos platos contiguos situados por encima de la entrada de la

alimentación son 0.60 y 0.48. Determínese la relación de reflujo empleada sabiendo que el valor medio de la

volatilidad relativa es 2.47.

Sea la ecuación de la zona de rectificación

𝑛

𝐷

𝐷

𝑛− 1

𝐷

𝐷

La ecuación General de la volatilidad

Para el plato n

𝑛

2. 47 × 0. 48

𝐷

𝐷

𝐷

𝐷

1

𝑛

𝑛− 1

𝑛− 1

n- 1

𝐷

1

0

𝑛

𝑛

𝑛+ 1

n

1

ZONA DE ALIMENTACIÓN

ZONA DE RECTIFICACIÓN

𝐷

Para la zona de Rectificación la pendiente y la ordenada en el origen son: 𝑚 =

𝑅

𝐷

1 +𝑅

𝐷

y 0. 0 =

𝑥

𝐷

1 +𝑅

𝐷

respectivamente, por tanto:

𝐷

𝐷

ZONA DE AGOTAMIENTO

Unir el punto (x B

,x B

), con el punto de intersección de las rectas de alimentación y rectificación y trazar el número

de platos

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,

Ejercicio (5-24 Ocón – Tojo Tomo 1)

Se ha de proyectar una columna de rectificación en marcha continua para separar 2000 kg/h de una mezcla de

metanol – agua de composición 30 % en peso de metanol, en un producto de cabeza de composición 95 % en

peso y un producto de cola de composición inferior a 4 % en peso de metanol. La alimentación entra en un plato

intermedio de la columna como mezcla de líquido y vapor en la proporción de 3 a 1. Determínese:

a) La relación de reflujo mínimo

b) El número de platos necesarios para efectuar la separación si tienen una eficacia media del 69 % y se

emplea una relación de reflujo 42 % superior a la mínima.

c) El plato de alimentación

Los datos de equilibrio son: El esquema es el siguiente

Metanol CH 3

OH PM=32 kg/kg-mol

Agua H 2

O PM=18 kg/kg-mol

Se calcula el número de moles en la alimentación

2000 × 0. 3

2000 × 0. 7

𝐹 = 18. 75 [𝑘𝑔 − 𝑚𝑜𝑙] + 77. 78 [𝑘𝑔 − 𝑚𝑜𝑙]

[

]

De donde x F

= 0.194 fm CH 3

OH

De igual manera x D

= 0.9144 fm CH 3

OH x B

= 0.0229 fm CH 3

OH

ZONA DE ALIMENTACIÓN

Por las condiciones del problema B/D = 3, por tanto la pendiente m = – 3

x y

0.00 0.

0.05 0.

0.10 0.

0.20 0.

0.30 0.

0.40 0.

0.50 0.

0.60 0.

0.70 0.

0.80 0.

0.90 0.

1.00 1.

F =2000 kg/h

30% peso metanol

D

95 % peso metanol

B

4 % peso metanol

ZONA DE RECTIFICACIÓN

La pendiente del reflujo mínimo se halla por:

𝑚

𝑚

𝑚

𝐷

𝐷

De los datos del gráfico x’= 0.115 y y’ = 0.45, por tanto m m

= 0.581 por lo que R m

El reflujo destilado utilizado será R D

= 1.42 × R

m

; por lo que R D

En la zona de rectificación el punto de origen de la recta está dado por:

𝐷

𝐷

Reemplazando datos 0.0 = 0.31, este punto debe unirse con el punto (x D

,x D

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,

Ejercicio: Número de platos en una torre de empobrecimiento

En una torre de empobrecimiento que opera a 101.3 kPa, se introducen 400kg mol/h de una alimentación

líquida al punto de ebullición, que contiene 70% mol benceno (A) y 30% mol de tolueno (B). El flujo de

producto residual debe ser de 60 kg mol/h, que contiene solamente 10% mol de A y el resto, B. Calcule los kg

mol/h de vapor superior, su composición y el número de escalones teóricos requeridos.

x y

B = 60 kg-mol/h

x B

= 0.1 fm (A)

Solución:

Realizando un balance global en el sistema

Balance por el componente más volátil

𝐹

𝐵

𝐷

400 × 0. 7 = 60 × 0. 1 + ( 400 − 60 ) ∙ 𝑦

𝐷

𝐷

Para un líquido saturado, la recta de alimentación tiene una pendiente de 90°

F = 400 kg-mol/h

x F

= 0.7 fm (A)

Líquido al punto

de ebullición

D

yD

La línea de operación de la zona de agotamiento comienza en el punto (x B

,x B

) y termina en el punto (x,y) para

el cual y = 1, calculando x con la ecuación:

𝑊

𝑥 = 0. 865 (Para 𝑦 = 1 )

La recta de agotamiento también puede trazarse con los puntos (x B

,x B

) y (x F

, y D

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

1,

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,

x

F

x

B