Problemas resueltos u3, Ejercicios de Calor y Transferencia de Masa

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO:

CAMPUS CD. VALLES

INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

6 ° SEMESTRE

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA

UNIDAD III: DESTILACIÓN

11.1-1. Uso de la ley de Raoult para un diagrama de puntos de ebullición “Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias” Geankoplis

• Solución:
• Paso 1.- Obtención de datos del problema y de las fuentes de consulta. - Datos: a) Temperatura de equilibrio 95°C (368.2 °K) b) Presión de equilibrio 101.32 kPa c) Tabla 11.1- 1 d) Composición para el líquido  X A

 X

B

e) Composición para el vapor  Y A

 Y

B

Fracción mol líquido Fracción mol vapor

Paso 3 .- Debido a que se cuenta con datos de las presiones parciales de los vapores del Benceno (A) y del Toluenos a 95 °C, podemos utilizar la Ley de Raoult y en particular la ecuación 11. 1 - 3 ( Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias; Christie J. Geankoplis)

P

A

X

A

+ P

B

(1-X

A

) = P

Sustituimos los valores conocidos

( 155.7 kPa)X

A

+(63.3 kPa)*(1-X

A

) = 101.32 kPa

Realizando las operaciones básicas y omitiendo las unidades de presión

que son homogéneas

155.7X

A

+63.3 – 63.3X

A

Reduciendo términos semejantes y reordenado con términos

semejantes

92.4X

A

92.4X

A

92.4 X

A

X

A

X

A

(Composición del Benceno a 95°C y 101.32 kPa, como líquido)

Fracción mol de líquido

Se busca en la tabla 11. 1 - 1 ( Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias; Christie J. Geankoplis) , la temperatura de equilibrio a 95 °C para el Tolueno y se extraen los datos requeridos por la ecuación 11. 1 - 4 Fracción mol líquido Fracción mol Vapor

• Paso 4.- Calculo de la composición del vapor. Debido a que se cuenta con datos calculados de las composiciones parciales de los vapores del Benceno (A) y del Toluenos a 95°C, podemos utilizar la ecuación 11.1-4 (Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias; Christie J. Geankoplis).
• Con los datos obtenidos: P A = 155.7 kPa X A

P = 101.32 kPa

• Sustituyendo los valore conocidos en la ecuación 11.1-4 (Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias; Christie J. Geankoplis) Y A = [(155.7 kPa)*(0.41147)]/(101.32 kPa)

Composición del Benceno (A) y del Tolueno (B) a 95 °C y 101.32 kPa,

como líquido

X

A

= 0.41147 (Fracción mol del Benceno)

X

B

= 0.58853 (Fracción mol del Tolueno)

X

A

+ X

B

(Composición del Benceno (A) y del Tolueno (B) a 95°C y 101.32 kPa,

como Vapor)

Y

A

= 0.6323122 (Fracción mol del Benceno)

Y

B

= 0.3676878 (Fracción mol del Tolueno)

Y

A

+ Y

B

11.2-1. Contacto de equilibrio para una mezcla vapor-líquido

Solución: Paso 1.- Obtención de datos del problema y de las fuentes de consulta. Datos: a) Presión de equilibrio 101.32 kPa b) Líquido en punto de rocío L 0 = 110 kg-mol c) Vapor en punto de roció V 2 = 100 kg-mol d) Composición para el vapor  Y A = 0.  YB = 0. e) Composición para el líquido  X A = 0.  X B = 0. El diagrama de flujo del proceso es igual al de la figura 10.3-1. Para un derrame molal constante, V 2 = V 1 y Lo = L 1

El diagrama de flujo del proceso figura 10.3-1.

Paso 1.

• Se trata de una destilación de un solo paso, por lo cual, se tienen métodos gráficos para dar con la solución.
• Se procede a construir la curva de equilibrio para el sistema Benceno (A) – Tolueno (B), con los datos de la tabla 11. 1 - 1 (Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias de Christie J. Geankoplis ).
• Para ello, se requiere hojas de papel milimétrico, lápiz, regla flexible (o curvígrafo) y la tabla de datos.

Construcción de la curva

• En las orillas de la hoja milimétrica marque los ejes para el Benceno (A)
• En el eje de las “X” como Fracción mol de benceno en el líquido, X A
• En el eje de las “Y” como Fracción mol de benceno en el vapor, Y A