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• Angie Nathalia Lizarazo Román

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OPERACIONES UNITARIAS II PROF. DEBORA NABARLATZ

TALLER V: DESTILACIÓN SIMPLE Y DIFERENCIAL DESTILACIÓN CONTINUA Y FRACCIONADA 1) Los datos vapor – líquido a 1 atm, los calores de solución, las capacidades caloríficas y los calores latentes de evaporación para el sistema acetona – agua son:

Una mezcla líquida que contiene 60% mol de acetona y 40% mol de agua a 26.7ºC, se va a evaporar instantánea y continuamente a 1 atm de presión, para evaporar el 30% mol de la alimentación. a) Cuál será la composición de los productos y la temperatura en el separador, si se establece el equilibrio? b) Cuánto calor, en kJ/kmol de alimentación, se requiere?

2) Se destila diferencialmente la solución líquida del problema anterior a 1 atm de presión para evaporar el 30% en mol de la alimentación. Calcule la composición del destilado, y del residuo compuesto. Compare con los resultados del problema anterior. 3) Una columna de destilación continua que posee 5 platos teóricos se utiliza para separar 1000 kg/h de mezcla de A y B de composición 20% molar en A en un producto de cabeza con 90% molar en A y otro de fondo con 10% molar en A. Esta separación se logra con una temperatura de alimentación de 50°C. La temperatura de ebullición de la mezcla de alimentación es de 200°C y la de condensación del destilado a xD = 0.9 es de 180°C. Otros datos son:

Datos de equilibrio del sistema (fracciones molares)

a) Calcular la masa de destilado y residuo, las relaciones de reflujo externa (R) e internas (L/G) en ambas zonas de enriquecimiento y agotamiento, los caudales de vapor en las secciones de enriquecimiento y agotamiento, e indicar el plato en el que entra la alimentación. b) Si ahora incrementamos la temperatura de alimentación hasta 190°C y mantenemos constante su caudal y su composición y las relaciones de reflujo en ambas zonas, calcular las composiciones y caudales del destilado y residuo a obtener. c) Alimentando a 190°C y deseando un destilado de composición xD = 0.9 y un residuo con xW = 0.1, calcular las relaciones de reflujo externa e internas que cumplan con lo solicitado.

4) Debe proyectarse una columna de destilación continua para separar 2000 kg/h de una mezcla de metanol/agua, de composición 30% en peso de metanol en un producto de cabeza y otro de cola de composiciones 95% y menor del 4% en peso de metanol respectivamente. Determinar: a) La cantidad de destilado y residuo obtenidos por hora. b) La relación de reflujo mínima si la alimentación entra en un plato intermedio de la columna como mezcla de líquido y vapor saturado en la proporción 3 a 1 (en peso). c) El número de platos necesarios si la relación de reflujo empleada es un 42% superior a la mínima y la eficiencia media de los platos es de un 69%. d) El plato real de alimentación. e) La relación de reflujo a emplear en la columna ya construida si la alimentación entra como vapor saturado.

Datos de equilibrio del sistema (en fracciones másicas)

5) Una columna de rectificación en continuo se usa para separar 20000 kg/h de una mezcla de cloroformo-benceno cuya composición es 0.35 molar de cloroformo, para suministrar un producto de cabeza de composición 0.97 en fracción molar de cloroformo y producto de fondo de composición 0.97 molar de benceno. La columna ha de trabajar a la presión atmosférica, y la alimentación entrará a 16°C. La cabeza de la columna va provista de un condensador total, y tanto el reflujo como el producto destilado salen del condensador a la temperatura de condensación. Calcular: a. b. c. d. e.

Caudales de alimentación, producto de cabeza y producto de fondo. La ecuación de la recta q. La relación de reflujo mínimo. El número mínimo de platos teóricos. Ecuación de la recta, sección de enriquecimiento y empobrecimiento si la relación de reflujo es de 20% superior a la mínima. f. El número de platos teóricos y la posición del plato de alimentación. g. Calor retirado en el condensador. h. Calor suministrado en el rehervidor. Los datos de equilibrio cloroformo benceno a presión atmosférica. (Composiciones en fracción molar)

Dentro del intervalo de temperaturas de operación pueden tomarse los siguientes valores medios para los calores específicos y para los calores latentes. Cloroformo: Cp=0.23 Kcal/Kg°C λ=6800 Kcal/Kmol Benceno: Cp=0.44 Kcal/Kg°C λ=7420 Kcal/Kmol El valor medio de la volatilidad relativa es α=1.70 6) Se desean destilar 250 kmol de una mezcla de ácido acético y agua que tiene una composición de 0.2 en fracción mol de ácido acético. Para ello se introducirá en un alambique y se destilará a la presión de 1 atm, hasta que en el alambique el líquido residual contenga 80% de ácido acético en mol. Determine la cantidad de producto que se tendrá que destilar y la cantidad de residuo final. Datos de equilibrio a 760 mm de Hg.

xac yac

0 0

0.1 0.181

0.2 0.327

0.3 0.448

0.4 0.555

0.5 0.649

0.6 0.737

0.7 0.813

0.8 0.875

0.9 0.934

1 1

7) Una columna de rectificación que opera en continuo trata una mezcla constituida por un 40% en peso de benceno y un 60% en peso de tolueno, a la velocidad de 4 kg/s, separándola en un producto de cabeza que contiene 97% de benceno y un producto de cola con un 98% de tolueno. La alimentación es líquido a su temperatura de ebullición. Calcular: a) los pesos de destilado y residuo por unidad de tiempo b) el número de platos teóricos requeridos en la columna de rectificación

c) el número real de platos si la eficiencia de los mismos es del 60% Relación de Reflujo: 3,5. Datos de equilibrio en fracción molar de benceno x y

0.1 0,22

0.2 0,38

0.3 0,51

0.4 0,63

0.5 0,70

0.6 0,78

0.7 0,85

0.8 0,91

0.9 0,96

Respuesta: 1,6 kg/s y 2,4 kg/s; 10; 17. 8)

Un condensador que opera a una presión total de 3.6 bar, procesa una corriente de vapor constituida por un 40% (v/v) de A y el resto de B, a 200 ºC. Dichas sustancias son inmiscibles en fase líquida. Sus presiones de vapor en función de la temperatura son: PA (bar) = 0,04 T (ºC), y PB(bar) = 0,02 T (ºC). Se pide: a) Composición y temperatura de la primera gota de líquido b) Evolución de la temperatura y de las presiones parciales conforme se extrae calor c) Composición y temperatura de la última burbuja de vapor. (Respuestas: B puro, 180ºC; T disminuye con la ley PB = 0,02 T; YA = 0,67, 60ºC).

9)

En un recipiente cerrado de volumen variable, en el que mantiene una presión constante de 650 mm de Hg, se calienta una mezcla agitada de agua y de benceno, (70% molar de benceno y 30% de agua) que, como se sabe, no son miscibles entre sí. Se pide: a) ¿A qué temperatura comenzará la ebullición? b) ¿Cuál se agotará antes? Demostrarlo c) ¿A qué temperatura se vaporizará la última gota de líquido? d) Si los vapores formados durante el proceso se enfrían hasta 60 ºC, ¿cuál será la composición del líquido y del vapor residual? e) Se quiere purificar benceno de pequeñas cantidades de solutos no volátiles sometiéndolo, a una presión de 745 mm de Hg, a destilación con vapor de agua saturado. ¿Puede calcular un límite inferior para los kg de vapor que serían necesarios para purificar 100 kg de benceno? Explicar por qué conceptos el consumo de vapor será superior.

Datos: Presiones de vapor de agua y benceno: Temperatura, ºC

60

65

68

69

70

Pº benceno, mm Hg

390

460

510

520

550

Pº agua, mm Hg

150

190

215

225

235

95,2

650

(Respuesta: a) 65 ºC; b) el benceno; c) 95,2 ºC; d) todo líquido, e) 70% de benceno; 9,1 kg de vapor).

10) Una mezcla equimolar heptano-octano entra como alimentación en el plato intermedio de una columna de rectificación que trabaja a presión atmosférica normal. Se desea obtener un producto destilado que contenga 98% moles de heptano y un producto de cola que sólo contenga un 5% mol de heptano. La alimentación entra en la columna a su temperatura normal de ebullición. La relación de reflujo es 3. a) Determinar el número de platos teóricos necesarios en la columna b) La posición del plato de alimentación. Los datos de equilibrio para esta mezcla son los siguientes. x

0,00

0,10

0,22

0,35

0,50

0,65

0,73

0,82

0,92

1,00

y

0,00

0,18

0,38

0,54

0,68

0,80

0,86

0,91

0,96

1,00

(Respuesta: a) 14, b) 9).