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• JOSE RAFAEL CAÑAS ROJAS

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. Procesos de separación por etapas.

Primer departamental. Problema 1. Si en una refinería se va a realizar un despunte de corriente que fluye a razón de 1500 kg/h formando por 30%w de n-C6 y el resto de n-C7. El sistema opera a 1 atm y tiene un grado de vaporización del 60%, la temperatura de alimentación es de 25°C. Determinar    

La composición y los flujos de los productos. La temperatura de operación. La cantidad de calor que debe suministrarse al intercambiador. La recuperación del n-C7 respecto a lo alimentado.

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Problema 2. 15 mil Kilogramos de una mezcla de 35% de n-C5 y el resto de n-C6, se somenten a una destilación diferencial a 1 atm. Se desea que el residuo tenga una composición de 20% W del n-C5 Determinar:   

Cantidad de destilado y residuo. Composición promedio en el destilado. El calor requerido.

Problema 3. Se desea rectificar una mezcla de n-C6 – nC7 para la formulación de gasolinas, la torre a diseñar tendría las siguientes condiciones.

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Determinar:    

Destilado y residuo. Relación de reflujo mínimo y reflujo de operación. Numero de etapas teóricas y números de platos si la eficiencia es de 50% Calor del condensador y del rehervido.

Problema 4. Se necesita diseñar una columna de refracción con platos perforados para separar 19150 kg/h de una mezcla nC6 – nC7 con 26.9 %W del primero y el resto del segundo, la alimentación está a 40°C, la rectificación se lleva acabo a 1atm, para recuperar el 98% de nC6 – y el 97% de nC7, la torre trabaja con una ordenada al origen de la línea de operación en la zona de agotamiento de -0.004, la alimentación que está a 40°C se precalienta con 1020Kg/h de vapor de agua que esta a una presión de 15 Kg/cm2 (manométrica) Determinar.  

La relación de reflujo de operación. El número de platos reales si la eficiencia es de 70%

Problema 5. Se va a rectificar una mezcla de 35%mol de n-C5 y el resto de n-C6, que contiene una mol de líquido saturado por cada 2 moles de Vapor saturado para recuperar el 97% n.C5 y el 98% de n-C6. Se cuenta con un sistema de condensadores que tiene un área total de transferencia de calor de 69m2 y un coeficiente global de transferencia de calor (U) de 1200 Kcal/hm2°C. Se usara agua de enfriamiento la cual pasa de 15°C a 25°. Por otra parte se dispone de un hervidor que transfiere un millón de Kcal/h. Determinar.   

Flujo molar de alimentación. Numero de platos reales si la eficiencia es de 60% La temperatura de la etapa teórica 3

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Problema 6. Una mezcla de nC6- nC7 al 66.7%W de nC6 se precalienta de 30 a 77.5°C utilizando vapor de agua que tiene un calor latente de 510Kcal/kg posteriormente se alimenta a una torre de destilación que cuenta con 20 platos y una eficiencia estimada de 55%. El destilado debe tener una concentración de 96% mol de nC6. Se recomienda utilizar un reflujo de operación de 40% mayor a lo mínimo, la presión de operación es de 1 atm y el reflujo de alimentación es de 2485 kg/h. Determinar:      

Recuperación de nC7 en el residuo. Temperatura en la etapa teórica 4. La masa de vapor a la salida del precalentamiento. El calor del rehervido. La masa del vapor en la zona de agotamiento. La temperatura de vapor a la salida del hervidor.

Problema 7. Se alimenta un destilador de equilibrio 100barriles /hora de nC7, densidad de 678 Kg/m3 y 250 barriles/hora de nC8 densidad de 693 Kg/m3. A una temperatura de 30°C. Se desea que la recuperación del nC7 sea de 65% respecto a lo alimentado. Determinar. 

Las composiciones en las salidas del equipo y la temperatura de operación.

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 Problema 8. Se va a destilar una mezcla de etanol agua que contiene 16% mol de etanol a la presión de 1 atm, para recuperar el 82% de etanol. La destilación es de tipo diferencial (Batch). La carga se alimenta a 30°C Determinar:  

Las composiciones del destilado y el residuo. Si el calor disponible para la destilación son 80000 Kcal, cuanto destilado se obtendrá.

Problema 9. En la columna equipada con 20 platos se rectifica 30450 Kg/h de una mezcla de nC6 – nC7 que tiene 32.6% W del primero para recuperar el 91% nC6 y el 98%nC7 alimentados. La presión de operación es de 1 atm el flujo del líquido que proviene del condensador va al primer plato es de 284 Kmol/h. La alimentación originalmente esta de 28°C se calienta utilizando para ello 2240Kg/h vapor de agua o calor latente λ=513 Kcal /Kcal Kg. Determinar.      

Eficiencia de la columna. Plato de óptimo de alimentación. La relación de reflujo con lo que respecta al mínimo. Composición del líquido y vapor de la quinta etapa teórica. Temperatura de la quinta etapa. Flujo de vapor en las zonas de enriquecimiento y agotamiento LOZE y LOZA

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Problema 10. Se desea destilar 27Kg/h de una mezcla con 55%mol de nC6 y 45%mol nC7 para recuperar el 95%nC6 y el 94%nC7. Se dispone de una columna de rectificación con 20 platos además se encuentra con un condensador que tiene una capacidad térmica de 2644*104 Kcal/h y un hervidor que pude transferir 2.03*106Kcalorias/h. Determinar.   

Se desea conocer la condición térmica de la alimentación y su temperatura. Comprobar si la columna disponible es adecuada para la separación. Considerando una eficiencia de 65% y Pop=1atm

Problema 11. Se va a rectificar una mezcla de nC6 – nC7 que contiene 30%W del primero para recuperar el 87% del nC6 alimentado con una concentración de 95.4%W. La concentración viene a 20°C y se calienta hasta vaporizar 10%. Utilizando para ello vapor de H2O cuya entalpia es de 643.3 Kcal/Kg y sale del calentador como líquido a 110°C. Para la separación se propone emplear una columna equipada con 18 platos. El condensador dispone de una A=20m2 y el coeficiente de transferencia de calor de 983 Kcal/hm2°C. Y utilizando como medio de enfriamiento de agua que va de 24°C a 40°C, el flujo regresa a la columna a su temperatura de burbuja con una relación R=L/V. La columna está aislada y se estima despreciables las pérdidas de calor. La presión de operación es de una atmosfera. Determine. 



Si la columna propuesta es apropiada para las especificaciones de separación, considerando una eficiencia del 65% si esta excedida o deficiente, explique cómo se modificara el reflujo. Calcule el gasto de H2O en el condensador y la cantidad de calor en el precalentador

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Problema 12. Un equipo de destilación flash se puede utilizar para destilar 15000Kg/h P=1atm de una mezcla C6 – C7 La mezcla se encuentra a 30°C y tiene una composición de 40%W de C6 el equipo tiene el intercambiador de calor del cual se puede transferir un millón ochenta mil Kcal/h. Determinar.   

El destilado y el residuo en Kg/h. Las composiciones. Destilado en el residuo en %W.

Segundo departamental. Problema 1. Se desea someter a una destilación de equilibrio una mezcla que contiene 3.4 %mol de metano, 0.01%mol de etano, 36.05%mol de propano y el resto de n-butano. Aun no se ah decidido a que presión seria mejor someter el proceso para eliminar la mayor cantidad de metano. Las presiones propuestas son de 7Kg/cm2 y de 8 Kg/cm2. Determinar:  

En los dos casos el flujo de metano en el destilado y el flujo de gas LP en el fondo. La temperatura de operación es de 33°C, se puede suponer una base de cálculo de 100Kg/mol L.

Problema 2. Se alimenta una torre de destilación de 280Kg/mol de una mezcla que contiene 30%mol de nC5, 30% mol de nC6, 20%mol de nC7 y el resto nC8. Se desea recupera el 98%nC6 y el 99%nC7 Determinar. 

Las composiciones de los flujos del destilado y el residuo.

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Problema 3. Se alimenta una torre de destilación de una mezcla compuesta por Benceno, cumeno y tolueno. La alimentación es de 100Kmol/h y su composición es de 40%mol de Benceno, 30%mol de Tolueno y 30% mol de cumeno. Esta Mezcla es alimentada como vapor saturado y se desea que el tolueno en el residuo no sea mayor al 5% del alimentado, asi mismo que no existe más del 5% del cumeno en el destilado, la presión de operación es de una atmosfera. La volatilidad promedio relativa en base al tolueno. α B-T=2.25 α=C-T Determinar.    

Número mínimo de etapas teóricas. Reflujo mínimo. Numero de platos teóricos si la relación de operación es de 1.5 veces la Rmin. Plato de alimentación.

Problema 4. 300Kmol de una mezcla con 18%mol de pentano, 32%mol de hexano y 50%mol de octano, van a destilarse para obtener un producto con 99.5% de recuperación del octano en el residuo y 0.6% de recuperado de hexano en el residuo, la alimentación se encuentra inicialmente a 25°C y se precalienta vaporizándose el 5%. Se propone una presión de operación de 1.1 bar. También se propone que el reflujo de operación sea 10%mayor al mínimo con una eficiencia de 65%. Determine.   

Plato de alimentación Calor de transferencia en el condensador y en el rehervido Numero de platos.

Predeterminar la influencia de reflujo si es necesario, calcular las etapas teóricas irreales con 20 y 50% de exceso respecto al mínimo.

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Problema 5. Se alimenta 150 Kg/molh de una mezcla que contiene 44%mol de nC6, 34%mol de nC7 y el resto de nC8 a una temperatura de 20°C. En el destilado se obtiene una mezcla con 0.8%mol de nC7 mientras que en el residuo la mezcla tiene 1%mol de nC6. La presión es de 1atm y el reflujo de operación es igual a 1.4. La mezcla alimentada se precalienta con el residui y este sale a 35°C, el coeficiente de transferencia de calor (U) del condensador es de 1100 Kcal/hm2°C utilizando agua de enfriamiento que va de 20 a 40°C. Considere la eficiencia del 65% Determinar.   

El área del condensador. El número de platos reales. El calor del rehervidor.

Problema 6. 210Kmol /h de una mezcla que contiene 15%mol n-Butano, 45%mol n-pentano y 40%mol de n-Heptano, se va a separar en una torre de destilación y se desea que el destilado tenga una concentración de 0.04%mol de heptano y el residuo 0.56%mol de n-Pentano. La alimentación se encuentra inicialmente a 20°C y se precalienta utilizando 1333kg/h de vapor de agua con un calor latente de 470 Kcal/Kg. Se propone una presión de operación de 2.65 Bar, se considera que una relación de vapor generado en el rehervidor respecto al residuo (B¨/W) =2 Determine. 

Numero de platos reales considerando eficiencia de 0.65

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Tercer departamental. Problema 1. Determinar la composición del extracto y el refinado en el equilibrio cuando se alimenta una solución de 45%W de glicol (B) 55%W agua (A) que está en contacto con 2 veces su peso de furfural (C) a una temperatura de 25% y una presión de una atmosfera. Nota: Utilizar como base de cálculo 100g de alimentación.

C

B

A

Furfural %W

Etilen glicol %W

Agua %W

95 90.3 86.1 75.1 66.7 49 34.3 27.5 13.9 11.0 9.7 8.4 7.7

0 5.2 10 20 27 41.5 50.5 52.5 47.5 40 30 15 0

5.5 4.5 3.9 4.9 5.8 9.5 15.2 20.0 38.6 49 60.3 76.6 92.3

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Problema 2. Una mezcla de cloroformo CHCl3 y ácido acético a 18% y una atmosfera. Se somete a un proceso de extracción con agua para recuperar el ácido. 



Determinar si 45Kg de una mezcla que contiene 35% W de cloroformo y 65% W de ácido acético, es tratado con 22.75 Kg de H2O, cuales son la composiciones del extracto del refinado. Se el refinado del inciso (a) es extraído con la mitad de peso de agua cuales serían las nuevas composiciones del extracto y del refinado.

Fase pesada. B

C

A

CH CL3

H2O

H-AC

99.01

0.99

0

91.85

1.38

6.77

80

2.28

17.72

70.13

4.12

25.27

67.15

5.20

27.75

59.99

7.93

32.08

55.81

9.58

34.6

Fase ligera. B

C

A

CH CL3

H2O

H-AC

0.84

99.16

0

1.21

73.69

25.10

7.30

48.58

42.12

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15.11

37.71

50.18

18.33

30.3

50.56

25.20

31.11

49.41

28.85

25.28

47.87

Problema 3. A 100Kg/h de 45%W de acetona en agua es extraída a 25°C 1,1,2 tricloroetano, para obtener un refinado que contiene 10%W de acetona. Utilizando los datos siguientes. Determinar.   

Flujo mínimo de solvente. El número de etapas requeridas si se utiliza una relación de solvente igual a 1.5 veces el mínimo. Flujo y composición de extracto y refinado en cada etapa. Extracto. A Acetona. 0.6 0.5 0.4

C H2O 0.13 0.04 0.03

B T.C.E 0.27 0.46 0.57

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0.3 0.2 0.1

0.02 0.015 0.01

0.68 0.785 0.89

Refinado. A Acetona. 0.55 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 Líneas de reparto en el refinado. 0.44 0.29 0.12

C H2O 0.35 0.43 0.57 0.68 0.79 0.895

B T.C.E 0.10 0.07 0.03 0.02 0.01 0.005 Líneas de reparto en el extracto. 0.56 0.40 0.18