Kty

 

  1.  una mezcalliquida de venceno (C6H6) y tolueno (C7H8) se separa por fraccionamiento en un destilado con 15% moles de tolueno y unas colas con 0.8% de venceno. Se alimenta la columna 8000L diario de mezcla a 25°C, a la cual las densidades son: benceno= 0.871kg/l y tolueno= 0.869kg/l. Calcular los kg de destilado y de la cola. D=? Condensador Yt= 0.15mol L0=8000L

Yb=0.85mol

Ben=4000L Tol= 4000L R=? Xb=0.008mol X = 0.992mol t

 

Para el Benceno:

PM= (12)(6) + (1)(6)= 78 kg/kgmol m= ƪ *V *V m= 4000L*0.871kg/L= 3484kg n b= m/Pm = 3484/78kg/kmol = 44.6666667kmol  

Para el tolueno:

PM= (12)(7) + (1)(8)= 92kg/kgmol m= ƪ*V  ƪ*V  m= 4000L*0.869kg/L = 3476kg nt= m/Pm = 3476kg/92kg/kmol = 37.7826087kmol masa total = 3484kg+3476kg = 6960kg n total= 44.6666667kmol + 37.7826087kmol = 82.449275kmol  

Balance de masas:

L0= R + D

82.45kmol= R+ D -------- R=82.45 –  R=82.45 –  D ……..(1)  ……..(1) 

 

   

Balance parcial (tolueno)

37.783kmol=0.992R + 0.15D ……………..…(2)  ……………..…(2)    

Entonces:

37.783kmol=0.992(82.45kmol-D) + 0.15D (37.783-81.7904)kmol = -0.842D D= 52.265321kmol R= 82.45kmol - 52.265321kmol R= 30.184674kmol  

Encontrando los kg en D y R D = 52.265321 kmol*  kmol* 

2.  la carga de destilacion de una unidad de carga de destilacion continua es de 80L/min. Si la alimentacion, producto y material de desecho contienen respectivamente: 10%, 80% y 5% en  peso de etanol, calcular los fujos corrspondiente en L/min a los cuales se obtiene el producto y el materiald e desecho. Considerar dendidad del agua 1kg/L Datos % en peso 5 10 80

Peso especifico 0.995 0.980 0.850

Densidad 0.995*1 kg/L = 0.995 kg/L 0.980*1 kg/L = 0.980 kg/L 0.850* 1 kg/L = 0.850 kg/L D=?

Condensador 80% L0= 80L/min 10%

L=? 5%

L0 = 80L/min*0.980kg/L ------ L0= 78.4kg/min  

Balance total:

L + D = 78.4 kg/min ----------------------------------- (1)

 

L= 78.4kg/min-D  

Balance de etanol:

0.1(78.4 kg/min) = 0.05L + 0.8D ………………………. (2) ……………………….  (2) 7.84kg/min=0.05(78.4 - D) + 0.8D (7.84 -3.92)kg/min = 0.75D D= 5.227kg/min ------- D 

 

 = 6.149 L/min

Por lo tanto: L=(78.4  L=(78.4 –   –  5.227)kg/min  5.227)kg/min

L= 73.173kg/min -------- L

 

 = 73.541L/min

3.  Se desea realizar la vaporización instantánea de una mezcla líquida de metano, etano y  propano, que entra a una columna a razón de 100 kmol/h. La presión y temperatura de operación son 200 psia y 50ºF, respectivamente. La composición de la alimentación es 10,0%mol, de metano, 20,0%mol de etano y el resto de propano. Los valores de las constantes de equilibrio han sido determinados en 10,0, 1,76 y 0,520, para el metano, etano y propano, respectivamente. Calcular los flujos de vapor y líquido que salen del separador al igual que las fracciones molares de estas corrientes. En primer lugar, se fija como base de tiempo una (01) hora. El problema a resolver trata de un equilibrio bifásico (líquido-vapor) de una mezcla de tres componentes. El flujo F  es  es igual a 100 kmol. La composición de dicho flujo es:

 z  metano  metano  0,100   

 z etano etano  0,200 

 z  propano  propano  0,700 

 

 

Las constantes de equilibrio son:  metano  10,0  K  metano  

 etano  1,76  K  etano  

 propano  0,520   K  propano  

Para el metano, etano y propano, se tiene que:

           



            



              

  

Donde V  está  está en kmol. Resolviendo para la variable V , se obtiene como única solución el siguiente

 

valor: V= 27.3 kmol

F= V+L

Por consiguiente:  L  F   V   

   



 



 

    

    

 

100 kmol  27,3 kmol  

 

 







  72,7 kmol ,



 





     



 

   

   

 

   

    

         

 

 



 





 





     

    

 

    

Finalmente, se debe chequear que se cumpla con igualdad igualdad a 1. Lo cual es cierto tanto para la composición del flujo de vapor como del líquido. 4.  En una columna de destilación se procede a la separación de 10000 kg/h de una mezcla de  benceno y tolueno al 50%. El producto recuperado, tras condensar el vapor v apor (V) en cabeza de columna, contienes un 95% de benceno y el residuo recogido en la cola de columna (W), un 96% de tolueno. La corriente de vapor que llega al condensador es de 8000 kg/h. una parte del  producto se regresa a la columna como reflujo ¿Cuál es la relación entre el reflujo y el  producto destilado (R/D) (Nota: todos los porcentajes son en peso) D

Q V = 8000 kg/h

Q = 10000 kg/h 50% C6H6 50% C7H8

5% C7H8

R

E = S

W  

Balance Total:

Q= D + W ----- W= 10000 –  10000  –  D ……… (1)

95% C6H6

4% C6H6 96% C7H8

 

   

Balance de Ac. Acético: 

C6H6 => 5000 = 0.04 * W + 0.95 * D …………(2) …………(2)   5000kg/h = 0.04(10000kg/h –  0.04(10000kg/h –  D)  D) + 0.95D 4600kg/h = 0.91D D = 5054.9451 kg/h W= 10000kg/h - 5054.9451 kg/h W= 4945.0549 kg/h  

Balance de agua: 

Total => V= R +D  R= 8000kg/h - 5054.9451 kg/h R= 2945.0549 kg/h  R/D= 2945.0549 / 5054.9451 R/D= 0.5826

5.  A un evaporador de simple efecto con sistemas de eliminación de cristales se le alimenta 15000kg/hr. De una solución que tiene una composición de 12% de NaOH, 12% de NaCl y 76% de H2O obteniéndose una solución de composición 55% NaOH, 5% NaCl y 40% H 2O por una parte y por otra cristales de 100% 100 % NaCl. Calcular: a.  La cantidad de solución concentrada obtenida,  b.  La cantidad de cristales de NaCl y c.  La cantidad de agua evaporada.  

Balance Total  F=E+P+C

15000 = E + P + C  

Balance NaOH 

F * XF = E * XEW + P * XP + C * XC  15000 * 0.12 = E * 0 + P * 0.55 + C * 0 1800 = 0.55P

 

3272 .7273 P = 1800 = 3272.7273 0.55   Balance NaCl 

F * XF = E * XE + P * XP + C * XC  15000 * 0.12 = E * 0 + 3272.7273 * 0.05 + C *1. 0 1800 = 163.6364 + C

= 10090.9091kg/hr

C = 1800  –   163.6364 = 1636.3636  

55% NaOH, 5% NaCl 40% H2O 

XP  = 1636.3636 kg/hr

En..1

100% NaCl = 3272.7273 kg/hr

15000 = E + 3272.7273 + 1636.3636 kg/hr  E = 10090.9091 kg/hr 

6.  Se desean destilar 3500kg/h de una solución de acetona y agua la cual contiene 58% en peso de acetona. Las especificaciones del proceso requieren de la recuperación del 92% de la acetona en el destilado, el cual debe tener una pureza del 96% en mol de acetona. La alimentación proviene de un sistema de recuperación de acetona ha sido precalentada de tal manera que está formada por 50% de vapor y 50% de líquido. Los vapores destilados deben ser condensados en un condensador total mediante agua de enfriamiento que entra a 27°C y sale a 40°C. a.  Determine el flujo mínimo.  b.  Obtenga el número de etapas en equilibrio requeridas para esta separación si se usa un reflujo de 1.8 veces el mínimo. 40°C

Recuperacion del 92% de la acetona en el destilado

27°C D = ?

50% vapor

XDacetona  = 0.96 fr.mol

50% liquido RD op  = 1.8 RD min  A = 3500 kg/h XAacetona  = 0.58 fr.peso XA

H2O

  = 0.42 fr.peso

F = ?

XF

acetona

 = ?

 

 

 

Balance de Materia  

Ac

%peso de acetona en A acetona PM  

etona

 (fr.mol) =

%peso de acetona en A acetona PM  

+ %peso de H2O agua en A PM  

A(kgmol/h) = (A) fr. Peso de metanol M PM  

+ (A) fr. Peso de agua H2O PM

Dx

acetona D

 Ax A 

 (0.9)

acetona 



Solución:  

Fracción mol de la acetona en la alimentación:

acetona xA  

 

58 = 58 58 + 42 58 18

= 0.3 fr.mol

Moles en la alimentación:  

A = 3500 (0.58) + 3500(0.42) = 116.6667 Kgmol 58 18 h  

Acetona en el destilado:

Dx

acetona D

 Ax A 

 (0.9) = 116.6667 (0.3) (0.90) = 31.50  Kgmol de acetona

acetona 



H  

Moles de destilado: 

31.50 kgmol de acetona 31.50 kgmol de acetona D = h = h = 32.8125 Kgmol acetona xD   0.96 h

 

Balance total:

 

 

116.6667 = 32.8125 + F F = 83.8542 Kgmol h

 

 

Balance de acetona: 

  Dx

 Ax A 

acetona 



acetona D

+ FxF

acetona 

 

116.6667 (0.3) = 32.8125 (0.96) + 83.8542 x

acetona  F

x

 

acetona  F

  = 0.0417 

7.  Una columna de destilación debe procesar una mezcla de 9000 kg/h que contiene 38% de metanol en mol y el resto de agua. La mezcla se alimentara a la columna en forma de líquido saturado. Por requerimientos del proceso deberá usar un condensador parcial en el cual el destilado en forma de vapor deberá salir con 92% de metanol en mol. Además se requiere que las moles de destilado saliente en forma de vapor sean iguales a las salientes como líquido. El líquido deberá igualdeben a la contener totalidad 5% de en losmol productos destilados. Considerar que  para esareflujado separación si los ser fondos de metanol. GD

y*D = 0.92 fr. Mol HG D 

G1 

L0 

LD 

X0 

HL D

A = 9000kg/h xAM = 0.38 fr. mol

L1  G2 

F M

XF   = 0.05 fr.mol  

qr 

Balance de Materia  

Balances: A = 9000 (0.50) + 9000(0.50) 32 18

= 390.625 kgmol h

390.625 = GD + LD + F 390.625 = 2GD + F ……………..1 ……………..1   390.625 (0.38) = GD (0.92) + GD (xD) + F (0.05)

 

 

El valor de xD se obtiene a partir de la tabla para equilibrio para el metanol. Debe recordarse que x D  está en equilibrio con y*D. con el valor de y* = 0.9 de la misma tabla que al equilibrio. xD = 0.75

ahora continuando con la ecuación anterior:

148.4375 = GD(0.92 (0.92)) + F (0.05)  

……………..2  ……………..2 

Resolviendo 1 y 2

148.4375 = GD (1.67) +(0.05)( 390.625 - 2 GD) GD = 82.1059 kgmol h Simultáneamente:

F = 1458.0014 kgmol h

LD = 82.1059 kgmol h

8.  En un proceso continuo de destilación Se separan por destilación en dos fracciones, 20000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 65 % de benceno en masa. El flujo másico de benceno en la corriente superior es de 4200 kg/h y la de tolueno en la corriente inferior es de 3500 kg/h. La operación se lleva a cabo a régimen estacionario. Formular  balances para el benceno y el tolueno a fin de calcular los flujos desconocidos de los componentes en las corrientes de salida. F2 = 4200kg/h benceno

F1 = 20000kg/h Ben = 50% Tol = 50% F3 = 3500kg/h tolueno

 

Balance de benceno:  Benceno en F1 = Benceno en F2 + Benceno en F3

0.5*20000kg/h = 4200kg/h + benceno en F3

 

Benceno en F3 = 10000kg/h –  10000kg/h  –  4200kg/h  4200kg/h Benceno en F3 = 5800kg/h F3 = benceno en F3 + Tolueno en F3 F3 = 5800kg/h + 3500kg/h F3 = 2300kg/h   Balance de tolueno: Tolueno en F1 = tolueno en F2 + tolueno en F3

0.5*20000kg/h = tolueno en F2 + 3500kg/h Tolueno en F2 = 10000kg/h –  10000kg/h  –  3500kg/h  3500kg/h Tolueno en F2 = 6500kg/h F2 = benceno en F2 + tolueno en F2 F2 = 4200kg/h + 6500kg/h F2 = 10700 kg/h

9.  A una torre de destilación, en la que se lleva a cabo una destilación instantánea, se alimentan 200 gmol/h de una mezcla hidrocarbonada conteniendo 15,0%mol de  n-propano, 25,0%mol de   n-butano, 35,0%mol de  n-pentano y 25,0%mol de  n-hexano. Se desea recuperar mayor cantidad de fase vaporizada que de fase líquida. La relación entre la fase vapor y líquida debe ser al menos de 4:1. Las constantes de equilibrio valen 3,50, 1,87, 0,940 y 0,476, respectivamente. Calcular las corrientes de flujo desconocidas y sus composiciones. compo siciones.

Solución: En primer lugar, es recomendable fijar la base de tiempo en una (01) hora. Para comenzar a

resolver este problema, podemos suponer el caso más desfavorable en la relación entre el flujo de vapor y el de líquido, esto es hacer que la corriente de vapores sea cuatro veces el flujo de la corriente de líquido: V 

 F



V

  

 L .

 L 

…… F= 4L+L…….. F= 5L

    

V= 4L = 4*40gmol = 160gmol

…… L= F/5  F/5 

 

La composición de la alimentación así como las constantes de equilibrio están dadas por:  z n  z n

Kn

  = 0,250

 z n  z n

 = 0,250

 

 K n

  = 1,87

Kn

 = 0,940 

 K n

 = 0,476 .

Sustituyendo los valores de la corriente  V , las fracciones molares de la alimentación y las constantes de equilibrio se obtiene la fracción molar de cada componente en la fase de vapores:         

    

    

             

               

                          

               

Finalmente, sabiendo que  xi xi = yi / K i , se calcula el fraccionamiento de la fase líquida para cada componente:      

 

   

      



     



          



              

Para ambas composiciones se cumple que xi + yi = 1.

 

 

10. Una columna de destilación separa 2000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 53% en masa de benceno. El producto recuperado del condensador en el domo de la columna contiene 87% de benceno y los fondos de la columna contienen 93% de tolueno. La corriente de vapor que entra al condensador de la parte superior de la columna es 1300 kg/h. Una parte del producto se regresa a la columna como reflujo y el resto se saca para utilizarlo en otra parte. Suponga que las composiciones de las corrientes en la parte superior de la columna (V), del producto retirado (D) y del reflujo (R) son idénticas. Encuentre la relación entre el reflujo y el producto retirado.

1300kg/h V

D Condensador b= 87%

L=

2000kg/h

b=0.53 t=0.47

R

W b= 7% t=93%  

Balance global de masa

L= D + W ------- W= 2000kg/h –  2000kg/h –  D  D  

Balance global parcial de masa para el benceno:  Lx = Dx + Wx

2000kg/h(0.53)= D(0.87) + W(0.07) 1060kg/h = 0.87D + 0.07(2000kg/h –  0.07(2000kg/h  –  D)  D) D = 1150 kg/h  

Balance total de masa en el condensador:

V=D+R R = (1300 –  (1300 –  1150)  1150) kg/h R = 150 kg/h Relación entre el reflujo y producto retirado= R/D

t=13%

 

     

  

 



= 0.1304 

11. Una columna de destilación de platos con campanas burbujeadoras (bubble caps) que trabaja a un atm, se alimenta con una corriente F = 400 kgmol/hr como liquido saturado y de composición 50% molar en benceno (el resto es tolueno). La columna posee un reboiler (hervidor) y un condensador total que solo remueve calor latente. Se trabajara con una razón de reflujo, RD, igual de dos veces la mínima. Si el destilado debe contener 90% molar de benceno (XD9 y el residuo 10% molar en benceno (XW), determinar el número real e platos para una eficiencia global, EOV, del 50%.

Q C 

D XD 

F XF 

Q B 

W XW   

Del grafico se determina R Dmin Dmin  

a = 0.50 =

XD = R Dmin Dmin + 1

0.9 . R Dmin Dmin + 1

R Dmin = 0.80 R Doper  Doper  = 2*0.80 = 1.60

 b =

0.90 = 0.3462 1.60 + 1

F=D+W F * XF = D * XD + W * XW  400 = D + W 400 * 0.50 = D * 0.9 + W * 0.1 Por lo tanto: D = 200 lbmol/hr

 

 

W = 200 lbmol/hr

L = R Dope Dope * D = 1.60 * 200 = 320 lbmol/hr V = (R Dope Dope + 1) * D = (1.6 + 1)* 200 = 200 lbmol/hr mLOS = 320 = 0.33154 520

Grafico: 0.90 –  0.90 –  0.652  0.652 0.90 –  0.50 0.90 –   0.50 V = V = 520 L = L + F = 320 + 400 = 720

mLOI = L = 720 = 1.385 V 520

Gráfico: 0.652 –  0.652 –  0.10  0.10 = 1.30 O.K 0.50 –  0.50 –  0.10  0.10

Trazados de platos, N = 8 –  8 –  1 + 1

;

0.5 

N = 14 platos + 1 reboiler