Orihuela Orihuela Ronaldo (Solucionario de La Cuarta Evaluacion de Masa I)

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA QUIMICA

Corrección de la Cuarta Evaluación de Operaciones de Transferencia de Masa en Equilibrio I

CATEDRA

: OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA EN EQUILIBRIO I

 

CATEDRATICO: Doc. MELGAR MERINO ARTURO MISAEL

 

ALUM AL UMNO NO :    CODIGO   SEMESTRE

Orihuela Orihuela Ronaldo José

: 2016101456A : VII

HUANCAYO –PERU 2019

(I.Q)

 

Pregunta Pregun ta  N o 1: A un tambor de vaporización en equilibrio se ingresa 200 moles de una mezcla que contiene 20% mol de n- butano, 50% mol de n – pentano y 30 % de n-hexano para para ob obte tene ners rsee corr corrie ient ntes es de vapo vaporr y líqu líquid ido o a 250 250 ° F, determ determina ina.. Las cor corri rient entes es y composiciones de los productos si se recupera el 90% del n-hexano en el líquido residual.   Datos de Constantes de Antoine

COMPONENTE n-butano n-pentano n-hexano

ANTA 15.6782 15.8333 15.8366

ANTB 2154.90 2477.07 2697.95

ANTC -34.42 -39.94 -48.78

VAPOR

 

V = v n−C 4 + v n−C 5+ v n−C 6  y n−butano=¿ ?  y n− pentano= ¿?  y n−hexano = ¿?

 Alimentación Tf=250 F = 394.261K 200 Kmol  zF= n − butano =0.20  z n− pentano =0.50  z n−hexano =0.30 Li uido

 L=ln−C 4 + l n−C 5 + ln−C 6 l n−C 6=0.9 ( F z n− C 6 )  x n−butano =¿ ?  x n− pentano=¿ ?

=

1 CALCULO DE LAS COMPOSICIONES DE LAS CORRIENTES Por definición de composición en función de corrientes: vi li 1

2

 x i= L … … . ( ) y i= V   … … . ( ) 1.1 Caculo de L Por definición:  L=ln−butano + l n− pentano + l n−hexano … … . ( 3 ) 1.1.1 Cálculo de l i:   f  i l i= … … . (4 ) por definición en el equilibrio:  K i∗V  1

+

 L

1.1.1.1 Cálculo de f i: por definición f i= z i∗ F … …. ( 5) 1.1.1.2 Cálculo de  K i: por definición de constante de equilibrio en función de presiones: SAT   Pi  Ki =  P   … … . ( 6 ) Reemplazando (6) en (4):

 

 

f i

… … . (7 ) SAT   Pi de la ecuación (7);  P ,V , L se mantienen constantes en la operación   ∗V   P 1+  L de separación, estas variables las agrupamos en un sola: l i=

1

∗V 

Reemplazando (8) en (7)

S=  P L   =co cons nsta tant ntee … … . ( 8 )   f i … … . ( 9 )como tenemos de dato del problema l n− hexano  particularizamos la ecuación l i= SAT  1 + Pi ∗ S (9) para el n-hexano   f n−C 6 … … . ( 10 )despejando de 10 la variable S: l n−hexano= SAT  1 + Pn− C 6∗ S f  n−hexano ln−hexano

−1

  … … . ( 11) SAT   Pn−hexano Calculo de f n−hexano de la ecuación (5) f n−hexano =0.3∗200= 60 kmol kmolCalculo Calculo de l n−hexano  de dell enunc enunciad iado o ln−hexano =0.9 ( F ∗ z n−hexano )=0.9∗( 0.30∗200 )=54 kmolcalculo de  PnSAT  −hexano   ANTB SAT   ANTA A− dela ecuac ecuacio ion n de Anto Antoin inee : ln ( P  P i )= ANT T + ANTC  re reempl emplazan azando do los datos datos de las cosntant cosntantes esde de Antoin Antoinee y la tempera temperatur tura a de flasheo flasheo SAT  en ( K )  y particularizando particularizando para n −C 6 : Pn−hexano =3063.590158 reemplazando estos datos en (11): S=

60

S= l i=

54

−1

3063.590158

  1

=3.62683∗10−

f i

− + PSAT  i ∗3.62683∗10

5

5

Reemplazando S en (9)

tabulando en una tabla para cada componente:

COMPONENT E n-butano n-pentano n-hexano

f i= z i∗ F    PiSAT  , 250 ° F   

 

40

100 100

 

60

li

1615 16150. 0.74 7498 98

25.2245022

1

6

6920 6920.6 .660 6017 17

79.9360279

9

6

3063 3063..5901 59015 5

54

8

∑l

159.160530

i

2

Por definición de (5)  L= l i =159.16053021.2 Cálculo de V V : por balance de materia total alrededor de la columna de destilación V = F − L … … ( 12)

∑

1.2.1 Calculo de F del enunciado  F =200 kmol

 

1.2.2 Cálculo de L de cálculos anteriores:  L=159.1605302 kmol Reemplazando en 12 1.3 Cálculo de vi : V = 200−159.1605302= 40.83946978 kmol kmol1.3 por balance de materia parcial alrededor de la columna de destilación: vi =f i −l itabulando en tabla COMPONENTE n-butano

  f i

n-pentano

 

 

 

n-hexano

40

100 100

 

l 2i 5.22   0222 5.2245 4502

i v14.7754977

6

4

79.9 79.936 3602 0279 79

20.0639720

6

4

54

6

60

RESPUESTA: Reemplazando en las ecuaciones (1) y (2) COMPONENTE

 x i=

li  L

 

y i=

vi V 

n-butano

 

0.15848 0.158 48465 4658 8

0. 0.361 361794 794554 554

n-pentano

 

0.50 0.5022 2235 3524 245 5

0.49 0.4912 1288 8875 75

n-hexano

 

0.33928 0.339 28009 0096 6

0. 0.146 146916 916697 697

1.00

1.00

Pregunta  N o 2: La siguiente mezcla liquida que contiene 30 kmol de benceno, 40 kmol de agua y 30 kmol de tolueno se ha de someter a destilación flash en equilibrio a 25 psia de presión y una temperatura de flasheo de 150 °C  , , justifica si se realiza o no la separación Datos de Constantes de Antoine

COMPONENTE benceno agua tolueno

ANTA 15.9008 18.3036 16.0137

ANTB 2788.51 3816.44 3096.52

ANTC -52.36 -46.13 -53.67

V = ¿?  y benceno =?  y agua =¿?  y tolueno=?

BASE DE CÁLCULO:  F =100 mol  z benceno= 0.30  z agua =0.40  z tolueno=0.30

25 Psia =1292.87331 mmhg

 

 L=¿ ?  x benceno =¿ ?  x agua =¿?  x tolueno=?

CALCULO SI A LA TEMPERATURA DE FLASHEO DADO SE EFECTUA O NO LA OPERACIÓN DE SEPARACION. Por definición la temperatura de flasheo es mayor que la temperatura del punto de burbuja y menor  que la temperatura de roció. TPB < Tf  < TP……. ( 1)donde :TPB =TEM TEMPER PERAT ATURA URA DE PUNTO PUNTO DE BURBU BURBUJA JA TPR =TEM TEMPER PERAT ATURA URA DE PUNTO PUNTO DE ROCIOTf  ROCIOTf =TEMPE TEMPERA RATURA TURA DE FLASHEO FLASHEO Y 1 se puede comprueba mediante: f  ( ( Tf  ) ) =  Ki∗ xi −1 > 0 … … . ( 2 ) F ( Tf  ) )=  xi / Ki −1 > 0 … … . ( 3 )

∑

∑

Calculo de  xi: por definición son las composiciones de la corriente de entrada.( xi = zi ) Calculo de  Ki: Utilizando la definición de la constante de equilibrio en función de presiones. SAT 

 Ki = Pi  P Calculo de  PSAT  : i  P i Por la ecuación de Antoine: ln ( P

  ANTB  ANTA A− )= ANT T + ANTC 

SAT 

Calculo de  P: De enunciado P enunciado  P=25 Psia=1292.87331 mmhg mmhg   y a T=423.15 K Componente   xi   Ki xi∗ Ki Benceno Agua Tolueno

     

xi / Ki

0.3

3.372725882

1.011817765

0.088948824

0.4

2.763040197

1.105216079

0.144768071

0.3

1.597318493

0.479195548

0.187814767

∑ Ki∗ xi

 

2.596229391

∑ xi / Ki

  0.421531662

Reemplazando en la ecuación (2) y (3) f  ( ( Tf  ) ) =2.596229391−1 > 0 ¿ F ( Tf   ))= 0.421531662−1 > 0 ¿  Ambos deben ser positivos para para que la temperatura de flasheo sea correcta, en este caso uno es positivo y el otro negativo, por lo tanto la temperatura dada en el problema no es la temperatura de flasheo. Como (j) es negativo, nos indica que la Temperatura de flasheo está por debajo de la temperatura del punto de rocío, y estarían en vapor sobrecalentado o en estado de vapor.