Problema para Examen 2

 

 

UNIVERSI UNIV ERSIDAD DAD NACION NA CIONAL AL DE SAN AGUSTÍ A GUSTÍN N FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS PROBLEMA PARA EXAMEN: 

Una alimentación líquida de 100 kg mol/h de benceno-tolueno en el punto de  ebullición contiene 55% mol de benceno y 45% mol m ol de tolueno. Se destila a 101.32 kPa de presión   presión para dar un destilado con  = 0.98 y un residuo de = 0.04. Utilizando una razón  de reflujo de 1.3 veces el mínimo y el método de entalpía y concentración, haga lo siguiente.





a)  El número de etapas a reflujo total  b)  El número de etapas a reflujo mínimo c)  El número de etapas ideales requeridas para lograr la separación deseada a R = 8 d)  La posición optima del plato de carga e)  El número de etapas reales si la eficiencia global de la columna es de 60 % f)  La cantidad de calor que se retira en el condensador condensador g)  La cantidad de agua de refrigeración a utilizar, si este llega al condensador a 68 ºF y sale del mismo a 135,20 ºF h)  La cantidad de calor a adicionar en el calderín o reboiler

 

 

 = ¿? ℎ   =0.98 =1. 3 ∗ ℎ

 

 

=100 ℎ =100   =0.55  = 101.32 kPa

 

 

 

=¿?    =0.0ℎ4  

a) 

El número de etapas a reflujo total

Numero mínimo de etapas a reflujo total = 8

 

 

 

b) 

El número de etapas a reflujo mínimo

=.    .   =   =. =. =.=.∗. + =            = ...  =. →  = .. =. + =. .  

 

 

 

 

 

 

LINEA DE OPERACIÓN SUPERIOR: 

 

 

 NUMERO DE ETAPAS ETAPAS REALES

 

 

 

#   =− = − . =.  ~    

c) 

 

 

 

 

El número de etapas ideales requeridas para lograr la separación deseada a R = 8

+ =      

 

 

++=.=   . . , =.;.   , =;.

 

PUNTO 1

 

PUNTO 2

 

 

 

d)  La posición optima del plato de carga

La alimentación de carga se da en el QUINTO PLATO.

e)  El número de etapas reales si la eficiencia global de la columna es de 60 %

 

     == ú ú = =90.−601=13.  33 − 1     = = 14     

 

f)  La cantidad de calor que se retira en el condensador

=     =.  ==  

 

 

 

 

100= =100−  =    1001000.0.55555=0.  =0.51=0. 984−0. 98 894100− 100− 04 0.04  = 54.54.26 /ℎ =100−54. 2 6  = 45.45.7474  /ℎ    

 

 

 

 

 

 

 

    =1.5002=1.5002∗ 002∗=1.54.520026 ℎ  =81.40 ℎ  =81.40 ℎ   =     =81.40 ℎ 54.26 ℎ   =135.= 66 − ℎ  

 

 

 

 

HALLANDO ENTALPÍA DEL VAPOR SATURADO

 

 

 

Diagrama: Temperatura de Ebullici Ebullición ón (°C) VS fracciones molares X Y 112 110 108 106 104 102     )    C    ° 100     (    A 98    R    U    T 96    A    R    E 94    P    M    E 92    T 90 88 86 84 82

81.2

80 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

X Y

Datos: Convirtiendo las unidades BENCENO

TOLUENO

 

y = 0.98 

 

c  =

•

 

M  =

•

 

T  = 32ºF= 0 ºC

 

λ 

•

•

•

A A A o

   .  . °  °=.   °  ..° ∗  .∗=. ∗     A∗  ∗ . =. 

 M  =

A

A

H = y [  

•

•

 

(1-Y ) = (1- 0.98) 

 

C  =

B  

 

B

..°∗∗∗.∗ .=. ∗.°°=. °        .     ∗ ∗       [   − ] =  −  ]  1 − .  

•

•

•

 

M  =

 

T  = 32ºF= 0 ºC

 

λ 

B

o

B

M  = B

 

 

        34238. 7 2 29935. 6 2 Kg     °−0° °−0°  1−0. 1−0.988  41.77 KgKg  34.59 ° ∗41.77 molKgKg 81.2°−0° H =0.98 35.41 KgKg 37.74 ° ∗35.41 mol Kg 81.81.2°−0°

 

 

H =0.98850.2 108513.5    0.0.022 819.7  117319.7  

 

 

H =0.98109363.7   0.0.02 118139.4   H =107176.4 2362.8  H =109539.2 

 

ENTALPÍA DEL LÍQUIDO SATURADO TOLUENO

BENCENO •

•

•

•

•

•

 

X = 0.98 

 

c  =

 

M  =

 

T = T  = 80.5 ºC

 

R (Diagrama de ebullición: Temperatura de roció)  T  = 0 ºC = 32ºF 

 

A A A

 . .° ∗∗.∗.=. ∗.°°=. °      

 

o

λ  A

A

(1-X ) = (1- 0.98) 

 

C  =

•

 

M  =

•

 

T = T  = 80.5 ºC

 

R (Diagrama de ebullición: ebullición: Temperatura de rocio)  T  = 0 ºC = 32ºF 

•

   ∗   ∗ . =. 

 M  =

 

•

 

•

•

..°∗∗∗.∗ .=. ∗.°° =. °      

B  

 

B B

o

 

λ 

 

ΔHS =

•

B

    ∗   ∗ . =. 

M  = B

O ( no existe datos) 

 

 

 

Diagrama: T Temperatura emperatura de Ebullició Ebullición n (°C) VS fracciones molares X Y 112 110 108 106 104     ) 102    C    ° 100     (    A    R 98    U    T 96    A    R    E 94    P    M 92    E    T 90 88 86 84 82 80.5

80 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

X Y

ℎ = (Kg− 0)  (1 −  )( − 0)Kg Δ

 

1−0.988 ∗34.59 ° ∗41.77 mol Kg 80.80.5°−0°  Δ ℎ =0.98∗37.74 ° ∗35.41 mol Kg 80.80.5°−0°  1−0. ℎ =1309.6   ° 80.80.5°  0.0.022 ∗1444.8  ° 80.80.5°  0 ℎ =105422.8   0.0.022 ∗116306.4  ℎ =2108.4 2326. 1   

 =.  

  =  − ℎ  =135.66 ℎ 109539.2  − .    =135.66 ℎ 105104.7    =14258503.6   

 

 

 

 

 

 

g)  La cantidad de agua de refrigeración a utilizar, si este llega al condensador a 68 ºF y sale del mismo a 135,20 ºF

T2 = 135.2°F = 330.483°K T1 = 68°F = 293.15°K Cp = 4.186 kJ/kg°k

 =  −   =  −   .   °  = ./°.−. =.   

 

 

 

h)  La cantidad de calor a adicionar en el calderín o reboiler

 =    =  =8 = 100= =100−  1/00ℎ−0.−0.04 04 100 55kg  mol/h/ℎ=ℎ0.0=.5550.=9=80.0.4988 51=54.2553/ℎ=0.94/ℎ =100−54. 2 553  / ℎ =45.7447 /ℎ  

 

 

   

 

 

   

 

   

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 



 =  = 8

 

 

 

 

 

 =8=854.26ℎ   =434.08 ℎ  =     = 434. 0=8 488.ℎ34 54.ℎ 26 6 ℎ  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

   = ℎ  =,

 Ecuación para determinar determinar el consumo de va vapor por de calefacción

 

 =   

Despreciando los efectos del calor sensible sobre el calor latente la tente (  , resulta:

 y teniendo en cuenta que  y

    =488.34 ℎ ∗0.04∗88.=  9594594  0. =′98∗91.′ 7394394     =′′ ℎ −0.  

 

 

 =4.56∗10 ℎ