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Cuadernillo I
Operaciones Unitarias III
Destilación Flash
1. ¿Cuál será la temperatura de ebullición de una solución compuesta por 30% en mol
de tolueno, 30% en mol de agua y 40% de etilbenceno? Si el líquido está sujeto a
una presión de trabajo de 0.5 atm, ¿Cuál será la composición de la primera burbuja?
La mezcla de etilbenceno y tolueno sigue la ley de Raoult y son inmiscibles en agua.
Temperatura
Presión de Vapor Etilbenceno Tolueno Agua
Justificación: No es posible realizar el ejercicio utilizando el método del
diagrama de Priester para obtener los valores de Ki por lo tanto las
composiciones en el punto de burbuja, ya que este solo puede aplicarse a casos
en donde se evalúa el comportamiento de mezclas formadas por hidrocarburos
simples y lineales cuando la presión es mayor a 1 atm.
Se determinó la temperatura de ebullición utilizando el complemento Solver y
estableciendo los parámetros de Antoine con la base de datos proporcionada por
el docente:
Calculando presiones con los parámetros de Antoine y utilizando Solver Temperatura Presión de Vapor en mm Hg PT °C Etilbenceno Tolueno Agua Mezcla 60 55.4718214 138.960659 149.038419 212. 70 84.7515279 203.762744 233.173291 328. 80 125.795939 291.241026 354.532265 492. 90 181.916464 406.772912 525.266433 720. 100 256.949251 556.371882 760.086369 1029. 73.5415846 97.7823857 231.886744 271.321022 380
La temperatura de ebullición de la mezcla será de aproximadamente 73.5°C.
2. Calcule el punto de roció de una mezcla gaseosa que contiene 20 % de benceno, 30 %
de tolueno y 30 % de orto xileno a 1 atm.
Justificación: No es posible realizar el ejercicio utilizando el método del
diagrama de Priester para obtener los valores de Ki, ya que este solo puede
aplicarse a casos en donde se evalúa el comportamiento de mezclas formadas por
hidrocarburos simples y lineales cuando la presión es mayor a 1 atm.
3. Calcule el punto de burbuja y de rocío para una mezcla compuesta por 15 % en mol
de etano, 25 % de propano, 30 % de butano y 30 % de pentano a una presión de 175
psi.
El punto de burbuja y el punto de rocío para la mezcla se obtuvieron utilizando el
diagrama de Priester para el cálculo de Ki a diferentes temperaturas:
Temperatura Punto de Burbuja Temperatura = 60°C Parámetros T. Burbuja T. Rocío Compuesto Z K Ki*Zi Z/K Etano 0.15 4.20 0.63 0.
Butano 0.30 0.72 0.22 0. Pentano 0.30 0.29 0.09 1. Sumatoria 1.51 1. Temperatura = 80°C Parámetros T. Burbuja T. Rocío Compuesto Z K KiZi Z/K Etano 0.15 5.10 0.77 0. Propano 0.25 1.90 0.48 0. Butano 0.30 0.85 0.26 0. Pentano 0.30 0.35 0.11 0. Sumatoria 1.60 1. Temperatura = 90°C Parámetros T. Burbuja T. Rocío Compuesto Z K KiZi Z/K Etano 0.15 5.60 0.84 0. Propano 0.25 2.50 0.63 0. Butano 0.30 1.00 0.30 0. Pentano 0.30 0.45 0.14 0. Sumatoria 1.90 1. Temperatura = 95°C Parámetros T. Burbuja T. Rocío Compuesto Z K Ki*Zi Z/K Etano 0.15 5.90 0.89 0. Propano 0.25 2.65 0.66 0. Butano 0.30 1.10 0.33 0. Pentano 0.30 0.50 0.15 0. Sumatoria 2.03 0.
Se determinó que el punto de burbuja de la mezcla se encuentra
aproximadamente a los 45°C de temperatura.
Se determinó que el punto de rocío de la mezcla se encuentra aproximadamente
a los 95°C de temperatura.
4. Las soluciones de metanol y etanol son básicamente ideales.
Calcule los equilibrios vapor-líquido para este sistema a 1 y 4 atm de presión y
graficar los diagramas x vs. y y T vs. x y a cada presión.
Cálculos a 1 atm de presión (760 mmHg):
Presión 1 atm 760 mm Hg Compuestos A B C T ebullición Metanol 8.0724 1574.99 238.87 64.5035503 (^) Volátil Etanol 8.2133 1652.05 231.48 78. Temperatura Psat MeTOH Psat EtOH X MeTOH X EtOH Y MetOH Y EtOH 64.50 760.00 428.29 1.00 0.00 1.00 0. 67.50 854.38 487.24 0.74 0.26 0.84 0. 70.50 958.30 552.89 0.51 0.49 0.64 0. 73.50 1072.49 625.82 0.30 0.70 0.42 0. 76.50 1197.72 706.67 0.11 0.89 0.17 0. 78.33 1279.64 760.00 0.00 1.00 0.00 1.
Diagrama X vs Y:
Diagrama T vs X, Y:
Diagrama T vs X,Y:
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.
T vs X,Y Composiciones X,Y Temperatura (°C)
Mediante los diagramas anteriores se identificó que el comportamiento
azeotrópico de la mezcla binaria etanol-metanol se mantiene al aumentar la
presión de trabajo a 4 atm.
5. La solución se va a evaporar instantáneamente con el fin de evaporar 40 % en mol de
la alimentación. Calcular la composición del producto si la temperatura de entrada de
la mezcla al proceso es de 10C por debajo de la temperatura de ebullición del
componente más volátil. ¿Cuál será el calor requerido para obtener la vaporización
deseada?; si el proceso es adiabático, ¿A qué temperatura debería meterse la
alimentación para lograr la separación?
La mezcla etanol-metanol presenta un comportamiento azeotrópico por lo que no
es posible separar esta mezcla mediante la técnica de destilación instantánea, se
requiere de un destilador fraccionado, así como de la modificación en las
condiciones de temperatura y presión para romper el azeótropo y lograr la
destilación.
6. Una mezcla liquida que contiene 30 % en mol de acetona, 70 % en mol de agua, a 45
°C, se va a evaporar instantáneamente y continuamente a 1 atm de presión, para
evaporar 28% en mol de alimentación.
¿Cuál será la composición del producto y la temperatura en el separador, si se
establece el equilibrio?
¿Cuánto calor, kJ/kmol de alimentación, se requiere?
Determinación de la composición del producto y temperatura:
Datos:
Presión 1 atm 760 mm Hg Compuestos A B C T ebullición Acetona 7.2316 1277.03 237.23 56.2870519 Volátil Agua 8.10765 1750.286 235 99. Temperatura Psat Acetona Psat H2O X Acetona X H2O Y Acetona Y H2O 56.29 760.00 125.56 1.00 0.00 1.00 0. 61.29 898.85 158.58 0.81 0.19 0.96 0. 66.29 1057.21 198.74 0.65 0.35 0.91 0. 71.29 1236.94 247.24 0.52 0.48 0.84 0.
Igualando las ecuaciones en Wolfram para obtener la composición Xr:
Igualando las ecuaciones se obtiene: x^ 0. (Solución real) Ordenada al O Pendiente XR M1*Z1/GD Lr/GD YD 0 1.071428571 2.57 1. 0.1 0. 0.2 0. 0.3 0. 0.212441 0.
Utilizando Solver para determinar la temperatura cuando x = 02123 y cuando
y =0.
Temperatura Psat Acetona Psat H2O X Acetona X H2O Y Acetona Y H2O 56.29 760.00 125.56 1.00 0.00 1.00 0. 61.29 898.85 158.58 0.81 0.19 0.96 0. 66.29 1057.21 198.74 0.65 0.35 0.91 0. 71.29 1236.94 247.24 0.52 0.48 0.84 0. 76.29 1439.99 305.43 0.40 0.60 0.76 0. 81.29 1668.40 374.80 0.30 0.70 0.65 0. 86.29 1924.27 457.00 0.21 0.79 0.52 0. 91.29 2209.75 553.86 0.12 0.88 0.36 0. 96.29 2527.09 667.36 0.05 0.95 0.17 0. 99.87 2775.01 760.00 0.00 1.00 0.00 1. 85.94 1905.84 450.93 0.21 0.79 0.53 0. 86.04 1910.92 452.60 0.21 0.79 0.53 0.
Composición y temperatura del producto en el separador:
Temperatura = 86 ° C
Gdest = 28 moles
Y h =0.
Lfondos = 72 moles
X^ h =0.
Balances
Total: M^^1 = G^3 +^ L^^4
Parcial: M^ 1 Z 1 = G 3 y 3 +^ L 4 x 4
Energía: M^ 1 H 1 + Q = G 3 H 3 + L 4 H 4
Entalpías
Líquido: H^ L = x 1 Cp 1 ( T^ − t^^0 )+^ X 2 Cp 2 ( T^ − t^^0 )
Vapor: H^ g =^ y 1 Cp 1 (^ Te − t^^0 )+^ y 1 l 1 +^ y 2 Cp 2 (^ Te − t^^0 )+^ y 2 l 2
Entalpías a 45°C (obtenidas de la base de datos de propiedades)
Cp acetona =131.20 J / molK
Cp agua =4.180 kJ / KgK
kJ
KgK (^
1000 J
1 kJ )(^
1 kg
1000 g )(^
18 g
1 mol )
=75.240 J / molK
