Problema1 Destilación, Ejercicios de Procesos de Separación Química

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PROCESOS DE SEPARACION III

“Problema 1”

Alumno: Rivera Quintero Luis Alonso

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO

# de control:

Ingeniería Química

Grupo: 6w

Problema 1.

En una columna de fraccionamiento que opera a una presión de 1 atm. Se desea

separar una mezcla de Benceno–Tolueno con una alimentación de 32,000 kg/hr,

con una composición del 30% en peso del componente más volátil y se requiere

obtener un producto de cabeza que contenga 97% en peso, y un producto de fondo

con una pureza del 98% en peso. La columna opera con una relación de reflujo de

1.5 kg de reflujo/kg de producto destilado. La alimentación entra a la columna a

20°C. Si se emplea un vapor de calentamiento con una presión manométrica de 2.

kg/cm 2 y el condensador es alimentado con agua a 15°C y sale a 40°C siendo esta

misma temperatura a la del producto destilado.

Calcular:

a) Cantidades del producto destilado de residuo que se obtiene.

b) Cantidad de vapor agua de calentamiento requerido.

c) Cantidad de agua requerida en el condensador.

d) Platos teóricos necesarios para la separación y la situación del plato de

alimentación.

Sustituyendo el balance general en el balance por componente

Debemos buscar los valores de equilibrio del Benceno-Tolueno en este caso del

Perry.

Sacar las capacidades caloríficas del tolueno y benceno sacado de Perry 7 edición

(J/kmolºk)

Cambiar las unidades a kcal/kmolºk

T°K T°C x(molar) y(molar) x (peso) y(peso) 353.25 80.1 1 1 1.00 1 356.15 83 0.86 0.94 0.84 0. 358.15 85 0.77 0.9 0.74 0. 360.15 87 0.69 0.85 0.65 0. 363.15 90 0.58 0.77 0.54 0. 366.15 93 0.47 0.69 0.43 0. 368.15 95 0.4 0.63 0.36 0. 373.15 100 0.26 0.46 0.23 0. 378.15 105 0.13 0.26 0.11 0. 381.15 108 0.06 0.13 0.05 0. 383.75 110.6 0 0 0.00 0

Benceno-Tolueno Datos sacados de PERRY

Calcular las capacidades caloríficas del Benceno, Tolueno y la mezcla, utilizando la

siguiente ecuación.

𝐶1 + 𝐶2 ∗ 𝑇 + 𝐶3 ∗ 𝑇^2 + 𝐶4 ∗ 𝑇^3 + 𝐶5 ∗ 𝑇^4

Cp de mezcla:

Buscar los calores de vaporización y las temperaturas criticas del benceno y tolueno

para calcular las entalpías (Perry 7 edición).

Benceno Tolueno Mezcla 0.4609 0.4496 0. 0.4634 0.2232 0. 0.4652 0.2224 0. 0.4670 0.2216 0. 0.4698 0.2204 0. 0.4726 0.2192 0. 0.4745 0.2184 0. 0.4792 0.2164 0. 0.4841 0.2144 0. 0.4870 0.2133 0. 0.4896 0.2122 0.

CP (kcal/Kg ºc)

Benceno 1.29E+05 -1.70E+02 6.48E-01 J/Kmolºk Tolueno 1.40E+05 -1.52E+02 6.95E-01 J/Kmolºk Benceno 3.97E-01 -5.19E-04 1.99E-06 Kcal/kmolºK Tolueno 3.64E-01 -3.96E-04 1.81E-06 Kcal/kmolºK

Capacidades calorificas

Graficar el diagrama de composición.

Graficar el diagrama de entalpía composición, para esto tenemos que encontrar los

punto o coordenadas (xD, hD+qcD), (xD, hD), (xF,hF), (xD,Hv1) y (xW, hW). Por lo

tanto tenemos que calcular Cpf y CpD.

𝐶1 + 𝐶2 ∗ 𝑇 + 𝐶3 ∗ 𝑇^2 + 𝐶4 ∗ 𝑇^3 + 𝐶5 ∗ 𝑇^4

Cp de mezcla:

qcD:

Cpf CpD Benceno 0.3870 0. Tolueno 0.3569 0.

A continuación se debe trazar una línea que pase por los puntos (xd,qcd+hd) y (xf,hf)

hasta llegar a la línea de (xw,hw).

Cpf cpD 0.3659 0.

Cp de mezcla

hf hd 7.32 15.

Entalpía

XD 0.

Hv1 131.

interpolando

Qcd 290. Xd 0. QCd+hd 305.

Después se tiene que trazar otra recta de la composición en líquido hasta el punto

(xD,qcD+hD).

Esa recta nos ayudara como pivote para encontrar la composición del vapor, el cual

sería la intersección entre esa recta y la curva de vapor. Con esa composición se

vuelve a ubicar en el diagrama de composición-composición y así encontrar la

siguiente composición en el líquido.

Ahora se debe de trazar una recta en el diagrama Entalpía-composición uniendo la

nueva composición del líquido con la intersección.

Ahora solo es cuestión de repetir el mismo procedimiento hasta que un plato cruze

la línea de equilibrio.

Ahora para trazar el plato tenemos que dar lectura a la composición del vapor leída

con la recta que acabamos de trazar y ubicar esa composición nuevamente en el

diagrama de composición-composición, para ahora ubicar la nuava composición del

líquido.

Y trazamos el plato en el diagrama de entalpía-composición.

Y ahora debemos repetir el proceso hasta que el último plato cruce el punto (xw,hw).

Podemos observar que son 13 platos en total.

Ahora tenemos que calcular “S” (Cantidad de vapor agua de calentamiento

requerido). Para esto tenemos que hacer un balance de energía.

Ahora podemos calcular S.