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EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE
INGENIERÍA AMBIENTAL
TAREA 5
INFORME DE LA RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS Y
PROBLEMAS
PROPUESTOS DE DESTILACIÓN
CURSO: OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS
Grupo N°
Integrantes:
Apellidos y nombres
1 .- PAREDES GELDRES ITALO
2.-BAILON RODRIGUEZ ROYDALY
3.-LAVADO RAMIREZ JHEAN CARLOS
4. MENSOZA RODRÍGUEZ OSMER
5.CARLOS TAPIA VETEL DANY
6. ZAVALA GARCIA BRAYAN JUNIOR
DOCENTE: Ms. Walter Moreno Eustaquio
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO 11.- 10 Kg de una mezcla metanol-agua de composición 50% en peso, se destilan en o p er ación ab ier ta h as ta q u e la última go ta d e vap or co n d ens ad o teng a ig u al composición que la mezcla de partida. Determínese el destilado y su composición global
Solución:
𝐿 0 𝐿
1 𝑎− 1
𝑥 𝑥 0
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO 15.- SE dispone de aire liquido (79% en moles de nitrógeno y 21% en moles de oxigeno) y se quiere obtener una fracción cuyo contenido en oxigeno sea 90% (en moles), para la cual se evapora una parte de la mezcla a la presión atmosférica. Determínese la fracción de mezcla evaporada, tomando como valor medio de la volatilidad relativa 4,12. SOLUCION: A=B+C 100=B+C 𝐶 = 100 14 = 7. 14 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑚𝑖𝑛 100 = 𝐵 + 7. 14 𝐵 = 92. 85 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑚𝑖𝑛
• Balance para el o 2
( 100 ∗ 0. 21 ) (^) = 7. 14 ∗ 0. 90 ) + ( 92. 85 ∗ 𝑋𝐵 ) 𝑋𝐵 = 0. 157
• BALANCE PARA EN N 2
100 ∗ 0. 79 ) = ( 7. 14 ∗ 0. 10 ) + ( 92. 85 ∗ 𝑋𝐵 ) 𝑋𝐵 = 0. 843
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO 29.- se ha de proyectar una columna de rectificación en marcha continua para separar 500kg/h de una mezcla heptano-octano de composición 0.55 (fracción molar) dando los 2 productos en una pureza de 98.5%(fracción molar). La velocidad de los vapores a lo largo de la columna no ha de ser mayor que 0.50m/seg. Determínese: a) los diámetros de las secciones superior e inferior, correspondientes a la relación de reflujo mínimo. b) Los correspondientes diámetros para las secciones superior e inferior de la columna, si se empela una relación de reflujo L/D= SOLUCION:
- zona de rectificación 𝐹 = 𝑊 + 𝐷 𝐹𝑋𝐹 = 𝑊𝑋𝑊 + 𝐷𝑋𝐷 5000 ∗ 0. 55 = 0. 015 𝑊 + 0. 985
- DESPEJANDO Y SUSTITUYENDO 𝐷 = 2757. 73 𝑘𝑔 ℎ 𝑊 = 2243. 27 𝑘𝑔 ℎ 𝐹 = 5000 𝑘𝑔 ℎ 𝑀 = ∑ 𝑋𝑖𝑀 = ( 0. 985 ∗ 100. 21 ) + ( 0. 015 ∗ 114. 23 ) = 100. 42 𝑘𝑔 ℎ 𝐷 = 2757. 73 ∗ 100. 42 = 276931. 24 𝑘𝑔 ℎ 𝑉 = 𝐷( 1 − 𝑅𝑇 ) = 11637. 62 𝑘𝑔 ℎ
- con la gráfica obtenemos 𝑋𝐷 𝑋𝐷 + 1 = 0. 41 ; 𝑅𝐷 = 1. 40 𝑅𝑇 = 𝐾 ∗ 𝑅𝐷 = 2. 3 ∗ 1. 40 = 3. 22
- DE TABLAS SE TIENE 𝜌𝑉 = 280 𝑘𝑔 𝑚^3 𝜌𝑣 = 𝑀 ∗ 𝑃 𝑅 ∗ 𝑇 = 44. 69 𝑘𝑔 𝑚^3 𝐺 = 𝐶[𝜌𝑣(𝜌𝐿−𝜌𝑉)] 1 (^2) = 226 [ 44. 69 ( 680 − 44. 69 )] 1 (^2) = 38080. 83 𝑘𝑔 ℎ𝑚 𝐴 = 𝑉 𝐺 =
- 62
- 83 = 3. 05 𝑚^2
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO
➢ Asumimos que la alimentación es de F=10000kg/h
Balance del condensador:
➢ asumimos que el reflujo es de R=4000kg/h
- calcula la superficie del sedimentador anterior si el caudal de alimentación es de 1200 m^3 /h. Solución. Se utiliza la siguiente formula: 𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑉𝑉
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO 𝐴 =
1200 𝑚^3 /ℎ
= 66. 66 𝑚^2
Representa la grafica h-t y determina la velocidad de sedimentación.
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO Área = 65 m Velocidad de = 1.7989 cm/min
- 7989 cm min
1m 100cm
= 2. 1 𝑥 10 −^4 𝑚/𝑠
Sedimentación. FORMULA: 𝑄 = 𝐴𝑋 𝑉𝑉 Reemplazando datos. 𝑄 = ( 65 m^2 ) ( 2. 1 𝑥 10 −^4
𝑄 = 0. 01365 𝑚^3 /𝑠
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7. calcule el área de un sedimentador que se alimenta con un caudal de 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝟑/𝒉 de concentración SoKg/ 𝒎𝟑^ para obtener unos lados de concentración 120 Kg/ 𝒎𝟑. DATOS: Alimentación de caudal = 100 𝑚^3 /ℎ. Concentración = 50 Kg/𝑚^3 Obtendremos los lados de concentración = 120 Kg/𝑚^3. CONCENTRACIÓN ( g/L) VELOCIDAD (m/h)
- 75 • 0, SOLUCIÓN: Usamos la fórmula: Ahora reemplazamos datos: 𝐴 =
𝐴 = 37. 88 𝑚^2
CONCLUCIÓN: lo que implica que el área óptima para este sedimentador es de 37. 88 𝑚^2 aproximadamente 38𝑚^2.
- Explica las diferencias entre coagulación y la floculación 𝐴 = 𝐿 0 𝐶 0 𝑉 ( 1 𝐶 −^ 1 150 )
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO Ejercicio 5. Para las siguientes tensiones de vapor del hexano y el heptano a distintas temperaturas son las siguientes: T °C Pl, mm Hg Pg, mm Hg 69 760 295 70 780 302 75 915 348 80 1020 426 85 1225 498 90 1405 588 95 1577 675 99.2 1765 760 Solución A) Los datos de equilibrio x-y a la presión de 760 mm Hg A 90°C. 𝑃 = 𝑋𝐴 𝑃𝐴 + ( 1 − 𝑋𝐴 )𝑃𝐵 760 = 1405 𝑋 + 588 ( 1 − 𝑋) 𝑋 = 4. 75 𝑌 = 𝑃𝐴 𝑃 𝑌 = 1405 760
B) La volatilidad relativa para cada temperatura. 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
PL Volatilidad Pg Volatilidad 760 160 295 62. 780 164.21 305 63. 915 192.63 348 73. 1020 214.74 426 89. 1225 257.89 498 104. 1405 295.79 588 123. 1577 332 675 142. 1765 371.58 760 160
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO C) La relación analítica entre las composiciones de equilibrio vapor - líquido de la mezcla, tomando el valor medio de la volatilidad relativa. Para separar los componentes de una mezcla liquida por destilación es condición necesaria que la composición del vapor producido en la ebullición de la mezcla sea diferente de la composición del líquido de partida; por ello, el conocimiento de las relaciones del equilibrio entre ambas es esencial para la resolución analítica de los problemas de destilación , y los aparatos que se lleva a cabo esta operación han de suministrar un íntimo contacto entre el vapor y el líquido para que en el límite entre ambas fases se alcancen las condiciones de equilibrio. Ejercicio 5. 10 Kg de una mezcla metanol-agua de composición 50% en peso, se destilan en operación abierta hasta que la última gota de vapor condensado tenga igual composición que la mezcla de partida. Determínese el destilado y su composición global. 𝑙𝑛
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO 𝑋𝐵 = 0. 843
22. Se ha de diseñar una columna de rectificación en marcha continua para separar 12000 kg/h de una mezcla sulfuro de carbono-tetracloruro de carbono de composición 15% en peso de sulfuro de carbono, en un producto de cabeza de composición 95% en peso y un producto de cola de composición 3%. Determínese: a) La cantidad de productos de cabeza y cola separados por hora. b) La relación de reflujo mínima si la alimentación entra en forma líquida a 25°C. c) El número de pisos de la columna si la relación de reflujo empleada es de 3 moles de reflujo por mol de destilado y la eficacia de los platos es del 80%. d) La relación de reflujo a emplear en la columna ya construida si la alimentación entra como vapor saturado. Datos: F= 12000 kg/h composición 15% en peso desulfuro de carbono producto de cabeza de composición 95% en peso producto de cola de composición 3%. Balance global de masa: F = D + W 100 = D + W F𝑋𝐹 = D𝑋𝐹 + W𝑋𝐹 2000x0, 15 = 0 ,95D + 0 ,03W W = 315 , 76 mol/h D = 486 , 24 mol/h Relación de reflujo mínima: L 𝑉
95 5
Número de platos: 𝑅 𝐷
Relación de reflujo:
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO L 𝑉
80 3
- Se ha de proyectar una columna de rectificación en marcha continua para separar 5000 Kg/h de una mezcla heptano-octano de composición 0, (fracción molar) dando los dos productos con una pureza de 98,5 % (fracción molar). La velocidad de los vapores a lo largo de la columna no ha de ser mayor que 0,50 m/seg. Determínese: a) Los diámetros de las secciones superior e inferior, correspondientes a la relación de reflujo mínima. b) Los correspondientes diámetros para las secciones superior e inferior de la columna, si se emplea una relación de reflujo L/D=4. SOLUCION: Zona de rectificación
Despejando y sustituyendo tenemos 𝐷 = 2757.73 𝐾𝑔/ ℎ 𝑊 = 2243.27 kg/ℎ 𝐹 = 5000 kg/ℎ 𝑀 = ∑ 𝑋𝑖𝑀 = (0985 ∗ 100.21) + (0.015 ∗ 114.23) = 100.42 𝐾𝑔/h 𝐷 = 2757.73 ∗ 100.42 = 276931.24 𝐾𝑔/h 𝑉 = 𝐷(1 − 𝑅𝑇) = 11637.62 kg/ℎ Con la grafica tenemos: 𝑅𝑇 = 𝐾 ∗ 𝑅𝐷 = 2.3 ∗ 1.40 = 3. 𝑥𝐷 𝑥𝐷 + 1 = 0.41; 𝑅𝐷 = 1.
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO
- En una columna de laboratorio cuyo poder separador es de 6 platos teóricos se efectúa una rectificación en marcha discontinua de una mezcla benceno-tolueno cuya composición inicial es 0,60 en fracción molar. La operación ha de efectuarse de modo que se obtenga un producto de composición constante e igual a 0,98 y que contenga el 83% de la cantidad inicial de benceno en la carga. Determínese la relación de reflujo necesaria al principio y al final de la operación. Datos: Mezcla Benceno-Tolueno Comp. A= Benceno (Te=80ºC) Comp. B= Tolueno (Te = 110,6ºC) Asumimos que la alimentación es de 1000kg/h Asumimos que el proceso se está dando a 20ºC Solución: Cálculo del Cp promedio: Cálculo del calor latente promedio:
EAP DE ING AMBIENTAL OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS VII “A” SEDE SANTIAGO DE CHUCO Cálculo de la f de la alimentación: Tb es igual a 80ºC tomando la temperatura de ebullición del benceno: Cálculo de la pendiente: Cálculo del ángulo de alimentación: De acuerdo al diagrama de equilibrio: Cálculo del RT Según Kirschbaun K=1,
