UNI-FIQT PI 144 A/B. PERÍODO: 2018-1 PROBLEMAS DE DESTILACIÓN. MÉTODO McCABE-THIELE 1. Los siguientes son los datos de equilibrio del sistema Isopropanol (IPA) - agua (en fracciones molares), a la presión atmosférica: T (ºC) 100,00 93,00 84,02 82,12 81,25 80,32 80,21 80,66 82,5 x 0 0,0118 0,0841 0,1978 0,3496 0,6030 0,6810 0,8567 1,00 y* 0 0,2195 0,4620 0,5242 0,5516 0,6422 0,6826 0,8270 1,00 El sistema Isopropanol - agua forma azeótropo. La temperatura de ebullición del azeótropo es 80,22 ºC y la composición del azeótropo es: x = y* = 0,6854 fracc mol de IPA. Se desea tratar dos corrientes (alimentaciones) IPA - agua en una misma columna de destilación, para obtener un destilado cuya composición es 0,6 fracción molar de IPA y un residuo conteniendo 0,025 fracción molar del mismo compuesto. Se utiliza un condensador total, y la destilación se realizará utilizando vapor vivo (vapor a cielo abierto). La primera alimentación con un flujo de 100 kmol/h conteniendo 0,5 fracción molar de IPA es un vapor recalentado e ingresa a la columna a la condición térmica citada, de tal manera que en ese plato de alimentación, por cada 2 moles de dicha alimentación, se vaporiza 1 mol de líquido que cae del plato superior. La segunda alimentación con un flujo de 100 kmol/h, conteniendo 0,35 fracción molar de IPA ingresa como líquido saturado. Se trabajará con una relación de reflujo R = 2 Rmín. Las dos alimentaciones se alimentan por separado a sus respectivos platos óptimos. a. ¿Cuáles son los flujos molares de líquido y vapor en cada una de las zonas de la columna? ¿Cuál es el flujo de vapor de agua utilizado? b. De acuerdo a sus resultados, ¿propondría Ud. algún cambio importante para realizar la destilación de otra manera? Sustente su propuesta adecuadamente, de preferencia con los cálculos respectivos. 2. Propano es separado de propileno por destilación. Estos compuestos tienen cercano punto de ebullición y un bajo valor de volatilidad relativa (1,1). Para una composición de alimentación del 10% peso de propano, estimar el número de platos teóricos necesarios para producir un destilado de 99,5% molar del componente más volátil. La columna opera con una relación de reflujo de 20. La alimentación se encuentra a su temperatura de burbuja. El residuo tiene una composición de 0,06 fracción molar del más volátil. Tanto el condensador como el rehervidor son total es. 3. Se desea calcular el número de platos ideales de una columna de destilación para separar benceno y tolueno. Dos alimentaciones separadas serán procesadas en la misma columna: una cuya composición es 0,4 fracción molar de benceno (la cual se encuentra como una mezcla de 30% vapor, 70% líquido) y la otra alimentación cuya composición es 0,7 fracción molar de benceno, que se encuentra como líquido frío (q = 2,8). Los flujos molares de ambas alimentaciones son iguales. El destilado tiene una fracción molar de 0,98 y el residuo 0,03 fracción molar de benceno. El condensador es total y el rehervidor es parcial. La relación de reflujo es 1,5 veces el mínimo. Considerar flujos molares constantes y que la mezcla benceno tolueno forma soluciones ideales. Las constantes de la Ecuación de Antoine son: Ecuación de Antoine: log Pº = A – B/(T + C) Pº: mm Hg T: ºC Compuesto A B C Benceno 6,90563 1211,033 220,790 Tolueno 6,95464 1344,800 219,482 4. Se desea diseñar una columna de destilación de platos para separar la mezcla benceno-tolueno presente en dos alimentaciones. Se desea recuperar el 95% de benceno de estas dos alimentaciones. El destilado debe contener 0,9 fracción molar de benceno. La fracción molar de benceno en las dos alimentaciones ali mentaciones son 0,4 y 0,6 respectivamente. La primera alimentación es un líquido a su temperatura de burbuja y la segunda alimentación es una mezcla líquido-vapor (50% de fase líquida). Los flujos de las dos alimentaciones son 400 y 100 kmol/h, respectivamente. La
eficiencia Murphree típica para todas las etapas puede considerarse igual a 70%. Se opera con una relación de reflujo R = 3Rmín. El condensador es total y el rehervidor es parcial. a. ¿En qué platos de equilibrio debe alimentarse cada una de las dos alimentaciones, considerando alimentaciones óptimas? b. ¿Cuánto vale la relación de hervido? Los datos de equilibrio para este sistema a la Presión de 1 atm son: x, fracc mol 0 0,13 0,26 0,4 0,58 0,79 1 C6H6 en líq y*, fracc mol 0 0,26 0,46 0,63 0,78 0,9 1 C6H6 en vapor 5. Se desea recuperar el 90% de la propanona de una corriente cuyo flujo es 100 kmol/h de una solución propanona-etanol que se encuentra como liquido saturado y contiene 50% mol de propanona. El destilado tiene una concentración 96% mol de propanona. La torre que se va a utilizar tiene un condensador total que elimina 7200 kJ/h. Considerar que los calores latentes molares de las dos sustancias son iguales a 40 kJ/kmol. Se utiliza un reboiler total. a. Encuentre las ecuaciones de las rectas de operación (valores numéricos). No es necesario que grafique este diagrama de operación. b. Debido a que se ha desprendido una parte del aislante térmico con la cual se había aislado la columna, hay una pérdida de calor de 3200 kJ/h entre el 8° y el 9° plato, contado desde el tope. Grafique el diagrama de operación. Datos de equilibrio: x, fracc mol propanona 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 y, fracc mol de la propanona 0 0,417 0,605 0,739 0,865 1,0 6. Se desea diseñar una columna de destilación para separar dos productos A y B con volatilidad relativa igual a 4. Se deben obtener 100 kmol/h de destilado con una fracción molar de 0,95 de A a partir de una corriente líquida saturada con 35% molar de A. Para ello se adquirirá un reboiler parcial adecuado y se dispone de un condensador total que puede eliminar 12000 kcal/h (calor latente molar = 40 kcal/kmol), y permite retornar a la torre una corriente de reflujo saturada. Si la concentración de producto de fondo no debe superar el 5% molar de A, calcular el número de etapas requerido y la ubicación del plato de alimentación, y el agua de enfriamiento requerida. Si se reemplaza el reboiler por vapor vivo saturado, con la torre ya construida, manteniendo constantes las condiciones de entrada de la alimentación, de salida del destilado y el reflujo operativo ¿cuál es la concentración del producto de fondo? 7. Se desea diseñar una columna de destilación de platos para separar la mezcla benceno-tolueno presente en dos alimentaciones. Se desea recuperar el 95% de benceno de estas dos alimentaciones. El destilado debe contener 0,9 fracción molar de benceno. La fracción molar de benceno en las dos alimentaciones son 0,4 y 0,6 respectivamente. La primera alimentación es un líquido a su temperatura de burbuja y la segunda alimentación es una mezcla líquido-vapor (50% de fase líquida). Los flujos de las dos alimentaciones son 400 y 100 kmol/h, respectivamente. La eficiencia Murphree típica para todas las etapas puede considerarse igual a 70%. Se opera con una relación de reflujo R = 3Rmín. El condensador es total y el rehervidor es parcial. a. ¿Cuántos platos de equilibrio requiere la torre? b. ¿En qué platos de equilibrio debe alimentarse cada una de las dos alimentaciones, considerando alimentaciones óptimas? c. ¿Cuánto vale la relación de hervido? Los datos de equilibrio para este sistema a la Presión de 1 atm son: x, fracc mol C 6H6 en líq 0 0,13 0,26 0,4 0,58 0,79 1 y*, fracc mol C 6H6 en vapor 0 0,26 0,46 0,63 0,78 0,9 1
UNI, 22 de junio de 2018 Ing. Rafael J. Chero Rivas
