La soluciones de metanol y etanol son bsicamente ideales. a) Calcule los equilibrios vapor- lquido para este sistema a 1 y 5 atm abs de presin y graficar los diagramas xy y txy a cada presin. b) Para cada presin, calcule las volatilidades relativas y determine un valor promedio. c) Utilizando la ecuacin (9.2) con las volatilidades promedio, compare los valores de y* en cada valor de x , obtenido de esta forma, con los valores calculados directamente a partir de las presiones de vapor. Paso 1 Seleccionar el mtodo para determinar las presiones de vapor a diferentes temperaturas.

1)

log p A

B t CState

Presin de Vapor p en mm de Hg T temperatura absoluta en K t temperatura en C Equation Range, C 1 64 to 110 1 (-2) - 100 A 7.97328 8.32109

Pa*9.869233*10^-06=atm Pa*1.450377*10^-04=psia Pa*0.00750062=mm de Hg B 1515.14 1718.1 C tneb C 232.85 64.7 237.52 78.4

1)

log p A

t

Compound Formula CH4O Methanol C2 H6 O Ethanol

Paso 2 Determinar la temperatura normal de ebullicin de los componentes puros. Name Methanol Ethanol Tneb C K 64.7 337.85 78.4 351.55

Paso 3 Determinar las temperaturas a las cuales se calcular la presin de vapor, dividiendo el rango en fracciones; establecer alrededor de 8 a 10 puntos de temperaturas. Pt = 760 mm de Hg Paso 4 Calcular las presiones de vapor como componentes puros para cada una de las temperaturas y para ambos componentes. Paso 5 Calcular la fraccin lquida y vapor en equilibrio para el componente ms voltil. Paso 6 Determinar la volatilidad relativa de la mezcla, as como las presiones parciales. t C 64.7 66.7 68.7 70.7 72.7 74.7 76.7 78.4 Paso 7 PA mm Hg 760.73 822.67 888.74 959.13 1034.07 1113.77 1198.47 1274.56 PB mm Hg 432.67 471.55 513.36 558.25 606.40 658.02 713.29 763.29 x fac. mol 1.0000 0.8215 0.6571 0.5033 0.3591 0.2238 0.0963 0.0000 y* frac. mol 1.0000 0.8893 0.7683 0.6351 0.4887 0.3279 0.1518 0.0000 b).a 1.758 1.745 1.731 1.718 1.705 1.693 1.680 1.670 1.713 p*a p*'b mmHg mm Hg 761 0 676 84 584 176 483 277 371 389 249 511 115 645 0 763

Construir los diagramas de equilibrio vap-liq y vap-liq-temp, x-y y t-x-y respectivamente

Diagrama de equilibrio vapor-lquido sistema metanol-etanol a 1 atm1.00y* fraccin mol de metanol en la fase vapor

0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 y 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00

x 1.0000 0.8215 0.6571 0.5033 0.3591 0.2238 0.0963 0.0000 1.0000 0.8893 0.7683 0.6351 0.4887 0.3279 0.1518 0.00000.10 0.20 0.30

t 64.7 66.7 68.7 70.7 72.7 74.7 76.7 78.4 64.7 66.7 68.7 70.7 72.7 74.7 76.7 78.40.40

y 1.0000 0.8893 0.7683 0.6351 0.4887 0.3279 0.1518 0.0000

x 1.0000 0.8215 0.6571 0.5033 0.3591 0.2238 0.0963 0.0000

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

x fraccin mol de metanol en la fase lquida

Diagrama de equilibrio vapor lquido sistema metanol-etanol a 1 atm80 78 76 74

Temperatura C

72 70 68 66 64 62 60 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

x - y* frac. mol de metanol

c).-

a

y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*)

y*

a x 1 x (a 1)

% var

y * ycorr * 100 y*

a

y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*)

y*

a x 1 x (a 1)

% var

y * ycorr * 100 y*

t x y* C fac. mol frac. mol 64.7 1.0000 1.0000 66.7 0.8215 0.8893 68.7 0.6571 0.7683 70.7 0.5033 0.6351 72.7 0.3591 0.4887 74.7 0.2238 0.3279 76.7 0.0963 0.1518 78.4 0.0000 0.0000

y* corr. frac. mol 1.0000 0.8874 0.7664 0.6344 0.4897 0.3305 0.1543 0.0000

variacin % 0.0000 0.2071 0.2527 0.1195 -0.2172 -0.7869 -1.6259 0.0000

Paso 1 Seleccionar el mtodo para determinar las presiones de vapor a diferentes temperaturas.

1)

log p A

B t CState

Presin de Vapor p en mm de Hg T temperatura absoluta en K t temperatura en C Equation Range, C 1 64 to 110 1 (-2) - 100 A 7.97328 8.32109

Pa*9.869233*10^-06=atm Pa*1.450377*10^-04=psia Pa*0.00750062=mm de Hg B 1515.14 1718.1 C tneb C 232.85 64.7 237.52 78.4

Compound Formula CH4O Methanol C2 H6 O Ethanol

Paso 2 Determinar la temperatura normal de ebullicin de los componentes puros. Name Methanol Ethanol Tneb Presin cte C K 112.01 385.16 3800 124.85 398.00 3800

Paso 3 Determinar las temperaturas a las cuales se calcular la presin de vapor, dividiendo el rango en fracciones; establecer alrededor de 8 a 10 puntos de temperaturas. Pt = 3800 mm de Hg Paso 4 Calcular las presiones de vapor como componentes puros para cada una de las temperaturas y para ambos componentes. Paso 5 Calcular la fraccin lquida y vapor en equilibrio para el componente ms voltil. Paso 6 Determinar la volatilidad relativa de la mezcla, as como las presiones parciales. t C 112.01 113.86 115.71 117.56 119.41 121.26 123.11 124.85 Paso 7 PA mm Hg 3800 4011 4231 4460 4700 4949 5209 5464 PB mm Hg 2545 2701 2865 3037 3218 3407 3605 3800 x fac. Mol 1.0000 0.8391 0.6846 0.5360 0.3929 0.2549 0.1215 0.0000 y* frac. Mol 1.0000 0.8856 0.7622 0.6292 0.4860 0.3319 0.1665 0.0000 b).a 1.493 1.485 1.477 1.469 1.461 1.453 1.445 1.438 1.465 p*a p*'b mmHg mm Hg 3800 0 3365 435 2896 904 2391 1409 1847 1953 1261 2539 633 3167 0 3800

Construir los diagramas de equilibrio vap-liq y vap-liq-temp, x-y y t-x-y respectivamente

Diagrama de equilibrio vapor-lquido sistema metanol-etanol a 5 atm1.00y* fraccin mol de metanol en la fase vapor

0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10

x 1.0000 0.8391 0.6846 0.5360 0.3929 0.2549 0.1215 0.0000 1.0000 0.8856 0.7622 0.6292 0.4860 0.3319 0.1665 0.0000

t 112.0097 113.8597 115.7097 117.5597 119.4097 121.2597 123.1097 124.8485 112.0097 113.8597 115.7097 117.5597 119.4097 121.2597 123.1097 124.8485

y 1.0000 0.8856 0.7622 0.6292 0.4860 0.3319 0.1665 0.0000

x 1.0000 0.8391 0.6846 0.5360 0.3929 0.2549 0.1215 0.0000

y

0.00 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

x fraccin mol de metanol en la fase lquida

Diagrama de equilibrio vapor lquido sistema metanol-etanol a 5 atm130 128 126 124 Temperatura C 122 120 118 116 114 112 110 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

x - y* frac. mol de metanol

a

y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*)

y*

ax 1 x(a 1)

% var

y * y corr * 100 y*

a

y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*)

y*

ax 1 x(a 1)y* corr. frac. Mol 1.0000 0.8843 0.7608 0.6286 0.4867 0.3338 0.1684 0.0000

% var

y * y corr * 100 y*

t x y* C fac. Mol frac. Mol 112.01 1.0000 1.0000 113.86 0.8391 0.8856 115.71 0.6846 0.7622 117.56 0.5360 0.6292 119.41 0.3929 0.4860 121.26 0.2549 0.3319 123.11 0.1215 0.1665 124.85 0.0000 0.0000

variacin % 0.0000 0.1558 0.1906 0.0923 -0.1527 -0.5606 -1.1506 0.0000

Se va a destilar por arrastre de vapor un lote de 1000 kg de nitrobenceno, para eliminar una pequea cantidad de una impureza no volatil, insuficiente para influir sobre la presin de vapor del nitrobenceno. La operacin se va a realizar en una caldera con chaqueta adaptada con un condensador y un recibidor del destilado. Se introduce vapor saturado a 35 kN/m2 (5.1 lbf/in2) manomtrica en la chaqueta de la caldera como medio de calentamiento. El nitrobenceno se carga en la caldera a 25 C y es bsicamente insoluble en agua. Se introducir continuamente agua lquida a 25 C en el nitrobenceno en la caldera, de forma que siempre se mantenga cierto nivel de agua lquida. La mezcla se destila a presin atmosfrica. ( a ) A que temperatura se lleva a cabo la destilacin? ( b ) Qu cantidad de agua se evapora? ( c ) Cunto vapor se debe condensar en la chaqueta de la caldera? Desprciese el calor necesario para que la caldera alcance la temperatura de operacin. La capacidad calorfica del nitrobenceno es 1382 J/kg K; su calor latente de evaporacin puede determinarse mediante los mtodos del capitulo 7. Destilado por arrastre de vapor; D (A+N), (HA, HN) Agua (liq); A, hA, tA

Nitrobenceno; N, hN, tN

Vapor; W, Tw, Pw, Hw

Condensado; W, hw

Nitrobenceno "nb" Presin Temperatura mm Hg C 1 44.4 5 71.6 10 84.9 20 99.3 40 115.4 60 125.8 100 139.9 200 161.2 400 185.8 760 210.6PA PB Pt

1 1 T1 T log P1 log P 1 1 log P1 log P2 T1 T 2

Agua Equation Range, C A B C

1 60 to 120 7.97208 1668.84 227.7

1)

log p A

B t C

Temperatura 85.00 95.00 99.00 99.25 99.30 99.34

PA 431.725 631.814 730.983 737.587 738.914 739.977

PB 10.050 16.353 19.724 19.954 20.000 20.037 99.34 C

Pt 441.776 648.168 750.707 757.541 758.914 760.014

a).- La destilacin por arrastre de vapor se lleva a cabo a

b).- Cantidad de agua que se evapora

y*

PA Pt

y* = 0.97365337 fraccin mol de agua en el vapor, (mas voltil) 1-y* = 0.02634663 fraccin mol de nb en la fase vapor PM Agua = 18.016 PM Nitrobenceno = 123.11kg mol nb 0.97365337kg mol agua 18.016 kg agua 123.11 kg nb 0.02634663kg mol nb kg mol agua

1000 kg n.b

=

5408.09589 kg de agua que se evapora (junto con el nb)

c).- Vapor que se debe condensar en la chaqueta de la caldera, W. Datos Vapor "W" Pw Agua "A" 35 5.1 1.35 107.65 641.6 107.755 533.845 kN/m2 g lb/in2 g kg/cm2 a C Kcal/kg Kcal/kg -6892.56595 Lvb=21*Tb= hl a 99.3 hv a 99.3 4422.6 cal/g mol 7852 kcal/kg mol 18460 kcal/kg mol 35.9239704 kcal/kg 63.780359 kcal/kg 149.947202 kcal/kg 86.1668427 kcal/kg

Tw Hw hw lw

5.07614213 0.35688794

x fraccin Calor y* fraccin Temperatur Capacidad mol de integral de mol en a vaporcalorfica a Acetona en solucin a equilibrio lquido C 17.2 C el lquido 15 C de kJ/kg sol. kJ/kmol de Acetona C solucin en vapor 0.0000 0.0100 0.0200 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 0.9500 1.0000 0.0 -102.9 -188.4 -447.3 -668.7 -770.0 -786.0 -719.0 -509.0 -350.1 -252.6 -179.3 -124.2 -69.6 -37.7 0.0 0.0000 0.2530 0.4250 0.6240 0.7550 0.7890 0.8150 0.8300 0.8390 0.8490 0.8590 0.8740 0.8980 0.9350 0.9630 1.0000 100.0 91.7 86.6 75.7 66.6 63.4 62.2 61.0 60.4 60.0 59.5 58.9 58.2 57.5 57.0 56.5 4.187 4.179 4.162 4.124 4.020 3.894 3.810 3.559 3.350 3.140 2.931 2.763 2.554 2.387 2.303 2.220

Peso molecular de la mezcla kg/kmol (liq) 18.0160 18.4166 18.8173 20.0192 22.0224 24.0256 26.0288 30.0352 34.0416 38.0480 42.0544 46.0608 50.0672 54.0736 56.0768 58.0800

Peso Capacidad Calor molecular calorfica latente de de la Acetona evaporaci mezcla kJ/kg C n kg/kmol Acetona (vap) kJ/kg 18.0160 28.1522 35.0432 43.0159 48.2643 49.6265 50.6682 51.2691 51.6297 52.0303 52.4310 53.0319 53.9935 55.4758 56.5976 58.0800 2.4523 2.4250 2.4082 2.3724 2.3432 2.3332 2.3295 2.3258 2.3239 2.3227 2.3212 2.3194 2.3172 2.3151 2.3136 2.3121 849.0 866.0 876.4 898.6 917.2 923.7 926.1 928.6 929.8 930.6 931.6 932.9 934.3 935.7 936.7 937.7

t, C

Capacidad Calor Capacidad Calor Capacidad Calor calorfica latente de calorfica latente de calorfica latente de Acetona evaporaci Agua evaporaci Agua evaporaci kJ/kg C n Acetona kcal/kg C n Agua kJ/kg C n Agua kJ/kg kcal/kg kJ/kg

2

20.0 37.8 65.6 93.3 100.0

2.22 2.26 2.34 2.43

1013 976 917 863 850

0.9995 0.9987 1.0005 1.0050 1.0080

585.5 575.5 559.5 544.0 539.0

4.1849 4.1816 4.1891 4.2079 4.2205

2451.5 2409.6 2342.6 2277.7 2256.8

0 0.01 0.02 0.05 0.1 0.15 0.2

0 0.253 0.425 0.624 0.755 0.789 0.815

0 0.01 0.02 0.05 0.1 0.15 0.2

100.0 91.7 86.6 75.7 66.6 63.4 62.2

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95 1 0 0.253 0.425 0.624 0.755 0.789 0.815 0.83 0.839 0.849 0.859 0.874 0.898 0.935 0.963 1

0.83 0.839 0.849 0.859 0.874 0.898 0.935 0.963 1

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95 1

61.0 60.4 60.0 59.5 58.9 58.2 57.5 57.0 56.5 100.0 91.7 86.6 75.7 66.6 63.4 62.2 61.0 60.4 60.0 59.5 58.9 58.2 57.5 57.0 56.5

110.0

100.0

90.0

Axis Title

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0 0 0.2

TAREA:

x fraccin y* peso de fraccin Acetona peso en en el equilibrio lquido de Acetona en vapor 0 0.032 0.062 0.058 0.132 0.242 0.334 0.386 0.51 0.611 0.69 0.757 0.812 0 0.021 0.033 0.068 0.12 0.176 0.23 0.34 0.45 0.56 0.66 0.76 0.86

HL (kCal/Kg)

HV (kCal/Kg)

Masa total Masa total para x para y

0.03102669 0.02860537 0.02712166 0.02386624 0.02150107 0.02122972 0.02213842 0.02386288 0.02623767 0.02804402 0.02912707 0.03009438 0.0300999

0.1986566 0.2132952 0.2232916 0.2341469 0.24111 0.2428359 0.2443143 0.2451093 0.2456014 0.2461797 0.246747 0.2476159 0.2490369

18 18.4 18.8 20 22 24 26 30 34 38 42 46 50

18 28.12 35 42.96 48.2 49.56 50.6 51.2 51.56 51.96 52.36 52.96 53.92

0.859 0.932 1

0.942 0.03024039 0.97 0.03012301 1 0.02996417

0.2512719 0.2529679 0.2552276

54 56 58

55.4 56.52 58

Capacidad Calor calorfica latente de Agua evaporacin kJ/kg C Agua kJ/kg 4.2159 4.2058 4.2006 4.1921 4.1872 4.1860 4.1856 4.1852 4.1850 4.1849 4.1847 4.1845 4.1844 4.1842 4.1840 4.1839 2259.2 2279.3 2291.6 2317.8 2339.8 2347.5 2350.4 2353.3 2354.7 2355.7 2356.9 2358.4 2360.0 2361.7 2362.9 2364.1

HL (kJ/kmol)

HV (kJ/kmol)

7543.3 6954.6 6593.9 5802.4 5227.4 5161.4 5382.4 5801.6 6379.0 6818.1 7081.5 7316.6 7318.0 7352.1 7323.6 7285.0

48297.98 51856.94 54287.30 56926.46 58619.36 59038.97 59398.40 59591.67 59711.32 59851.91 59989.83 60201.08 60546.56 61089.95 61502.27 62051.67

0.0000 0.0200 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 1.0000

0.0 -188.4 -447.3 -668.7 -770.0 -786.0 -719.0 -509.0 -350.1 -252.6 0.0

2.45 Capacidad calorfica del agua y = -0.000000097x 2.4 Cp en kJ/kg C 4.2250 y = 0.00000006x3 - 0.00000120x2 - 0.00020795x + 4.2200 4.18868997 2.35 R = 0.99115316 4.2150 4.2100 calor latente kJ/kgCp kJ/kg C 4.2050 4.2000 2500.0 4.1950 2450.0 4.1900 4.1850 2400.0 4.1800 2350.0 4.1750 2300.0 0.0 2250.0 2200.0 0.0 20.0 40.0 60.0 Temp. C Calor latente del agua 2.3

2.25

y = -2.411413x + 2500.389769 R = 0.999561

Calor latente Acetona1040 1020 1000 y = -2.0391300x + 1052.9584913 R = 0.9996732

2.2 0.0 20.0 40.0 60.0 Temp C

calor lat. kJ/Kg

980 960 940 920 900 880 860 840 0.0 20.0 40.0 60.0 Temp. C 80.0 100.0

120.0

0.4 Axis Title

0.6

0.8

1

Entalpia

100.0 0.0 0.0000 -100.0 -200.0 -300.0 -400.0 -500.0 -600.0 -700.0 -800.0 -900.0

0.0500

0.1000

0.1500

y = -84754x3 + 53696x2 - 11304x + 4.8542 R = 0.9994

0.0 0.0000 -100.0 -200.0 -300.0

0.2000

0.4000

0.6000

Capacidad calorifica Acetona-400.0 -500.0 -600.0 -700.0 -800.0 y = 2613.9x3

calorfica del agua 3 + 0.000025839x2 + 0.001005325x + 2.190336758 0.000000097x R = 1.000000000 0.00020795x +

atente del agua

2.411413x + 2500.389769 R = 0.999561

20.0 60.0 Temp C 80.0

40.0 100.0 Temp. C 120.0

60.0

80.0

100.0

60.0 Temp. C

80.0

100.0

120.0

Diagrama de Entalpa/Concentracin

Diagrama de Entalpa/Concentracin75000.0 55000.0 Entalpia 35000.0 15000.0 -5000.0 0.0000 -25000.0 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000

Concentracion

1 0.9 0.8 0.7 Axis Title 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 Axis Title 0.6 0.8 1 y = -108.37x6 + 361.25x5 - 466.44x4 + 293.49x3 - 92.655x2 + 13.609x + 0.1002 R = 0.9749

0.2000

0.2500

- 11304x +

0.8000

1.0000

1.2000

y = 2613.9x3 - 6304.8x2 + 5591.5x - 1900.6 R = 0.9999