8/16/2019 Trabajo de Separacion
1/24
PROBLEMA 1: Una columna de destilación que opera a 1 atm de presión
ha de separar una corriente de 100h
mol
de una mezcla que contiene
0! mol de "enceno en tolueno para o"tener un producto de tope de
#$! mol de "enceno % #&! mol de tolueno en el producto de 'ondo si la
alimentación es una mezcla de (apor)l*quido que contiene +,! mol en
(apor % la relación de re-u.o utilizado es de /, determinar el nmero
de etapas de equili"rio reales si la e2ciencia 3lo"al del proceso es $0! 4
5atos: : 5atos de eauili"rio del sistema Benceno ) tolueno a lat*n4
6 0 01 0+ 0/ 0 0
,
07 0$ 0#1 0#7 0#& 1
8 0 0+1 0/$ 04,1 07
0$
+
0$ 0&7 0& 0# 0#, 1
9OLU;APA9 5E E?U;L;BR;O REALE9
9a"emos por la de2nición "@sica:
η
T R
N N =
8/16/2019 Trabajo de Separacion
2/24
1414 @lculo de de la E2ciencia lo"al del Proceso 5enunciado: r C
0$0
14+4 @lculo del =mero de Etapas de Equili"rio >eórico
9e o"tiene 3r@2camente lue3o de interrelacionar el dia3rama de
equili"rio las composiciones molares de las corrientes % las l*neas de
operación as*:
14+414 onstrucción del dia3rama de equili"rio 9e constru%e con
los dalos de equili"rio disponi"le
14+4+4 @lculo de las composiciones molares de las corrientes
a4 @lculo de 6 5
5e enunciado : 6 5 ) 0#$
"4 @lculo de 6 9
5e enunciado : 6 B ) 00+
c4 @lculo de z D
5e enunciado : 6 B C 00
14+4/4 @lculo de las l*neas de operación
a4 L*nea de operación de la zona de recti2cación
Para trazar esta l*nea se requiere conocer la nue(a ordenada en el
ori3en laque se o"tiene mediante:
1+=
R
xb D
+F
a4l4 @lculo de 6 5
5e enunciadoG 6 5 C 0#$
a4+4 @lculo de R
5e enunciado : R ) /,
5e modo que al reemplazar en +F se tiene:
2156,015,3
97,0=
+
=b
"4 L*nea de alimentación
9e de"e conocer la inclinación de esta l*nea por lo que utilizamos la
8/16/2019 Trabajo de Separacion
3/24
de2nición:
qq m.arctanθ
/F
"4l4 @lculo de mq
Aplicando la de2nición:1−
=
q
qm
q
F
"4l4l4 @lculo de q
LD 9a"emos que F
Lq F =
,F
"414 1414 @lculo de LD
Por enunciado sa"emos que la alimentación es una mezcla de (apor)l*quido con un contenido de +, ! mol de (apor por consi3uiente se
deduce que LD es $, ! mol de l*quido4
B1414+4 @lculo de D
5e enunciado
h
mol F 100=
Entonces en ,F:
75,0100
75==q
Lue3o en F :
3175,0
75,0
1−=
−
=
−
=
q
q M q
Dinalmente en /F la inclinación de la l*nea de operación ser@:
º43.108180565,71)3arctan( =+−=−=qθ
c4 L*nea de la zona de a3otamiento
9e traza uniendo la intersección de las l*neas de operación de
recti2cación % de alimentación con la composición del producto de 'ondo
u"icado en la l*nea de ,H
8/16/2019 Trabajo de Separacion
4/24
on los trazos de las l*neas en el dia3rama de equili"rio procedemos a
escalanear para determinar las etapas de equili"rio teóricos necesarios
resultando :
=> C1+ etapas de equili"rios
Dinalmente en 1F se tiene:
...1814,177,0
12 Rptarealesetapas N R ≅==
8/16/2019 Trabajo de Separacion
5/24
D&D ' 0.LD
B
&B ' 0.
)
EJERCICIO 2: E$ *$a co"*m$a +*% co$,ta -% ,%i, %taa, -% %+*i"i/rio ,%
ha -% ,%arar m%c"a, /i$aria,. La a"im%$taci$ ,% i$gr%,a a ,* *$to
-% /*r/*a a tra3, -% r%h%r3i-or. % *ti"iara *$ co$-%$,a-or tota" #
r%*o r%tor$ara a "a co"*m$a a ,* t%m%rat*ra -% ,at*raci$. E" ca*-a"
-% r%*o %, -% 0.5,mo". E" ca*-a" -% a"im%$taci$ ,%r7 -%" , mo" # "a
como,ici$ -% a"im%$taci$ %$ ,* como$%$t% 3o"7ti" %, -% 50 ,%
,*o$% +*% "a 3o"ati"i-a- r%"ati3a %, co$,ta$t%
α AB=2 ara "a r%,i$ -% "a co"*m$a # %" i$t%r3a"o -% t%m%rat*ra %$
"a mi,ma. 9am/i$ ,% ,*o$% *o mo"ar co$,ta$t%. :a"c*"ar;
1. La +*i-o %$ "a o$a -% r%cti?caci$
4. La, corri%$t%, -% 3aor # ">+*i-o %$ "a o$a -% agotami%$to.
SOLUCION:
8/16/2019 Trabajo de Separacion
6/24
1. :AL:ULO DE LA :OM!OI:I@ DEL :OM!OE9E E EL
!RODU:9O DEL )ODO
% ha -% -%t%rmi$ar m%-ia$t% *$ c7"c*"o it%rati3o ,*o$i%$-o
3a"or%, ara "a, corri%$t%, -%" -%,ti"a-o.
1.1.*o$i%$-o ; D=0.25 mol
s D=0.25s
mol
a/%mo, +*% %" /a"a$c% -% mat%ria %$ "a corri%$t% -%"-%,ti"a-o +*%;
d A= D × x D=0.25×0.9=0.225mol
s
A-%m7, or /a"a$c% -% mat%ria a"r%-%-or -% co$-%$,a-or;
V 1= L
0+ D=0.5+0.25=0.75
mol
s
D% mo-o +*% "a or-%$a-a %$ %" orig%$ -% "a ">$%a -%
o%raci$ -% "a o$a -% r%cti?caci$ ,%r7;
b= D × x D
V =
0.25×0.9
0.75 =0.300
R%,*"ta$-o "a como,ici$ -%" como$%$t% A %$ %" ro-*cto
-%"
8/16/2019 Trabajo de Separacion
7/24
b A=f A−d A=0.5−0.225=0.275mol
s
B= F − D=1−0.25=0.75mol
s
!or "o ta$to; xB=0.275
0.75 =0.367
!ara comro/ar %,t% r%,*"ta-o gra?camo, a"ica-o "a
-%?$ici$;
y A= α . x A
1− x A+α x A
E$ "a ta/*"aci$ ,ig*i%$t%;
x A 0 0.1 0.2 0.= 0.4 0.5 0.6 0.C 0.8 0. 1
y A 00.18
20.==
=0.46
20.5C
10.66
C0.C5
0.824
0.88
0.4C
1
8/16/2019 Trabajo de Separacion
8/24
0 0.10.20.=0.40.50.60.C0.80. 10
0.1
0.2
0.=
0.40.5
0.6
0.C
0.8
0.
1
LIEA DE EQUILIBRIO
Li$%ar (
X
Y
E$ %" gra?co ,% o/,%r3a +*% ,o$ ci$co %taa, %ro "a
como,ici$ %$ %" trao 3%rtica" 0.48 $o coi$ci-% co$ %"
ca"c*"a-o xB=0.367 or "o ta$to %, $%c%,aria otra
,*o,ici$.
1.2.*o$i%$-o; D=0.18 mol
s
a/%mo, +*% %" /a"a$c% -% mat%ria %$ "a corri%$t% -%"
-%,ti"a-o +*%;
d A= D× x D=0.18×0.9=0.162mol
s
A-%m7, or /a"a$c% -% mat%ria a"r%-%-or -% co$-%$,a-or;
V 1= L0+ D=0.5+0.18=0.68mol
s
D% mo-o +*% "a or-%$a-a %$ %" orig%$ -% "a ">$%a -%
o%raci$ -% "a o$a -% r%cti?caci$ ,%r7;
8/16/2019 Trabajo de Separacion
9/24
b= D × x D
V =
0.18×0.9
0.68 =0.238 xB=
bB
B
R%,*"ta$-o "a como,ici$ -%" como$%$t% A %$ %" ro-*cto
-%"
8/16/2019 Trabajo de Separacion
10/24
La, %taa, -% %+*i"i/rio coi$ci-%$ %$ ci$co %ro "a
como,ici$ -%" gra?co 0.44 $o coi$ci-% co$ %" c7"c*"o
xB=0.412 or "o ta$to hac%mo, otro ,**%,to.
xB=0.275
0.75 =0.367
1.=.*o$i%$-o; D=0.186 mol
s
a/%mo, +*% %" /a"a$c% -% mat%ria %$ "a corri%$t% -%"
-%,ti"a-o +*%;
d A= D× x D=0.186×0.9=0.167 mol
s
A-%m7, or /a"a$c% -% mat%ria a"r%-%-or -% co$-%$,a-or;
V 1= L
0+ D=0.5+0.186=0.686
mol
s
D% mo-o +*% "a or-%$a-a %$ %" orig%$ -% "a ">$%a -%o%raci$ -% "a o$a -% r%cti?caci$ ,%r7;
b= D × x D
V =
0.186×0.9
0.686 =0.224
R%,*"ta$-o "a como,ici$ -%" como$%$t% A %$ %" ro-*cto
-%"
8/16/2019 Trabajo de Separacion
11/24
b A=f A−d A=0.5−0167=0.333 mol
s
B= F − D=1−0.18=0.82mol
s B= F − D=1−0.186=0.814
mol
s
0 0.10.20.=0.40.50.60.C0.80. 10
0.1
0.2
0.=0.4
0.5
0.6
0.C
0.8
0.
1
LIEA DE EQUILIBRIO
Li$%ar (
X
Y
!or "o ta$to; xB=
0.333
0.814=0.409
% o/,%r3a +*% "a, %taa, traa-a, ,o$ ci$co # "a
como,ici$ -% "a 3%rtica" 0.41 co$ %" ca"c*"a-o xB=0.409 .
!or "o ta$to "a como,ici$ -%" ro-*cto -%" t%m 1 ,% ti%$% "o, ,ig*i%$t%, -ato,;
8/16/2019 Trabajo de Separacion
12/24
D=0.186 mol
s
B=0.814 mol
s
=. :AL:ULO DE LA :ORRIE9E DE A!OR LFQUIDO E LA OA
DE AGO9AMIE9O.
=.1. )a,% "i+*i-a
a/%mo, or -ato +*% %" r%*o %, -% 0.5 mol
s # or -%?$ici$
-% -%rram% mo"ar co$,ta$t% +*% "a corri%$t% "i+*i-a %$ "a o$a
-% "a mi,ma. !or "o ta$to;
L=0.5 mol
s
=.2. )a,% 3aor
A artir -% "a -%?$ici$ -% r%"aci$ -% r%*o;
R= L
D=2
!%ro como; D=V − L
E$to$c%,;
L
D
= L
V − L=2
E
8/16/2019 Trabajo de Separacion
13/24
L
V
V
V − L
V
=2
% o/ti%$% -% -%,%%;
L
V =
2
3
D% -o$-%;
V =3
2 L=
3
2 ×0.5=0.75
mol
tiempo
4. :AL:ULO DE LA :ORRIE9E DE A!OR LIQUIDO E LA OA
DE AGO9AMIE9O
!ara %,t% c7"c*"o *ti"iamo, "a -%?$ici$ -% %$-i%$t% -% "a ">$%a
-% o%raci$ -% "a o$a -% agotami%$to c*#o, -ato, -% "o,
*$to, ,% "%%$ -%,-% %" -iagrama i$m%-iato a$t%rior; (0.5H 0.58 #(0.40H 0.40;
m A=0.58−0.409
0.5−0.409=1.879=
L
V
4.1.:a"c*"o ;
E$ "a -%?$ici$;
V =( R+1 ) D−(1−q ) F
:omo +' 1
V =( R+1 ) D=(2+1 )0.186=0.558 mol
tiempo
8/16/2019 Trabajo de Separacion
14/24
8/16/2019 Trabajo de Separacion
15/24
1.5 3%c%, -%" r%*o m>$imo # "a a"im%$taci$ i$gr%,a a ,* *$to -%
/*r/*a. U,% %" mto-o !O:KO AAR ara -%t%rmi$ar;
1E" $*m%ro -% %taa, -% %+*i"i/rio t%rico ara "a ,%araci$.
2 "a rotaci$ -%" r%*o mi$imo
= "a, carga, -% ca"or -%" co$-%$,a-or # %" r%h%r3i-or ara a",
co$-icio$%, -% r%*o mi$imo.
- La, ca$ti-a-%, -% "a, corri%$t%, -%" -%,ti"a-o # -%" r%,i-*o
% E" $*m%ro -% %taa, t%rica, # "a %taa -% %"imi$aci$
8/16/2019 Trabajo de Separacion
16/24
D&D ' 0.2
B&B ' 0.04
)'100 mo"Nh40 $:660 $:8
2C5 16C 20.5 15C.5 2=5
=00 185 =0= 1C= 28
SOLUCION:
1. :7"c*"o %" $Pm%ro -% %taa, -% %+*i"i/rio t%rico
E,t% c7"c*"o %, gra?co # %$ $%a -%
/a"a$c% g"o/a" ">$%a -% /a"a$c% -% ca"or # ma,a # "a, como,icio$%,mo"ar%, -% "a, corri%$t%,.
1.1. :o$,tr*cci$ -% -iagrama -% %+*i"i/rioI$t%rr%"acio$%, "a, como,icio$%, %$ %+*i"i/rio ">+*i-o 3aor ,i$
%m/argo or+*% ,% *ti"ia "o, -ato, -i,o$i/"%, -% %$ta"ia ,%
8/16/2019 Trabajo de Separacion
17/24
r%+*i%r% tam/i$ ca"c*"ar %" ra$go -% t%m%rat*ra -% "o,
como$%$t%, a 10 atm.1.1.1. :a"c*"o -%" ra$go -% t%m%rat*ra
Da-a "a r%,i$ -% o%raci$ 10 atm 'C60 mm -% Kg # co$
a#*-a -% "a, %c*acio$%, -% A$toi$% ara ca-a como$%$t%-% "a m%c"a -%t%rmi$amo, rim%ro "a t%m%rat*ra -%
%/*""ici$ $orma" -% ca-a como$%$t% a %,ta r%,i$.
ln PC 6A! =
2697.55
! "B#LL$ C 6+ (−48.78 )=15.8365−
2697.55
! "B#LL$ C 6+ (−48.78 ) % % ..(3)
ln PC 8A! =
3120.29
! "B#LL$ C 8+ (−63.63 )=15.9426−
3120.29
! "B#LL$C 8+(−63.63 ) %%..(4)
1.1.2. :a"c*"o -% "a, como,icio$%, mo"ar%, %$ %+*i"i/rioA"ica$-o "a, -%?$icio$%, -%-*ci-a,.
xC 6= P−ln PC 8
A!
ln P C 6A! −ln PC 8
A! % % % ..[1]
yC 6=ln PC 8
A!
P × xC 6 % % % ..[2]
:o$ "a, %c*acio$%, -% a$toi$% ara ca"c*"ar "a, r%,io$%, -%,at*raci$.
ln PC 6A! =15.8368−
2697.55
! −48.78% % % ..[3]
ln PC 8A! =1594.26−
3120.29
! −63.63% % % ..[4 ]
1.2. :o$,tr*cci$ -%" -iagrama %$ta"ia como,ici$I$t%rr%"acio$%, "a, t%m%rat*ra, -%" ra$go ha""a-o "a,
como,icio$%, mo"ar%, %$ %+*i"i/rio # "a, %$ta"ia, -% m%c"a -%
"a,
8/16/2019 Trabajo de Separacion
18/24
a ca"c*"a-o, # -%?$i-o, %$ "a ta/"a 1.
1.2.2. :7"c*"o -% como,icio$%, mo"ar%, %$ %+*i"i/rio
a ca"c*"a-o, %$ "a ta/"a 1.
1.2.= :7"c*"o -% "a, %$ta"ia, -% "a m%c"a
E$ 3i,ta -% -i,o$%r or %$*$cia-o "a, %$ta"ia, ara ca-a
como$%$t% # %$ ca-a
8/16/2019 Trabajo de Separacion
19/24
Rm=[h D+*C D ]− H l H l−h D
%%% ..[7 ]
1.=.1. :a"c*"o -% K1 # hD
D% "a, ro#%ccio$%, -% #1 # JD a" %% -% "a %$ta"ia ,% "%%;
H l=22000 k+
kmol
h D=8600 k+
kmol
LUEGO;
Rm=27800−2200022000−8600
=0.433
: :a"c*"o -% [h D+*C D ]m:1 co$-%$,a-or
[h D+*C D ]m=27800 k+
kmol
[*C D ]m=27800−8600
[*C D ]m=19200 k+
kmol
:2 r%h%r3i-or
8/16/2019 Trabajo de Separacion
20/24
8/16/2019 Trabajo de Separacion
21/24
E$ "a -%?$ici$; R'1.25 RmR%%m"aa$-o "o, 3a"or%, #a co$oci-a,;
R=1.25×0.15=9031 k+
kmol
) :arga ca"or>?ca a r%
8/16/2019 Trabajo de Separacion
22/24
Ba"a$c% -% mat%ria %$tr% "ato 1 # %" -omo
V 2= L
1+ D
L1
0.354=¿=¿ L
1+1
L-=0.548 y V 1=1.548
G= %$tr% %taa 2 #=
( D−/ 3 ( D− ( 2
=0.92−0.7650.92−0.48
=0.352
Ba"a$c% -% mat%ria %$tr% "ato 2 # %" -omo
V 3= L
2+ D
L2
0.352=¿=¿ L
2+1
L-=0.543 y V 1=1.543
G4 %$tr% %taa = #4
L1
V 2=
/ 4− ( B
( 3− ( B=
0.68−0.040.375−0.04
=0.131
Ba"a$c% -% mat%ria %$tr% "ato 4 # %" -omo
L3=V
4+B
L3
1.91+1.44= L
3
L3=3.02 y V
4=1.58
:a"c*"a$-o B;
( F −/ B ( D− ( F
=0.4−0.040.92−0.4=
0.69
D
0.69=B=¿>B=
1
0.69=1.44
G5 %$tr% %taa 4 # 5
8/16/2019 Trabajo de Separacion
23/24
8/16/2019 Trabajo de Separacion
24/24
Ejercicio 4
(Exel)