Examen Final Procesos Facultad de Química UNAM

8/16/2019 Examen Final Procesos Facultad de Química UNAM

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[PROCESOS DE SEPARACIÓN] 1

MÉTODO MC CABE – THIELE DESTILACIÓN DISCONTINUA.

1. Una mezcla de acetona y etanol con una fracción molar de acetona de0.4 se ha de separar por destilación discontínua a 101 kPa.

Los datos del equilibrio líquido!apor a 101 kPa son"

x 0 0.05

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.

0.!

0."

# 0 0.1#

0.$

%

0.4

$

0.%

1

0.

#

0.#

&

0.&

$

0.&

'

0.(

&

0.'

)

$% *omando L+, - 1.% !eces el !alor mínimocu/ntas etapas debe tener esta columna si

el destilado ha de tener una fracción molar

de acetona de 0.' y el residuo una fracción

molar de 0.1 en dicho componente

Primero trazamos el diarama de las

fracciones 2y para el sistema acetonaaua

con los datos de equilibrio dados por el

problema .

3l tratarse de una destilación discontinua

es decir no hay una alimentación a la columna a concentración

constante procedemos a desarrollar el m5todo ra6co de 7c8abe

*hiele para este tipo de separación así empezaremos a hacer los

c/lculos para los puntos "P1 - 90.40 0.#0:P$ - 90.'0 0.'0: ,;


2/33

Y 1=0.9−(0.7 ) (0.90−0.40 )=0.55

*eniedo los datos de fraccióncomposición en la alimentación y

puntos coordenadas completos podemos proceder a realizar la

ra6ca para determinar el numero de etapas teóricas "

7c8abe*hiele

$


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[PROCESOS DE SEPARACIÓN] )

>= ?=@UA=?= U<

RESULTADOS ANE'OS

(% >upónase que la columna tiene ocho etapas teóricas y que larelación de reBuCo se !aría continuamente de forma que el producto

de cabeza se mantiene constante para una fracción molar de acetona

de 0.'0. 8onstrDyase una representación r/6ca de la relación de

reBuCo frente a la composición de la caldera del destilador y a lacantidad de líquido que queda en el destilador.

S) *$() +,) )- /(-)$ *,) ! )$$* ))* /))* $*,)/ ,$ $/7$78 ) /)9,:* ;/ $/$ *)/7/)) *,*7,7/ ) -$?8/,-$ ) -$ )7)) L@ > TENIENDO ASI

C/)$$* L@ C*77

$-)/$2 yP 1 0.' 0.' 0.&$&&&

&&(

0.4

P 2 0.4 0.#

P 1 0.' 0.' 0.(0%%%%%#

0.$%%

P 2 0.$%% 0.4&

P 1 0.' 0.' 0.(######&

0.14%

P 2 0.14% 0.)%

P 1 0.' 0.' 0.'1111111

0.0(%

P 2 0.0(% 0.$%%

P 1 0.' 0.' 0.'% 0.04

P 2 0.04 0.1)%

P 1 0.' 0.' 1 0.01

P 2 0.01 0.0$%

L+E7inima 0.6 Fraccion del destilado 0.'L+,7inima 1.5 Fraccion de los fondos 0.1

L+, ?eal 2.25

L+E ?eal0.6"230

6"

10


4/33

3hora tomando los !alores de la pendiente L+E del inciso a: calculamos el !alor

de las fracciones de G y H y procedemos a ra6car L+E !s. H 9caldera: y L+E

!s. G

/$=$/ /$=$/

L@ Hcaldera

G L+E H

caldera

0.2! 0.4 100 0.&$&&&&&( 0.4

0.!0555556

0.$%

%

4#.141##

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0.(0%%%%%

#

0.$%%

0.!666666

0.14

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#(

0.(######

&

0.14%

0."1111111

0.0(

%

1$.#)%((

%$

0.'111111

1

0.0(%

4


5/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN] %

0."5 0.04 #.1#)4$'1(

0.'% 0.04


6/33

0 0.0% 0.1 0.1% 0.$ 0.$% 0.) 0.)% 0.4 0.4%

0

0.1

0.$

0.)

0.4

0.%

0.#

0.&

0.(

0.'

1

CD$/3 T73-)

0 $0 40 #0 (0 100 1$00

0.1

0.$

0.)

0.4

0.%

0.#

0.&

0.(

0.'

1

C$/ T7-)

% >upónase ahora que se efectDa la misma destilación con unarelación de reBuCo constante 9la composición del producto es

!ariable:. >e desea obtener un residuo de 0.1 y un producto 9medio:

#


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[PROCESOS DE SEPARACIÓN] &

0.' ambos de fracción molar de acetona. 8alcDlese el !apor total

enerado. =s imposible tener un producto medio de 0.' para la acetona

manteniendo una relación de reBuCo constante ya que a medida que

se !a obteniendo una composición deseada de 0.1 en los residuos

naturalmente la composición del producto se !a pareciendo cada !ezm/s a la composición de las condiciones iniciales 90.4:.=n la siuiente tabla se muestra 5l porque es imposible con!ertir una

composición promedio de 0.' en el producto. *abla 1.0

*29?esiduos: y,

y,promedio G

0 0.%0.&0#&44(

#( 0.& 100$.11%0%4

( 0.4%0.##)%0%#

%'0.#(#400

4'%&(.(4'4%

$

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0.%0(0(1%1(

0.#$(&%#(44

)'.1#44#

#.'41)(4%' 0.$%

0.44%4&1)4'

0.#101%(#')

)0.%(#1%41

8omo se obser!a a medida que aumenta el tiempo la composición

de los residuos disminuye sin embaro se obser!a que la I

promedio del destilado siue disminuyendo y tiende a la composiciónde las condiciones iniciales.


8/33

>e calcularon los puntos 3 J PK F PKK de la siuiente forma"

3 es el punto donde coincide la composición de destilado y la entalpía de !apor

saturado a esa composición. J es el punto donde coincide la composición de

destilado y la entalpia de líquido saturado a esa composición. F es el punto

donde coincide la composición de la alimentación y la entalpia de líquido

saturado a esa composición. es el punto donde coincide la composición de

fondos y la entalpia de líquido saturado a esa composición.

P' =

L

V B− A

L

V −1

PKK se obtiene con la intersección de la línea PKF y la línea 2J.

(


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[PROCESOS DE SEPARACIÓN] '

q D=segmento P' ,B

q D=h P' −hB

qB=segmento P' ' ,G

q D=hG+h P ' '

Q D=Cargadel condensador=q D D

QB=Cargadel ebuillidor=qB B

A 0."6! 10106.5B 0.'#( $#.%$0(P 0.'#( $)4(0.4#$%#F 0.0'4 41&'.$

xD 0.'#( 0P 0.01$ $)#(.40( 0.01$ 4)$0.$#&$

+DG@-

%

$0(0).'4

1

+BG@-

%

1'%1.(%'

$

F@D 11.#%(%$%0)

DG-@%

('.)'(#%

)0%B

G-@%'%$.(%&&

(0(JD

G@%1(%'(44.

)&1

JBG@%1(%'(44.

$$#PM $. %(

PM $;,$ 1(Las entalpias de líquido saturado y !apor saturado son"

x># H0 44#& 1$0'


10/33

(

0.116 41(& 11(##

0.22! )'1# 11#)1

0.336 )#() 1140&0.44 )%00 11$0

00.541 ))%0 1100

00.63" )$00 10&'

00.23 )0'0 10#0

00.!25 $'%0 1040

00."14 $&&0 10$$0

1 $&)0 100)(

>e ra6caron las entalpias !s. 8omposición y las líneas de reparto y con esto se

obtu!ieron 1' etapas teóricas para este sistema.

10


11/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]11

xB -0.01

$

x D -0.'#(

z-0.0'4

F-%0000

lb+h


12/33

MK FU

). >e !a a fraccionar la siuiente alimentación a ($ M8 y 10)% k


13/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]1)

%1=1.65

%2=6.8

?esol!iendo el respecti!o sistema de ecuaciones se obtu!o que el destilado es

de 4).') lbmol+h la composición de pentano en el destilado corresponde al

0.4) y la LVmin-$(.') y ?min-0.##

% E- )/ ) )$$* /)$-)* *,7) 1.3 ))* -$ /)-$78 )/)9,: 7.

Para los calculos se considero a


14/33

n-C4H10 1'.0( 1).'$ 0.$4() 0.4)4)

n-C5H12 0.# $'.4 0.%$4) 0.01)&

n-C6H14 0 1$ 0.$140 0

Total 4).') %#.0& 1 1

14


15/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]1%

M) R7;,/* GR)*,-$*%

Utilizando el m5todo de Punto burbuCa de Gan y Senke calcDlese la

composición de los productos las temperaturas de las etapas

composiciones y BuCos de las corrientes de !apor y liquido interetapasser!icio del ebullidor y ser!icio del condensador.


16/33

8omposiciones de líquido y !apor entreetapas.

I7* A

C*778 ) -$* //7))* )- -+,7.

T$(-$ 1.0

W =tapa

'7

C2 C3 C4 C5 C6

1 0.0)44 0.'#44 0.001$ 0.0000 0.0000

$ 0.01#0 0.'(14 0.00$# 0.0000 0.0000

) 0.010$ 0.'(4# 0.00%1 0.0000 0.0000

4 0.00(4 0.'(1% 0.0100 0.0000 0.0000

% 0.00&' 0.'&$( 0.01'$ 0.0001 0.0000

# 0.00 0.'%%' 0.0)%' 0.000% 0.0000

& 0.00&% 0.'$4( 0.0#%1 0.00$4 0.000$

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11 0.000' 0.#4'& 0.$(1( 0.044$ 0.0$)%

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1 0.0000 0.0212 0.345 0.3624 0.26!"

E )

E$$

E$$ 1 -$ *778 ) -* ?*

1#


17/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]1&

C*778 ) -$* //7))* )- $/

T$(-$ 2.0

W =tapa

& 7

8$ 8) n84 n8% n8#

1 0.0"15 0."0!1 0.0005 0.0000 0.0000

$ 0.04)' 0.'%%0 0.0011 0.0000 0.0000

) 0.0$(4 0.'#'4 0.00$$ 0.0000 0.0000

4 0.0$)% 0.'&$1 0.0044 0.0000 0.0000

% 0.0$$0 0.'#'% 0.00(% 0.0000 0.0000

# 0.0$1# 0.'#$$ 0.01#1 0.0001 0.0000

& 0.0$1% 0.'4&' 0.0)00 0.0004 0.0000

( 0.0$1# 0.'$$0 0.0%4$ 0.00$0 0.000$

' 0.0$$0 0.(&%( 0.0'1& 0.00(# 0.00$0

10 0.00($ 0.(%'1 0.1$10 0.00'# 0.00$$

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1) 0.000) 0.%''0 0.)&0( 0.0$%$ 0.004&

14 0.0001 0.4))% 0.%0(4 0.04'4 0.00(#

1% 0.0000 0.$&$# 0.#0&4 0.0''4 0.0$0#

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1& 0.0000 0.0#)$ 0.%1 0.$(%0 0.1)4$

E )

E$$ 1 C*778 ) )- )*7-$.


18/33

P)/=-)* ) -$ *77 $ - -$/; ) -$ //) ) )*7-$78.

0 $ 4 # ( 10 1$ 14 1#

0.000

0.100

0.$00

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0.400

0.%00

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1.000

8$

8)

n84

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0 $ 4 # ( 10 1$ 14 1#

0

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0.(

0.'

1

8$

8)

n84

n8%

n8#

/$= 1.2

1(


19/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]1'

F-,:* ) $/ # -+,7 )/) )$$* )8/7$*

T$(-$ 3.0

QE$$

L[-(-@] [-(-@]

1 1%0 )0

$ 1%) 1(0

) 1%) 1()

4 1%) 1()

% 1%$ 1()

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( 141 1&(

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11 440 )($

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L1 /)/)*)$ )- 9,: ) -* ?*


20/33

P)/=- ) ))/$,/$*

T$(-$ 3.0

QE$$ T [F]1 120.3

$ 125.5

) 12.34 12!.2% 12".1# 130.6& 133.4( 13!.5

' 14".410 154.611 161.1$ 12.21) 1!.114 20.1% 232.31# 261.!1& 2"4.6

0 $ 4 # ( 10 1$ 14 1#

0

%0

100

1%0

$00

$%0

)00

)%0P)/=- 5) T)1.)/$3,/$

Per6l de *emp.

A7,$78> *) /)*)$ )- )/=- ) ))/$,/$* )-/(-)$ 77* A.

$0


21/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]$1

/$=$ 1


22/33

I7* B

P/ ,$ ?$--$ ) -$ (($ ) /)9,:> )*) 7*7,#) $ "0-(-@> *7 -$* ) C,


23/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]$)

D$* ) *77)* 7)/)$$*

C*778 ) )- -+,7

T$(-$ 4.0

W =tapa

' 7

8$ 8) n84 n8% n8#

1 0.0)44 0.'#$& 0.00$' 0.0000 0.0000

$ 0.01&( 0.' 0.00%' 0.0000 0.0000

) 0.01)0 0.' 0.010' 0.0000 0.0000

4 0.011# 0.'#(( 0.01'% 0.0000 0.0000

% 0.011$ 0.'%4( 0.0))( 0.000$ 0.0000

# 0.010' 0.')14 0.0%#& 0.000' 0.0000& 0.010& 0.('4$ 0.0'11 0.00)& 0.000)

( 0.010% 0.()%& 0.1)&1 0.01)& 0.00)1

' 0.0100 0.&)() 0.1($( 0.04)( 0.0$%$

10 0.00)# 0.&01& 0.$$)) 0.04%& 0.0$%&

11 0.001) 0.#))& 0.$((% 0.04'& 0.0$#(

1$ 0.0004 0.%)0) 0.)(1' 0.0%(# 0.0$((

1) 0.0001 0.)'#1 0.4'1) 0.0&') 0.0))$

14 0.0000 0.$%0) 0.%&'# 0.1$4' 0.04%1

1% 0.0000 0.1)4# 0.%((# 0.1''' 0.0'

1# 0.0000 0.0#01 0.%00' 0.$'11 0.14&'1& 0.0000 0.0$1( 0.)4'& 0.)#0% 0.$#&'

,onde E$$ 1" 8omposición en el fondo


24/33

8omposición en el !apor"

*abla %.0

W =tapa

I i

C2 C3 C4 C5 C61 0.0"15 0."04 0.0012 0.0000 0.0000

$ 0.04(# 0.'4(' 0.00$% 0.0000 0.0000

) 0.0)#0 0.'%') 0.004& 0.0000 0.0000

4 0.0)$4 0.'%'1 0.00(% 0.0000 0.0000

% 0.0)14 0.'%)# 0.01%0 0.0000 0.0000

# 0.0)1$ 0.'4)0 0.0$%& 0.000$ 0.0000

& 0.0)1$ 0.'$%4 0.04$& 0.000& 0.0000

( 0.0)14 0.('&% 0.0#(1 0.00$& 0.000$

' 0.0)$0 0.(%4( 0.100' 0.0100 0.00$)

10 0.01$1 0.(44# 0.1$'# 0.0111 0.00$#11 0.0044 0.(014 0.1&($ 0.01)1 0.00)0

1$ 0.001% 0.&$0( 0.$%#( 0.01&$ 0.00)&

1) 0.000% 0.%'&0 0.)&04 0.0$#' 0.00%)

14 0.0001 0.4)40 0.%0%& 0.0%0( 0.00')

1% 0.0000 0.$&4' 0.#044 0.0''# 0.0$1$

1# 0.0000 0.14 0.#1#$ 0.1(1) 0.0%4'

1& 0.0000 0.0#4( 0.%1'4 0.$($# 0.1))$

,onde

E$$ 1" 8omposición en el destilado.

$4


25/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]$%

8omposiciones entre cada etapa 9r/6camente:

0 $ 4 # ( 10 1$ 14 1#

0

0.1

0.$

0.)

0.4

0.%

0.#

0.&

0.(

0.'

1

8$

8)

n84

n8%

n8#

/$= 2

0 $ 4 # ( 10 1$ 14 1#

0

0.1

0.$

0.)

0.4

0.%

0.#

0.&

0.(

0.'

1

8$

8)

n84

n8%

n8#

/$= 3


26/33

T))/$,/$*

T$(-$ 5.1

Q E$$ T[F]1 120.5$ 125.3) 12.04 12!.1% 12".5# 131.5& 134.!( 140.2' 151.0

10 156.411 163.41$ 13.51) 1!."14 20!.11% 232.31# 261.41& 2"4.2

0 $ 4 # ( 10 1$ 14 1# 1(0

%0

100

1%0

$00

$%0

)00

)%0

P)/=- ) T))/$,/$*

Per6l de *emperaturas

/$= 3.1

$#


27/33

[PROCESOS DE SEPARACIÓN]$&

I7* C

P/ ?$-$ ) $)77) *) $) * -$* ) -$ $ )$;$7)> *7 $7)) -$* 77)* ) 9,:> /)*78 #

/)9,:> C,


28/33

D$* ) *77)* ) )- -7+,7

T$(-$ 6.0

W=tapas

' 7C2 C3 C4 C5 C6

10.0)44000

'$0.'#4)4&

10.001$%$#

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Examen Final Procesos Facultad de Química UNAM

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