Destilación I.pdf

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Escuela de Ingeniería Química Operaciones Unitarias II – Grupo H2 Destilación fraccionada 1. Se va a diseñar una columna de fraccionamiento continuo para separar 350 kmol/h de una mezcla benceno/tolueno al 44% molar. El destilado debe contener 97% de benceno y el residuo un 98% de tolueno; además, se utilizará una relación de reflujo de 3,5 moles por 1 mol de producto. Así mismo, la mezcla forma un sistema ideal con una volatilidad relativa ( ) del orden de 2,5. La alimentación tiene una temperatura de ebullición de 95 °C a 1 atm.

(

)

A. Calcule los moles de destilado y residuo por hora. B. Determine el número de platos ideales y la posición del plato de alimentación si: I.

La alimentación es un líquido a 20 °C (calor específico de 0,44 cal/g °C).

II.

La alimentación es un líquido a su temperatura de ebullición.

III.

La alimentación es una mezcla de dos tercios de vapor por uno de líquido.

C. Si para el calentamiento se utiliza vapor de agua a 1,36 atm, ¿qué cantidad de vapor se requiere por hora para cada uno de los tres casos anteriores, despreciando las pérdidas de calor y suponiendo que el reflujo es un líquido saturado? D. Si el agua de enfriamiento entra en el condensador a 25 °C y sale a 40 °C, ¿qué cantidad de agua de enfriamiento será necesaria, en metros cúbicos por hora?

2. Una solución acuosa al 40% molar de acetona debe ser concentrada hasta un 95% molar, empleando un destilador continuo equipado con un condensador total. El residuo debe contener no más de 5% molar de acetona. La mezcla entra fría, a tal punto que, en el plato de alimentación, se condensan 0,3 moles de vapor por mol que ingresa a la torre. Si la columna opera con un reflujo equivalente a 1,5 veces el mínimo, determine los flujos molares de líquido y vapor en las dos secciones de la torre. El diagrama de equilibrio se muestra en la siguiente página. 3. Una mezcla equimolar de benceno y tolueno se va a separar en una torre de campanas de burbujeo a razón de 100 kmol/h a 1 atm de presión. El producto destilado debe contener por lo menos 98% mol de benceno. La alimentación es líquido saturado. Se dispone de una torre de 24 platos. La alimentación puede introducirse en cualquier plato comprendido entre los números 11 y 17 contando desde la parte superior. La máxima capacidad de vaporización del

hervidor es 120 kmol/h. La eficiencia de los platos es de 50%. ¿Cuántos moles por hora de producto destilado se pueden obtener de esta torre?

4. Una solución binaria A-B al 60% molar de A, es sometida a destilación continua para obtener un producto de tope al 96% de A, así como un residuo al 94% de B. Si la alimentación está vaporizada un 28%, determine el número de platos ideales que se requieren para lograr la separación, así como la ubicación del plato de alimentación. El condensador empleado es parcial. Los datos de equilibrio se muestran a continuación. 0,000 0,050 0,070 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300

0,000 0,070 0,100 0,140 0,205 0,290 0,390 0,550

0,350 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000

0,670 0,750 0,860 0,930 0,960 0,980 0,990 1,000

5. Se quiere fraccionar una corriente de benceno/tolueno para obtener un destilado al 95% molar de benceno, con un flujo de despojo al 5% molar de compuesto volátil. Se van a alimentar dos corrientes de 5000 kmol/h cada una. Un flujo corresponde a una mezcla al 30% molar en condiciones de ebullición; la otra alimentación se encuentra a 75 ºC con un contenido de benceno del 60%. Determine el número de platos teóricos requeridos, los puntos de alimentación y la demanda de servicios industriales (agua de enfriamiento a 25 ºC y saliendo a 70 ºC, y vapor sobrecalentado a 5 MPa y 300 ºC). La torre opera a 1,3 veces el reflujo mínimo.

A

Bx103

C x106

D x10-5

Gas

Benceno Tolueno

10,259 12,922

-0,206 0,290

39,064 47,052

-13,301 -15,716

Líquido

Benceno Tolueno

-0,747 15,133

67,96 6,79

-37,78 16,35

0 0

6. Se alimentan a una torre de platos 200 kmol/h de una solución acuosa de metanol al 45% molar (como líquido saturado). El producto de tope debe contener 96% de metanol, con un residuo al 97% de agua. Así mismo, 20 kmol/h de metanol al 70% molar deben ser retirados de la torre. Con una relación de reflujo equivalente a 1,5 veces el mínimo, calcule: A. Los flujos de destilado y residuo que salen de la torre.

B. Los flujos internos en todas las secciones de la torre. C. El número de platos mínimos requeridos. D. El plato de alimentación y la ubicación adecuada de la corriente lateral. E. El número de platos teóricos y la temperatura en cada uno de ellos. ( ) 65 68 71 74 77 80 83

1,00 0,84 0,71 0,60 0,49 0,41 0,32

1,00 0,95 0,91 0,85 0,79 0,72 0,64

( ) 86 89 92 95 98 100

0,25 0,19 0,13 0,08 0,03 0,00

0,55 0,46 0,35 0,23 0,09 0,00