Henley 3.5 La volatilidad relativa, α, del benceno con respecto al tolueno a 1 atm es 2.5. Constrúyase un diagrama x- y para este sistema a 1 atm repítase la construcción utilizando datos de la presión de vapor del benceno del problema 3.1 y para el tolueno los que se indican más abajo, así como las leyes de Raoult y Dalton constrúyase el diagrama t-x-y. a) Un líquido que contiene 70 moles % de benceno y 30 moles % de tolueno se calienta a 1 atm hasta que se evaporan 25 moles % del líquid o original. Determíne Determínese se la temperatura. Se separan entonces mecánicamente las fases y se condensa el vapor. Determínese la composición del vapor condensado y del líquido residual. b) Calcúlense y represéntense los valores de K en función de la temperatura a 1 atm.
Datos de presión de vapor benceno Presión 20 40 60 100 de vapor en torr Benceno -2.6 7.6 15.4 26.1 °C Tolueno 18.4 31.8 40.3 51.9 °C Componente Benceno Tolueno
A
200
400
760
42.2 42 .2
60.6
80.1
69.5
89.5
110.6
B
15.9008 2788.51 16.0137 3096.52
1520
C
Xi
Tb i/K
-52.36 -53.67
0.7 0.3
353.25 383.8
X
Y
136
T
1.00009434 1.00003628
353.25
0.82073478 0.92151976
357.06
0.66177469 0.83194755 0.52028374 0.73031879
360.87 364.68
0.39380127 0.61557576
368.49
0.28025369 0.48660312 0.17788749 0.34222709
372.3 376.11
0.08521494
379.92
0.1812149
CON VOLATILIDAD RELATIVA CON ECUACION DE ANTOINE X
3.8) Más adelante se presentan datos del equilibrio vapor-líquido para mezclas de agua e isopropanol a 1 atm (101,3 kPa, 760 torr). a) Constrúyanse diagramas T-x-y y x-y. b) Cuando una solución que contiene 40 moles % de isopropanol se vaporiza lentamente, ¿cuál será la composición del vapor inicial que se forma? c) Si esta misma mezcla del 40% se calienta bajo condiciones de equilibrio hasta que se vaporiza el 75% en moles, ¿cuáles serán las composiciones del vapor y el Iíquido producido? d) Calcúlese los valores de K y α a 80°C y 89°C e) Compare sus respuestas de las partes(a), (b) y (c) con las obtenidas de los diagramas T-x-y y x-y basados en las leyes de Raoult y Dalton así como en los siguientes datos de presión de vapor. T (°C) x (%mol) y (%mol)
b) La composición del vapor inicial del vapor es de 57% c) ((V/F)-1)/(V/F) ((.75/1)-1)/(.75)=-.3333 m=-.3333(.4, .4) y-y0=m(x-x0) y=-.3333(x-.4)+.4
y=-.3333x+.533332 x=.15 y=.483337 d) no se puede calcular k a 80°C porque esta temperatura es menor a la temperatura de punto de ebullición de la mezcla k a 89°C yisopropanol=.35
7.3) Una mezcla líquida consistente en 100 kmol con 60 moles % de benceno, 25 moles % de tolueno y 15 moles % de o-xileno se somete a una operación de flash a 1 atm y 100°C. a) Calcúlense las cantidades de líquido y vapor que se forman, así como sus composiciones. b) Repítanse los cálculos para 100°C y 2 atm. c) Repítanse los cálculos para 105°C y 0.l atm.
COMPOSICION DE V Y1= 0.69723343 Y2= 0.22385607 Y3= 0.078916 Σ= 1.0000055
L=F-V L(Kgmol/h)= 31.8968551
COMPOSICION DE L X1= X2= X3= Σ=
0.39239638 0.30582005 0.30177183 0.99998826
Los incisos b) c) y d) no son factibles ya que si se tiene una presión mayor a 1 atm los valores de Ψ son mayores a 1 y si la presiones menor a una atm los valores de Ψ son negativos. Cuando la temperatura del sistema es mayor que la temperatura de los puntos de ebullición los valores de Ψ son negativos
9.1) En un tanque de tolueno puro se vierte accidentalmente un frasco de n-heptano puro. Uno delos laborantes, que apenas tiene formación básica de química, sugiere que, puesto que el n-heptano hierve a temperatura más baja que el tolueno, se puede utilizar el siguiente procedimiento de purificación:
Cargar la mezcla (con 2 moles% de n-heptano) en una sencilla caldera de destilación. Someter la mezcla a ebullición a 1 atm y condensar los vapores hasta eliminar todo el heptano, quedando el tolueno puro como residuo en la caldera de destilación. Usted, que es ingeniero químico, indica inmediatamente que el anterior método de purificación es totalmente inadecuado. Justifique este hecho mediante una curva que muestre la composición del material que queda en la caldera después de haber destilado diferentes cantidades de líquido. ¿Cuál es la composición del residuo cuando ha destilado el 50% en un peso de la carga original? ¿Cuál es la composición del destilado acumulado? Cuando ha destilado la mitad del heptano, ¿Cuál es la composición del residuo y del destilado acumulado? ¿Qué porcentaje en peso del material original ha destilado? Los datos del equilibrio líquido-vapor a 1 atm son: Fracción molar de n-heptano Líquido Vapor Líquido Vapor Líquido Vapor 0.025 0.048 0.286 0.396 0.568 0.637 0.062 0.107 0.354 0.454 0.580 0.647 0.129 0.205 0.412 0.504 0.692 0.742 0.185 0.275 0.448 0.541 0.843 0.864 0.235 0.333 0.455 0.540 0.950 0.948 0.250 0.349 0.497 0.577 0.975 0.976
Chart Title 1.1 1
0.976 0.948
0.9
0.864
0.8 0.742
0.7 0.647 0.637
0.6 0.541 0.54 0.504
0.5
0.577
0.454 0.4
0.396 0.349 0.333
0.3
0.275 0.205
0.2 0.107
0.1
0.048 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
11.3-2. Comparación de la destilación diferencial repentina. Una mezcla de 100 kg mol que contiene 60%mol de n-pentano (A) y 40%mol de n-heptano (B), se vaporiza a 101.32 kPa de presión en condiciones diferenciales hasta destilar 40 kg mol. Use los datos de equilibrio del ejemplo 11.3-2. a) ¿Cuál es la composición promedio del vapor total destilado y la composición del liquido remanente? b) Si esta misma vaporización se lleva a cabo en una destilación de equilibrio o instantánea y de destilan 40 kgmol, ¿Cuál será la composición del vapor destilado y del liquido remanente? X
b) FXF=Vy+(F-V)x Vy=-(F-V)x+FXF y=-(((F-V)x)/V)+(F/V)XF y=-1.5x+1.5 si x=0 y=1.5 intersección (x,y) x=.3 y=.75
. . -.51=-.5134
11.3-3. Destilación diferencial de benceno-tolueno. Una mezcla que contiene 70% mol de benceno y 30% mol de tolueno se destila en condiciones diferenciales a 101.32 kPa. Se vaporiza un total de un tercio de los moles en la alimentación. Calcule la composición promedio del destilado y la composición del líquido remanente. Use los datos de equilibrio de la tabla 11.1-1. benceno tolueno X1 y1 1/y-x mmHg mmHg 760 1 1 877 345 0.78 0.9 8.33333333 1016 405 0.581 0.7767 5.10986203 1168 475 0.4111 0.6514 4.16146484 1344 557 0.2579 0.454 5.09943906 1532 645 0.1796 0.2612 12.254902 1800 760 0 0 F=1F Z=.7 D=1/3 F=W+D FXD=WXw+DXDp XD=2/3Xw+1/3X Dp
