PRIMERA PRÁCTICA CALIFICADA planta química química se tratan 500 kg/h kg/h de una disolución disolución acuosa acuosa con un Problema 6.- En una planta 44% en peso de acetona mediante un proceso de extracción en contracorriente directa (disol (disolvent ventee nuevo nuevo en cada cada etapa) etapa) que consta consta de etapas etapas ideale ideales! s! En las condicio condiciones nes norma normale less de tra"a tra"a#o #o$$ a cada cada etapa etapa le lleg llegaa un cauda caudall de 00 00 kg/h kg/h de tric triclo loro roet etan ano o (dis (disol olven vente te)) & la compos composic ició ión n 'inal 'inal de la 'ase 'ase re'i re'ina nado do es de 5% 5% en peso! peso! omo omo consecuencia de la 'uga de líquidos en uno de los sedimentadores$ interesa conocer si utiliando utiliando el mismo mismo caudal de disolvente$ disolvente$ se puede conseguir conseguir una corriente corriente de re'inado re'inado de la misma composición que se o"tendría antes$ utiliando las dos etapas restantes$ si* a) +e mantiene el monta#e actual ") +e tra"a#a en contracorriente
Solución (a)
x M = %
Fx F + SyS F + S
=
500 ( 0$ 44 ) + %00 ( 0 ) 500 + %00
= 0$,
Así pues, el punto M 1 puede situarse en el diagrama siguiente:
De la gráfica se obtiene: %
x A%
=
0$
xS %
=
0$0%-
x B%
= %−
→
!%
y A%
→
=
( 0$ + 0$ 0%- )
=
0$ -54
=
0$ 05
0$4-
yS %
=
y B%
= %−
0$4.,
( 0$ 4- + 0$ 4., )
"álculo de las cantidades de extracto y refinado:
x M − x% 0$ , − 0$ !% = M% = -00 = %.4$ -#g y x 0$ 40$ − − % % %
% = M% − !% = -00 − %.4$ - = 4%5$ 4#g
A$ora:
x M =
%
=
F = 45$4
x F
=
x%
% x% + S/ yS
/
% + S /
/
=
= 0$
4%5$ 4 ( 0$ ) + %00 ( 0 ) 4%5$ 4 + %00
= 0$--
Así pues, el punto M % puede situarse en el diagrama anterior: De la gráfica se obtiene: / → x A = 0$ /
xS
= 0$05
x B
=− (
/
/
!/
0$ + 0$ 05)
y A
= 0$4
yS
= 0$-4
y B
= − (
→
/
/
/
0$ 4 + 0$ -4 )
=
=
0$ ,-5
0$ 0
Re!"ue!#a a) o! +e consigue un re'inado con el % de acetona!
Solución (b)
!l caudal de la alimentaci&n es: F = 500#g / $ !l punto medio se obtiene del balance de masa: x M
=
Fx F
+ SyS
F + S x M = 0$,
=
500 ( 0$ 44)
+ 00 (
500 + 00
0)
=
0$,
'bicando este punto en la gráfica se tiene: (ráfica)
De la grafica % representa una composici&n con una concentraci&n de A menor *ue la máxima tolerable + x -.,1/ 0, de manera *ue dos etapas serían suficientes: uego las composiciones del refinado y extracto se presentan a continuaci&n: / → x A = 0$0. xS = 0$0% x B = % − ( 0$ 0. + 0$ 0%) = 0$ 1% !/ → y A = 0$0 yS = 0$-. y B = % − ( 0$ 0 + 0$ -. ) = 0$ 0
Re!"ue!#a ") +i! El re'inado tiene menos del 5% de acetona!
Problema $.- +e desean extraer 500 kg/h de una solución de + en 2$ conteniendo 40 kg de + en 00 kg de disolución$ mediante un proceso de extracción continuo & en contracorriente$ con -45 kg/h de una disolución conteniendo un 1% de 3$ ,% de +$ & % de 2! +e desea que el re'inado 'inal contenga - kg de +/00 kg de disolución$ despus de ha"er separado todo el disolvente 3! alcular* a) mero de contactos de equili"rio necesarios ") 6eso & composición del extracto & re'inado 'inales c) 7a composición del extracto 'inal li"re de 3
Solución
S
→
soluto
B → diluyente A → sol2ente extractor
%alance &e ma#eria con re!"ec#o al !olu#o S Fx F x M
+
=
AyA
Fx F
=
+
MxM
Ay A
=
500 ( 0$ 40)
F + A x M = 0$4
+ -45 (
0$ 0,)
500 + -45
F + A = M M
= 500 + -45 = 45#g
/$
uego x M se ubica en la gráfica *ue se muestra a continuaci&n:
De la gráfica se obtiene: % → x A = 0$0% %
!%
xS %
=
x B%
= %−
0$%,5
( 0$ 0% + 0$%,5 )
y A%
=
0$-4
yS %
=
y%
y B%
= %−
→
=
0$ .%5
0$/,5
=
( 0$ -4 + 0$ /,5 )
=
0$ 0.5
%alance 'lobal !% y% + , x, !% y% + ( M
MxM
=
− !% )
=
MxM
!% y% + Mx ,
− !% x, =
MxM
!% ( y% − x , )
=
!%
=
M
S*→ 8
x ,
M ( xM
−
x, )
( x M − x, ) ( 0$ 4 − 0$ 0-) = 45 ( y% − x , ) ( 0$ ,5 − 0$ 0-)
= .0$4#g
= , −
4$.-#g / $
M = !%
3ambi4n: F + A = !% + ,
=
45 .0$4 − =
M
, − A = F − ! % = ∆ Flu5o neto * ∆ = F −
! % = 500 − .0$4 = − 0$4
Etapa 1:
F − !% % − ! / %
=
% − ! /
=∆
= ∆ = −0$4
= −0$4 +
! / !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ( α )
Balance del soluto * Fx F + !/ y/
=
Fx F + !/ y/
= −0$4 +
[
Fx F + !/ [ y/ !/ [ y/ − x% ] ! /
=
% x% + !% y%
−
x% ]
!/ ] x% + !% y%
= −0$4 x% +
= −0$4 x% +
−0$4 x% +
!% y% − Fx F
!% y% − Fx F
y/ − x%
!% y%
!!!!!!! ( β )
/$
De la gráfica se obtiene: / → x A = 0$0% /
!/
xS /
=
x B/
=%−
→
y A/
0$0-
( 0$ 0% + 0$ 0- )
=
0$ 1
0$.-
=
yS /
=
y/
y B/
= %−
=
0$%/5
( 0$.- + 0$%/5 ) = 0$0%5
eempla6ando en +70: −0$4 (
! /
=
!/
= -01$ ,#g
+ .0$4(
0$ ,5) − 500( 0$ 4)
0$5 − 0$,5
De +80: % = ∆ + ! / %
0$,5)
=
/$
= −0$4 + -01$,
.1$5.#g / $
"álculo de la composici&n del extracto final libre de A: S 9 = S+B 9 =
!/ ( yS
/
!/ ( yS
)
)+! ( y ) /
/
=
B/
! / ( yS
/
! / ( yS
+ /
) yB
/
)
Donde * yS
= $5 ≈
y B
= $5 ≈
/
/
9 =
0$ 0$ + 0$ 0
=
0$.-,
Re!"ue!#a! a) 9os ") :e'inado* : ; 4$.- kg -% + & 0!-4% 3 Extracto* E ; .0$4 kg $5% + & .-% 3
yS
=
/
yS
+ /
yB
/
c) 0$.-,
