UNI-FIQT PI 144 A/B. PERÍODO: 2016-2 PROBLEMAS DE DESTILACIÓN. MÉTODO PONCHON SAVARIT 1. Mil kg/h de una mezcla conteniendo 42 % molar de heptano y 58 % molar de etil benceno será fraccionada para producir un destilado conteniendo 97% molar de heptano y un residuo conteniendo 99% molar de etil benceno usando un condensador total y un rehervidor parcial. La alimentación ingresa como líquido saturado. Los datos entalpía-concentración para el sistema heptano-etil benceno a 1 atm de presión, son los siguientes: x heptano
0
0,08
0,18
0,25
0,49
0,65
0,79
0,91
1,0
y heptano
0
0,28
0,43
0,51
0,73
0,83
0,90
0,96
1,0
HL
x 10-3 kJ/kmol
24,3
24,1
23,2
22,8
22,05
21,75
21,7
21,6
21,4
HV
x 10-3 kJ/kmol
61,2
59,6
58,5
58,1
56,5
55,2
54,4
53,8
53,3
Calcular lo siguiente: a. Mínima relación de reflujo b. Mínimo número de etapas c. Número de etapas a una relación de reflujo de 2,5 d. Calor retirado por el condensador e. Calor aplicado en el reboiler parcial 2. Se va a fraccionar continuamente una solución metanol-agua que contiene 50% molar de cada uno de ellos, a presión atmosférica. El flujo de dicha alimentación es de 100 kmol/h. El producto destilado contiene 90% mol de metanol y el residuo 3% mol. La alimentación se vaporiza en un 30% mol antes de que entre en la torre. Se utiliza un condensador parcial y el hervidor es total. El reflujo se retorna a su punto de burbuja. Calcule el número de platos teóricos que se requieren a una relación de reflujo igual al doble de la mínima y la posición del plato de alimentación, sabiendo que dicho plato está en la ubicación óptima. Datos de entalpía: Sistema metanol-agua. Pt = 1 atm (fracc mol metanol). Fracc mol 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0 HL (cal/mol) 1 550 1 350 1 250 1 230 1 250 1 270 HV (cal/mol) 11 300 10 900 10 550 10 200 9 850 9 700 Datos de equilibrio (fracc mol metanol): Sistema metanol-agua. Pt =1 atm. x 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0 y 0,418 0,665 0,779 0,870 0,953 1,0 3. Se va a fraccionar continuamente una solución metanol-agua que contiene 50% molar de cada uno de ellos, a presión atmosférica. El flujo de dicha alimentación es de 100 kmol/h. La entalpía de la alimentación es de 12000 cal/mol. El producto destilado contiene 95% mol de metanol y el residuo 3% mol. Se utiliza un condensador parcial y el hervidor es total. Los diagramas de equilibrio se encuentran en la clase subida en el aula virtual. Calcule:
a. El número de platos teóricos que se requieren a una relación de reflujo igual a 1,5 veces la relación de reflujo mínima b. La posición del plato de alimentación, sabiendo que dicho plato está en la ubicación óptima. 4. Trazar a mano alzada un diagrama entalpía-composición (y el diagrama y* vs x, si fuera necesario) y explique detalladamente en dicho diagrama como representa un condensador parcial en el método Ponchón Savarit (sólo se pide ese trazado), para un destilado vapor cuya composición es yD. El condensador es parcial. 5. Una columna de destilación continua diseñada para tratar metanol-agua, es equivalente a 6 platos teóricos, más un condensador y un rehervidor total. La alimentación ingresa como vapor saturado con una fracción molar igual a 0,65. Se hizo un análisis de las corrientes principales y se obtuvo: Composición del destilado = 0,90 fracción molar, composición de fondos = 0,05 fracción molar. Un análisis adicional realizado en dos platos de la sección de enriquecimiento arrojó como resultado: Composición del vapor que sale de uno de los platos: 0,775 fracción molar, composición de líquido que sale del plato inmediatamente superior: 0,685 fracción molar. a. Calcular la relación de reflujo. b. Determinar el plato de alimentación. ¿Está este plato ubicado en su posición óptima? De no ser así, indicar si la ubicación del plato de alimentación se halla retrasado o adelantado. Datos de equilibrio metanol-agua (% molar de metanol): x 2,0 10,0 30,0 50,0 70,0 90,0 95,0 y 13,4 41,8 66,5 77,9 87,0 95,3 97,9 Valores de Entalpía: Fracc mol metanol 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0 HL, cal/mol 1550 1350 1250 1230 1250 1270 HV, cal mol 11300 10900 10550 10200 9800 9700 6. Una columna de fraccionamiento convencional, que funciona en forma continua a 1 atm de presión, está equipada con un calderín y un condensador parcial de cabeza, actuando ambos como etapas de equilibrio y con 6 platos de borboteo. La alimentación que entra por el punto óptimo, tiene una composición molar del 30% de etanol y el 70% de agua y tiene una entalpía de 5500 kcal/kmol. El condensador parcial produce líquido y vapor saturado al mismo flujo molar. Todo el líquido procedente del condensador es devuelto a la columna como reflujo, retirándose todo el vapor como el producto. El producto de cola es un líquido saturado que contiene 5% molar de etanol, 95% molar de agua. La cantidad de calor suministrando en el calderín es de 5500 kcal/kmol de producto de cola que abandona dicho calderín. Hállese la eficiencia global de las etapas, suponiendo que tienen la misma eficiencia. Tomar los datos de equilibrio proporcionado anteriormente. UNI, 18 de noviembre de 2016 Ing. Rafael J. Chero Rivas Profesor del curso
