TRANSFERENCIA DE MASA II Pregunta 1
Trazar el diagrama tx (temperatura de ebullición) y el yx (de equilibrio) para un sistema de agua (A) y Éter (B) a 1 atm de presión, con los datos siguientes.
T 34 40 50 60 70 80 90 100
PA 40,28 55,48 91,96 148,96 232,56 354,92 525,16 760
PB 747,08 921,12 1276,04 1725,96 2293,68 2990,6 3830,4 4856,4
X -0,0182795 0,18612818 0,43581515 0,61253012 0,74410029 0,84630911 0,92894918 1
760 Y -0,00096887 -0,0009688 7 0,013587357 0,052733633 0,120055904 0,22769469 0,395226355 0,641903886 1
DIAGRAMA DE TEMPERATURA DE EBULLICION 120
100
80
60
40 34 20
0 -0,2
0
1
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
DIAGRAMA DE EQULIBRIO 1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 -0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-0,2
Pregunta 2
El sistema binario agua (A) y acetona (B) obedece la ley de Raoult dibujar el diagrama de temperatura de ebullición y el diagrama de equilibrio (y vs x) para una presión total de 1 atm, a partir de la tabla de presiones de vaporo de ecuación de antoine, AGUA(A) ACETONA(B)
A 7,96687 7,2316
TA TB
99,9967555 56,2870519
2
B 1668,21 1277,03
C 228 237,23
T PA PB 56,2870519 125,551595 759,999999 60 65 70 80 85 90 95 99,9967555
149,442515 187,637878 233,802885 355,307002 433,636261 525,928376 634,06409 760
861,316759 1014,47612 1188,52198 1607,07059 1855,663 2133,31207 2442,23235 2784,46342
P(mmHg) X -1,50042E09 0,142323956 0,307770139 0,448846142 0,676701733 0,770493951 0,854377256 0,930351664 1
760 Y -2,4787E10 0,02798586 0,07598597 0,13808095 0,31636429 0,43962384 0,59123848 0,77618761 1
DIAGRAMA DE TEMPERATURA DE EBULLICION
120
100
80
60
40
20
0 -0,2
0
3
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
DIAGRAMA DE EQULIBRIO 1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 -0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-0,2
Pregunta 3
Elabore un diagrama de composición temperatura y de equilibrio para mezclas ideales de benceno y tolueno a una presión total de 760 mmHg a partir de la tabla de presiones de vaporo de ecuación de antoine. BENCENO(A) TOLUENO(B)
A 6,90565 6,95464
B 1211,033 1344,8
C 220,79 219,482
TA TB
80,0999934 110,62534
T 80,0999934 85 90 95 100 105 110,62534 4
PA 760,000001 881,6738 1020,99132 1176,84308 1350,49132 1543,2288 1784,53569
PB 292,225877 345,110803 406,737847 476,871771 556,321921 645,934123 759,999995
X 0,871797209 0,675436464 0,504680904 0,356508612 0,226991294 0,111334214 0
Y 0,87179721 0,78357189 0,67799319 0,55204565 0,40335496 0,22607127 0
DIAGRAMA DE TEMPERATURA DE EBULLICION 120
100
80
60
40
20
0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
DIAGRAMA DE EQULIBRIO
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
5
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Pregunta 4
Elabore un diagrama de composición temperatura y de equilibrio para mezclas ideales de acetona y cloroformo a una presión total de 760 mmHg a partir de la tabla de presiones de vaporo de ecuación de antoine. A ACETONA(A) 7,2316 CLOROFORMO(B) 6,9371
B 1277,03 1171,2
C 237,23 227
TA TB
56,2870519 61,7370078
T 56,2870519 57 58 59 60 61 61,7370078
PA 759,999999 778,674537 805,484528 833,02719 861,316759 890,36761 912,274075
PB 635,005688 650,363767 672,39785 695,016484 718,230367 742,05028 760,000001
P(mmHg) X 0,974152932 0,823795694 0,634748947 0,45415581 0,281623419 0,117877715 0
DIAGRAMA DE TEMPERATURA DE EBULLICION 63
62
61
60
59
58
57
56 0
0,2
6
0,4
0,6
0,8
1
1,2
760 Y 0,97415293 0,8440378 0,67273744 0,49779492 0,31916707 0,13809803 0
Pregunta 5
Una alimentación de 25% molar de benceno y tolueno, se destila mediante una destilación instantánea hasta que el producto de fondo tiene una composición media de 10% molar de benceno. Calcúlese la cantidad de destilado y residuo. Usar los datos de equilibrio de pregunta 3. Datos F=100 Zf=0,25 D=? Yd=? W=? Xw=0,10 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
0,2
0,4
0,6
Del grafico Yd=0,2098
En ec. (1) 7
0,8
1
D=136,6120 Pregunta 6
Una alimentación de 23% molar de benceno y tolueno, se destila mediante una destilación instantánea hasta obtener un destilado que contiene 45% de las moles totales de la alimentación. Calcúlese la cantidad del residuo y su composición. Usar los datos de equilibrio de pregunta 3. Datos F=100 Zf=0,23 D=45 Yd=? W=55 Xw=?
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
0,2
0,4
( ) Xw=0,16 Yd=0,319
8
0,6
0,8
1
Pregunta 7
Una mezcla de propanol en agua de composición 0,45, en fracción molar de propanol se somete a destilación instantánea. La operación se detiene cuando la concentración del calderin es 0,25 molar de propanol Calcular a) la concentración del vapor separado. b) la concentración del líquido residual. Obtener los datos de equilibrio, a partir de la tabla de presiones de vapor o la ecuación de antoine. Datos F=100 Zf=0,45 D=? Yd=? W=? Xw=0,25
PROPANOL(A) AGUA(B)
A 7,6192 7,96687
TA TB
97,2027184 99,9967555
T 97,2027184 97,5 98 98,5 99 99,5 99,9967555
PA 760,000001 768,532837 783,060603 797,811738 812,788805 827,994383 843,330151
9
B 1375,14 1668,21
PB 687,251715 694,705721 707,394064 720,274221 733,348431 746,618948 760
C 193,01 228
P(mmHg) X 0,999999982 0,884421371 0,695233804 0,512342674 0,335491488 0,164436009 0
760 Y 0,99999998 0,89435114 0,71632921 0,53783289 0,35879438 0,17914749 0
100,5
100
99,5
99
98,5
98
97,5
97 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1
1,2
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 0
10
0,2
0,4
0,6
0,8
Del grafico Yd=0,32
Pregunta 8
Un total de 100 Kmol de una mezcla que tiene una composición 70% de heptano y 30% de octano debe separarse en un equipo de destilación flash que opera a presión atmosférica. ¿Cuál será la composición del destilado, cuando se obtiene 60 kmol de vapor? calcular la concentración residual en el calderin Obtener los datos de equilibrio, a partir de la tabla de presiones de vapor o la ecuación de antoine. Datos F=100 Zf=0,70 D=60 Yd=? W=40 Xw=?
HEPTANO(A) OCTANO(B)
A 6,89385 6,9094
TA TB
98,4296689 125,675456
T 98,4296689 100 105 110 115 120 125 125,675456 11
PA 760,000001 795,638753 917,891372 1054,30485 1205,94258 1373,89462 1559,27493 1585,71613
B 1264,37 1349,82
PB 334,371203 351,954464 412,928202 482,047751 560,058619 647,737708 745,891855 759,999994
C 216,636 209,385
P(mmHg) X 0,999999998 0,919675423 0,687321013 0,485712194 0,309562386 0,154597842 0,017345019 0
760 Y 1 0,96280185 0,83011319 0,67380095 0,49120324 0,27947519 0,03558639 0
140
120
100
80
60
40
20
0 0
0,2
0,4
0,6
( ) DEL GRAFICO
Xw=0,76 Yd=0,56
12
0,8
1
1,2
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Pregunta 9
Una alimentación de 20% molar de benceno en tolueno se destila en una operación por cargas (por lotes), hasta que el producto de fondo tiene una composición media de 15% molar de benceno. Calcúlese la cantidad de destilado y residuo suponiendo α=2,5
Datos F=100 Zf=0,20 D=? Yd=? W=? Xw=0,15 α=2,5
)+ )+
……….(1)
13
W=75,2789
D=24,72
Pregunta 10
Una alimentación de 20% molar de benceno en tolueno se destila en una operación por cargas (por lotes), con el fin de obtener un destilado con una composición media de 35% molar de benceno, Calcúlese la cantidad de residuo suponiendo α=2,5 Datos Datos F=100 Zf=0,20 D=? Yd=? W=? Xw=0,35 α=2,5
)+ )+
……….(1)
Si Xw = 0,15
)+
14
W=74,6118
D=25,3881
Si Xw = 0,18
)+
( ) D=10,5482
Xw 0,15 X 0,18
Yd 0,3469 0,35 0,3706
Interpolando Xw = 0,1539 Pregunta 11
Una mezcal que contiene 60 moles de benceno y 40 moles de tolueno se somete a una destilación diferencial por cargas bajo tres condiciones diferentes, a la presión de 1atm: Utilizando α=2,43 determínese la composición del destilado y del residuo para
cada uno de los casos. a) Hasta que el residuo en el calderin contiene un 15% en moles de benceno b) Hasta que se evaporan 40 moles de alimentación.
15
Datos F=100 Zf=0,6 D=? Yd=? W=? Xw=0,15 α=2,43
)+ )+ ……….(1)
W=10,5360
D=89,4639
b) D=40 W=60
Xw=?
)+ )+ )+ ……….(1)
Prueba de error 16
Xw 0,5 X 0,49
ln(F/W) 0,5066 0,5108 0,5544
Xw=0,49912 Pregunta 12
Una mezcla de benceno y tolueno de composición de 0,45 en fracción molar de benceno se somete a una destilación diferencial a presión atmosférica. La operación se detiene cuando la concentración del calderin es 0,15 molar de benceno. Calcular a) La concentración el vapor separado b) La composición del líquido residual Considerar que la volatilidad relativa es constante e igual a 2,45 Datos F=100 Zf=0,45 D=? Yd=? W=? Xw=0,15 α=2,45
)+ )+ ……….(1)
1,4932 W=22,4652
D=77,5348
b) Xw=0,15 17
Pregunta 13
Una mezcla 60% de isopropanol en agua ha de destilarse a 1 atm mediante una destilación simple discontinua hasta que el residuo líquido que queda en la caldera del destilador tiene una concentración de 20% (sobre una base molar) ¿Cuáles será la composición del destilado recogido? Datos F=100 Zf=0,60 D=? Yd=? W=? Xw=0,20
XA 0 0,2195 0,462 0,5242 0,5516 0,5926 0,6821 0,7421 0,916
XB 0 0,0118 0,0841 0,1978 0,3496 0,4525 0,6794 0,7693 0,9442
∫
X 0,2 0,2195 0,462 0,5242 0,5516 0,5926 0,6
( ) W=492,010
D=-392,010
18
Y 0,01075 0,0118 0,0841 0,1978 0,3496 0,4525 0,4712
1/(Y-X) -5,2840158 -4,8146364 -2,6462026 -3,0637254 -4,9504950 -7,1377587 -7,7639751 AREA
AREA -0,0984618 -0,9046267 -0,1775787 -0,1097948 -0,2478092 -0,0551364 -1,5934078
Pregunta 14
Un total de 100 kmol de una mezcla que contiene una composición 70% de heptano y 30 % de octano debe separarse en un equipo de destilación diferencial que opera a 14,4 psia. ¿Cuál será la composición del destilado cuando la concentración residual en el calderin es de 20% molar de heptano? Usar los datos de equilibrio de la pregunta 8 Datos F=100 Zf=0,70 D=? Yd=? W=? Xw=0,20
DATOS DE EQUILIBRIO
X 0 0,0173545 0,15459 0,30956 0,4857 0,6873 0,91967 1
Y 0 0,03558 0,27947 0,4912 0,6738 0,83011 0,962801 1
∫
x
y
1/y-x
AREA
…. ……
……. ……
…… ……
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0,3415 0,4912 0,5849 0,6848 0,7624 0,83736
7,06713781 5,23012552 5,40832883 5,41125541 6,15763547 7,28013978 AREA
…. ….. …..
( ) 19
0,92045016 0,49841159 0,54043823 0,44887297 0,50364782 2,91182076
W=5,4374
D=94,5626
Pregunta 15
Una mezcla que contiene 0,30 fracción molar de fenol en agua se somete a destilación discontinua a 760 torr.se destila hasta que la concentración del residuo es 0,05 fracción molar de fenol. ¿Cuál es la concentración del destilado? Los datos del equilibrio liquido-vapor son: Datos F=100 Zf=0,30 D=? Yd=? W=? Xw=0,05
X 0,0154 0,0495 0,0687 0,0773 0,1963 0,2844 0,3973 0,8299 0,8995 0,9338 0,9574
Y 0,411 0,7972 0,8279 0,8485 0,8991 0,9105 0,9115 0,9186 0,9277 0,9419 0,9564
∫ 20
x
y
1/y-x
…… ……
…… ……
…… …..
0,05 0,0773 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
0,79799 0,8485 0,8581 0,8794 0,89957 0,90604 0,91063
1,3369163 1,2966805 1,3190872 1,3709899 1,4294495 1,5242973 1,6376529 AREA
AREA
0,0359486 0,029689 0,0672519 0,070011 0,0738437 0,0790488 0,3557929
( ) W=70,05705
D=29,9429
Pregunta 16
Se desea destilar 250 Kg mol de una mezcla de de ácido acético y agua que tiene una composición de 0,2 en fracción mol de acido acético. Para ello se introducirá en una caldera y se destilara a la presion de 1 atm hasta que en la caldera el liquido residual contenga 80% del acido acético en mol. Determinar la cantidad del y residuo final. Datos F=250 Zf=0,20 D=? Yd=? W=? Xw=0,80
X 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,1
Y 0 0,181 0,327 0,448 0,555 0,649 0,737 0,813 0,875 0,9341 1 21
x
y
1/y-x
AREA
…. ….
…. ….
….. …..
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0,327 0,448 0,555 0,649 0,737 0,813 0,875
7,87401575 6,75675676 6,4516129 6,7114094 7,29927007 8,84955752 13,3333333 AREA
…. …. ….
0,73153863 0,66041848 0,65815111 0,70053397 0,80744138 1,10914454 4,66722812
∫
( ) 0,8542 W=2,3494
D=247,6505
Pregunta 17
Un tanque contiene una mezcla equimolar de tolueno y n-heptano para separarlos se carga la mezcla (que contiene 50% de n-heptano) en una sencilla caldera de destilación diferencial a 1 atm a) ¿Cuál es la composición del destilado acumulado si la operación se detiene cuando la concentración del calderin es 20% molar de heptano? b) Cuando ha destilado la mitad de la alimentación. ¿Cuál es la composición del residuo y del destilado acumulado? ¿ que porcentaje del material original ha destilado? A) Datos F=100 Zf=0,50 D=? Yd=? W=?
Xw=0,20
22
X 0,025 0,062 0,129 0,185 0,235 0,25 0,286 0,354 0,412 0,448 0,455 0,497 0,568 0,58 0,692 0,843 0,95 0,976
Y 0,048 0,107 0,205 0,275 0,333 0,349 0,396 0,454 0,504 0,541 0,54 0,577 0,637 0,647 0,742 0,864 0,948 0,976
X
Y
1/Y-X
AREA
0,2 0,25 0,286 0,354 0,412 0,448 0,455 0,497 0,5
0,2924 0,349 0,396 0,454 0,504 0,541 0,54 0,577 0,5795
10,822511 10,10101 9,0909091 10 10,869565 10,752688 11,764706 12,5 12,578616 AREA
0,523088 0,3454545 0,6490909 0,6052174 0,3892006 0,0788109 0,5095588 0,0376179 3,1380391
∫
( ) 3,13803 1,4671 W=4,3366
D=95,6634
23
B) F=100 Zf=0,50 D=50 Yd=? W=50
Xw=?
∫ ( ) ∫ ∫ X 0,025 0,062 0,129 0,185 0,235 0,25 0,286 0,354 0,412 0,448 0,455 0,497 0,568 0,58 0,692 0,843 0,95 0,975
Y 0,048 0,107 0,205 0,275 0,333 0,349 0,396 0,454 0,504 0,541 0,54 0,577 0,637 0,647 0,742 0,864 0,948 0,976
X 0,235 Xw 0,25
AC 1,0247 0,6931 0,51707
24
1/y-x 43,4782609 22,2222222 13,1578947 11,1111111 10,2040816 10,1010101 9,09090909 10 10,8695652 10,7526882 11,7647059 12,5 14,4927536 14,9253731 20 47,6190476 -500 1000
AREA
AC
0,65453216 0,8130117 0,5968254 0,50762729 0,14393939 0,34363636 0,70956522 0,62704535 0,40531309 0,08492647 0,56684783 1,0443435 0,20955224 3,78666667 -34,154769 26,75
1,0247015 0,5170742 0,3731348 0,0294985 -0,680067 -1,307112 -1,712425 -1,797352 -2,364199 -3,408543 -3,618054 -7,404769 26,75
Xw=0,2447
Pregunta 18
Una mezcla que contiene 15 moles de fenol en agua se somete a destilación discontinua diferencial a 260 torr hasta que el destilado total contiene el 90% de las moles iniciales ¿cuál es la concentración del destilado y del residuo? Los datos de equilibrio liquido-vapor a 260 Torr F=100 Zf=0,15 D=90 Yd=? W=10
Xw=?
∫ ( ) ∫ ∫ Pregunta 19
Una carga de 70 moles de benceno y tolueno se somete a destilación discontinua diferencial a la presión atmosférica. Determínese las composiciones del destilado y del residuo cuando ha destilado las dos terceras partes de masa original. Supóngase que la mezcla toma una disolución ideal y que son aplicables las leyes de raoult y de Dalton con la ecuación antoine. Datos F=100 Zf=0,70 D=66,6667 Yd=? W=33,3333
Xw=?
25
A 6,90565 6,95464
BENCENO(A) TOLUENO(B) TA TB
B 1211,033 1344,8
C 220,79 219,482
80,0999934 110,62534
T 80,0999934 85 90 95 100 105 110,62534
PA 760 881,6738 1020,9913 1176,8431 1350,4913 1543,2288 1784,5357
PB 292,22588 345,1108 406,73785 476,87177 556,32192 645,93412 760
X 0,8717972 0,6754365 0,5046809 0,3565086 0,2269913 0,1113342 0
Y 0,8717972 0,7835719 0,6779932 0,5520457 0,403355 0,2260713 0
AREA
Ac
∫ () ∫ ∫ X 0 0,1113342 0,2269913 0,3565086 0,5046809 0,6754365 0,8717972
Y 0 0,2260713 0,403355 0,5520457 0,6779932 0,7835719 0,8717972
Xw 0,6754365 Xw 0,5046809
A 0,907939 1,0987 2,190108
26
1/y-x 0 8,71557674 5,67010105 5,11411901 5,76993093 9,24766543 0
0,83190289 0,69837153 0,80635736 2,99646572 1,28216934 2,19010837 0,90793903 0,90793903
Xw = 0,65
Pregunta 20
Se alimenta al sistema propuesto 100 moles de una mezcla al 50% en peso de acetona (PM=58) y 50% de cloroformo (PM=119,5) (carga inicial F) se somete a destilación diferencial hasta q se ha evaporado la mitad de los moles (50). Calcular la composición del destilado obtenido Usar los datos de equilibrio de pregunta 4
m(g) ACETONA 50 CLOROFORMO 50 100
T 56,2870519 57 58 59 60 61 61,7370078
PA 760 778,67454 805,48453 833,02719 861,31676 890,36761 912,27408
M(g/mol) 58 119,5
PB 635,00569 650,36377 672,39785 695,01648 718,23037 742,05028 760
Datos F=100 Zf=0,6732 D=50 Yd=? W=50
Xw=?
∫ ( ) ∫ 27
n(mol) x 0,86206897 0,67323944 0,41841004 0,32676056 1,28047901
P(mmHg) X 0,9741529 0,8237957 0,6347489 0,4541558 0,2816234 0,1178777 0
760 Y 0,9741529 0,8440378 0,6727374 0,4977949 0,3191671 0,138098 0
∫ X 0
Y 0
1/Y-X 0
AREA AC 2,91483379
0,117877715 0,138098
49,4552137 6,22977701
0,281623419 0,3191671
26,635662
0,45415581
22,9152244 4,4461114
0,4977949
4,27456646
0,634748947 0,6727374
26,3237607 7,15785193
0,823795694 0,8440378
49,4019743 3,7139722
0,974152932 0,974152932 0
Xw 0,9741 Xw 0,82379
Ac 0 0,6931 3,7139
Xw=0,9460
28
3,7139722 0
