procesos de separacion

PROBLEMA 9.4 LOS DATOS VAPOR LIQUIDO EN EL EQUILIBRIO A 1 ATM ABS,LOS CALORES DE SOLUCION, LAS CAPACIDADES CALORIFICAS Y LOS CALORESLATENTES DE EVAPORACION PARA EL SISTEMA "ACETONA-AGUA" SON:

0.0000 0 0.000 100.000 4.187 18.0160 18.0160 2.452 849.00.0100 -95.8 0.253 91.700 4.179 18.4166 28.1522 2.425 866.00.0200 -188.4 0.425 86.600 4.162 18.8173 35.0432 2.408 876.40.0500 -447.3 0.624 75.700 4.124 20.0192 43.0159 2.372 898.60.1000 -668.7 0.755 66.600 4.020 22.0224 48.2643 2.343 917.20.1500 -770 0.798 63.400 3.894 24.0256 49.9871 2.333 923.70.2000 -786 0.815 62.200 3.810 26.0288 50.6682 2.329 926.10.3000 -719 0.830 61.000 3.559 30.0352 51.2691 2.326 928.60.4000 -509 0.839 60.400 3.350 34.0416 51.6297 2.324 929.80.5000 -350.1 0.849 60.000 3.140 38.0480 52.0303 2.323 930.60.6000 -252.6 0.859 59.500 2.931 42.0544 52.4310 2.321 931.60.7000 -179.3 0.874 58.900 2.763 46.0608 53.0319 2.319 932.90.8000 -124.2 0.898 58.200 2.554 50.0672 53.9935 2.317 934.30.9000 -69.6 0.935 57.500 2.387 54.0736 55.4758 2.315 935.70.9500 -37.7 0.963 57.000 2.303 56.0768 56.5976 2.314 936.71.0000 0 1.000 56.500 2.22 58.0800 58.0800 2.312 937.7

T, °C T, °C T, °F T, °C20.0 2.22 1013 20 0.99947 4.185 70 1054.048 21.137.8 2.26 976 38 0.99864 4.181 100 1037.101 37.865.6 2.34 917 66 1.00079 4.190 150 1008.15 65.693.3 2.43 863 93 1.00574 4.211 200 977.91 93.3

100.0 850 100 1.00763 4.219 212 970.33 100.0

CALCULE LAS ENTALPIAS DE LOS LIQUIDOS Y VAPORES SATURADOS CON LARELACION ACETONA-AGUA A 15 ºC Y GRAFIQUE EL DIAGRAMA DE ENTALPIACONCENTRACION, A 1 atm abs. TENGASE PRESENTE LO ANTERIOR PARAUTILIZARLO EN LOS PROBLEMAS 9.5, 9.6 Y 9.9

x fracción mol de acetona en el líquido

Calor int. De sol. A 15 °C, kJ/kmol sol

y* fracción mol en equil. De acetona en el vapor

temperatura vapor líquido °C

Capac. Calor. A 17.2 °C, kJkg sol, °C

Peso molecular de

la mezcla kg/kmol (liq)

Peso molecular de

la mezcla kg/kmol (vap) cap calor

acetona, kJ/kg.°C

Calor lat. De evap., kJ/kg

cap calor acetona, kJ/kg.°C


cap calor agua, cal/g °C

cap calor agua, kJ/kg °C

Calor lat. De evap. agua, Btu/lb

E24

Gustavo: tabla 3.176 perry seg. ediciónl

F24


H24

Gustavo: tabla 3.276 perry

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0f(x) = 2612.64 x³ − 6302.45 x² + 5590.13 x − 1900.36R² = 0.999925097895852

0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0f(x) = − 85261.64 x³ + 53995.14 x² − 11356.55 x + 7.526832R² = 0.999481677197054

10.020.0

30.040.0

50.060.0

70.080.0

90.0100.0

2.1

2.2

2.3

2.4 f(x) = − 0.00000009734 x³ + 0.0000258387 x² + 0.00100532 x + 2.190337R² = 1

Capacidad Calorifica de la acetona a 17.2 °C, kJkg sol, °C

Axis Title

Axis Title

0.020.0

40.060.0

80.0100.0

120.0750800850900950

10001050

f(x) = − 2.03912995425042 x + 1052.95849130222R² = 0.99967322891518

Calor latente de evaporación de la acetona en kJ/kg

Axis Title

Axis Title

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1104.160

4.170

4.180

4.190

4.200

4.210

4.220

4.230

Column F

Axis Title

Axis Title

0.020.0

40.060.0

80.0100.0

120.02150.02200.02250.02300.02350.02400.02450.02500.0

f(x) = − 0.00185717 x² − 2.24058029 x + 2499.83244R² = 0.999997048686024

Calor latente de evap. Agua kJ/kg

Axis Title

Axis Title

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1104.160

4.170

4.180

4.190

4.200

4.210

4.220

4.230

Column F

Axis Title

Axis Title

0.020.0

40.060.0

80.0100.0

120.02150.02200.02250.02300.02350.02400.02450.02500.0

f(x) = − 0.00185717 x² − 2.24058029 x + 2499.83244R² = 0.999997048686024

Calor latente de evap. Agua kJ/kg

Axis Title

Axis Title

Hliq kJ/kg Hvap kJ/kg Hliq kJ/kmol Hvap kJ/kmol4.2185 2257.17444 0.000000 0.000000 346.68 2606.47 6245.85 46916.414.2100 2278.7307186 0.031537 0.521957 306.13 1785.55 5637.97 50215.054.2052 2291.8490304 0.061730 0.704388 278.83 1498.79 5246.84 52463.004.1962 2319.5618226 0.145061 0.842523 218.91 1277.95 4382.41 54904.874.1902 2342.3596704 0.263731 0.908547 168.22 1171.59 3704.68 56473.534.1885 2350.3032864 0.362613 0.927197 147.85 1141.57 3552.27 56989.774.1878 2353.2723216 0.446275 0.934220 141.25 1130.33 3676.64 57196.874.1872 2356.236 0.580119 0.940262 131.95 1120.59 3963.01 57376.584.1870 2357.7158304 0.682459 0.943820 129.77 1114.93 4417.50 57487.784.1868 2358.70164 0.763246 0.947715 125.19 1108.86 4763.25 57618.264.1865 2359.933065 0.828641 0.951550 117.97 1102.84 4961.36 57746.364.1863 2361.4095474 0.882659 0.957195 111.32 1094.05 5127.66 57942.504.1860 2363.1304176 0.928033 0.965966 102.23 1080.52 5118.58 58263.134.1857 2364.849465 0.966682 0.978891 94.91 1060.76 5132.06 58767.224.1855 2366.07624 0.983936 0.988222 90.99 1046.52 5102.30 59149.804.1853 2367.302085 1.000000 1.000000 87.25 1028.61 5067.25 59659.50

2451.82412.42345.02274.72257.1


calor lat evap agua

x fracción peso acetona líquido

y fracción peso acetona, vapor

Calor lat. De evap. agua, kJ/kg

J6


J24

Gustavo: tabla 3.276 perry

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1104.160

4.170

4.180

4.190

4.200

4.210

4.220

4.230

Column F

Axis Title

Axis Title

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

Fracción peso de acetona

Enta

lpía

kJ/

kg

Diagrama de equilibrio Entalpía contra concentración.Sistema Acetona-Agua a 760 mm Hg. kJ/kg vs f. peso

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.00000.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

f(x) = − 1090.51 x⁶ + 3601.92 x⁵ − 4316.32 x⁴ + 2290 x³ − 542.696 x² + 14.2643 x + 99.9989R² = 0.999726766677254

f(x) = 3441.54 x⁶ − 11728.3 x⁵ + 15638.8 x⁴ − 10315.3 x³ + 3499.31 x² − 577.194 x + 97.9864R² = 0.995583389296097

Axis Title

Axis Title

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000


Enta

lpía

kJ/

kg


0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1.0000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Fracción mol de acetona

Enta

lpía

kJ/

kmol

Diagrama de equilibrio Entalpía contra concentración.Sistema Acetona-Agua a 760 mm Hg. kJ/kmol vs f. mol

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000


Enta

lpía

kJ/

kg


0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1.0000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Fracción mol de acetona

Enta

lpía

kJ/

kmol

Diagrama de equilibrio Entalpía contra concentración.Sistema Acetona-Agua a 760 mm Hg. kJ/kmol vs f. mol

Se van a fraccionar diez mil libras por hora de una solución de acetona agua, que contiene 25 %en peso de acetona, a 1 atm de presión. Se desea recuperar 99.5 % de la acetona en el destilado auna concentración de 99.0 % en peso. La alimentación se va a tener a 26.7 °C (80 °F) y se va aprecalentar mediante un intercambio de calor con el producto residual del fraccionador, que a suvez se va a enfriar a 51.7 °C (125 °F). Los vapores destilados se van a condensar y enfriar a 37.8 °Cmediante agua de enfriamiento que entra a 26.7 °C y sale a 40.6 °C. El reflujo se va a regresar a37.8 °C con una relación de reflujo Lo/D = 1.8. Se va a utilizar vapor vivo, a 70kN/m2, en la base dela torre. La torre va a estar aislada para reducir la pérdida calorífica a valores despreciables. Laspropiedades físicas se dan en el problema 9.4. Calcule:a) El flujo y composición del destilado y reflujo, por hora.b) La carga calorífica del condensador y el flujo de agua de enfriamiento, por hora.c) El flujo del vapor y del residuo y la composición del residuo, por hora.d) La entalpía de la alimentación al entrar en la torre y su condición (expresada cuantitativamente)e) El número de platos ideales requeridos si la alimentación se introduce en la óptima ubicación.Utilizar papel para graficar grande y un lápiz afilado. Resp. 13.1f) El flujo, kg/h, del líquido y del vapor en el plato superior, en x= 0.6, 0.1, 0.025 y en el plato inferior. Para una torre de diámetro uniforme, las condiciones del plato que controla el diámetro, si el criterio en un límite del 75 % a la inundación.

10000 lb/h25 % acetonaTa= 26.7 °C

Se recupera el 99.5 % de la acetonaxD= 99 %TD = 37.8 °CTR2 = 51.7 °C

TLo= 37.8 °CLo/D = 1.8

Agua de enfriamientoTE = 26.7 °CTS = 40.6 °C

Vapor a 70 kN/m2

0.0000 0 0.000 100.000 4.187 18.0160 18.01600.0100 -95.8 0.253 91.700 4.179 18.4166 28.15220.0200 -188.4 0.425 86.600 4.162 18.8173 35.04320.0500 -447.3 0.624 75.700 4.124 20.0192 43.01590.1000 -668.7 0.755 66.600 4.020 22.0224 48.26430.1500 -770 0.798 63.400 3.894 24.0256 49.98710.2000 -786 0.815 62.200 3.810 26.0288 50.66820.3000 -719 0.830 61.000 3.559 30.0352 51.26910.4000 -509 0.839 60.400 3.350 34.0416 51.62970.5000 -350.1 0.849 60.000 3.140 38.0480 52.03030.6000 -252.6 0.859 59.500 2.931 42.0544 52.43100.7000 -179.3 0.874 58.900 2.763 46.0608 53.03190.8000 -124.2 0.898 58.200 2.554 50.0672 53.99350.9000 -69.6 0.935 57.500 2.387 54.0736 55.47580.9500 -37.7 0.963 57.000 2.303 56.0768 56.59761.0000 0 1.000 56.500 2.22 58.0800 58.0800


Calor int. De sol. A 15 °C, kJ/kmol sol

y* fracción mol en equil. De acetona en el vapor

temperatura vapor líquido °C

Capac. Calor. A 17.2 °C, kJkg sol, °C

Peso molecular de

la mezcla kg/kmol (liq)

Peso molecular de la mezcla kg/kmol

(vap)

0.9600 0.9800 1.00001000.001010.001020.001030.001040.001050.001060.001070.001080.001090.00

Axis Title

Axis Title

Alimentación: Flujo de aguaF= 10000 lb/h

4536 kg/h TE=Ta= 26.7 °C TS=xa= 25 % peso Cp H20

AcetonaF*xa= 1133.99 kg/h de acetona en la alimentación Qagua=QC = Wcp(TS-TE)Acetona al destilado W=QC/cp(TS-TE) =F*xa*0.995= 1128.32 kg/h de acetona en el destiladoAcetona en el residuoF*xa-F*xa*0.995= 5.67 kg/h de acetona en el residuo Balance de calor a la alimentación

Flujo de destiladoxD= 99 % peso de acetona en el destiladoD*xD = F*xa*0.995 Carga del rehervidorD = F*xa*0.996/xD = 1139.72 kg/h de destilado

QB=D*HD + R*HR + QC + F*HFFlujo de ResiduoR = F-D = 3396 kg/h de residuo Vapor

P=xR= F*xa-F*xa*0.995/R 0.001669 f. pesoxR = 0.1669 % peso acetona en el residuo

ReflujoRD = Lo/D = 1.8Lo = RD*D= 2051.50 kg/h de reflujo p

composición y temperatura igual al destilado 2030

Carga al condensador 25.2

QC= D[(RD+1)*HG1-RD*HLo-HD] Calor latente del vapor

Para y1 = xD = xLo 0.99 f. peso

HG1= 1044 kJ/kgHD saturación 88.8 kJ/kgTD saturación 56.8 °CTD 37.8 °CCp 2.27 kJ/kg sol °CHD=Hlo=HD sat - cp(TDsat-TD)= 45.67 kJ/kg

QC= 3185886.1 kJ/h760935.822 Kcal/hr

Hliq kJ/kg Hvap kJ/kg2.452 849.0 4.2185 2257.17444 0.000000 0.000000 346.68 2606.472.425 866.0 4.2100 2278.73072 0.031537 0.521957 306.13 1785.552.408 876.4 4.2052 2291.84903 0.061730 0.704388 278.83 1498.792.372 898.6 4.1962 2319.56182 0.145061 0.842523 218.91 1277.952.343 917.2 4.1902 2342.35967 0.263731 0.908547 168.22 1171.592.333 923.7 4.1885 2350.30329 0.362613 0.927197 147.85 1141.572.329 926.1 4.1878 2353.27232 0.446275 0.934220 141.25 1130.332.326 928.6 4.1872 2356.236 0.580119 0.940262 131.95 1120.592.324 929.8 4.1870 2357.71583 0.682459 0.943820 129.77 1114.932.323 930.6 4.1868 2358.70164 0.763246 0.947715 125.19 1108.862.321 931.6 4.1865 2359.93307 0.828641 0.951550 117.97 1102.842.319 932.9 4.1863 2361.40955 0.882659 0.957195 111.32 1094.052.317 934.3 4.1860 2363.13042 0.928033 0.965966 102.23 1080.522.315 935.7 4.1857 2364.84947 0.966682 0.978891 94.91 1060.762.314 936.7 4.1855 2366.07624 0.983936 0.988222 90.99 1046.522.312 937.7 4.1853 2367.30209 1.000000 1.000000 87.25 1028.61

cap calor acetona, kJ/kg.°C



calor lat evap agua

x fracción peso acetona líquido

y fracción peso acetona, vapor

0.9600 0.9800 1.00001000.001010.001020.001030.001040.001050.001060.001070.001080.001090.00

Axis Title

Axis Title

0.9000 0.9500 1.000075.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

105.00

Axis Title

Axis Title

0.9000 0.9500 1.000055.500

56.000

56.500

57.000

57.500

58.000

58.500

Axis Title

Axis Title

0.9000 0.9500 1.00002.000

2.100

2.200

2.300

2.400

2.500

2.600

Axis Title

Axis Title

K49


0.9000 0.9500 1.000055.500

56.000

56.500

57.000

57.500

58.000

58.500

Axis Title

Axis Title

0.9000 0.9500 1.00002.000

2.100

2.200

2.300

2.400

2.500

2.600

Axis Title

Axis Title

Flujo de agua

26.7 °C40.6 °C

4.184 kJ/kg °C0.9993 Kcal/kg

Qagua=QC = Wcp(TS-TE)W=QC/cp(TS-TE) = 54780.22 kg/h

Balance de calor a la alimentación

Carga del rehervidor

QB=D*HD + R*HR + QC + F*HF

70 kN/m270000 Pa

0.7138 kg/cm210.492525.1925 lb/plg2

t hl hv227.96 196.27 1156.3250.34 218.9 1164.1

239 207.5 1160.2

Calor latente del vapor 952.7 Btu/lb529.28 kcal/kg

2215.99474 KJ/kg

Hliq kJ/kmol Hvap kJ/kmol

6245.85 46916.415637.97 50215.055246.84 52463.004382.41 54904.873704.68 56473.533552.27 56989.773676.64 57196.873963.01 57376.584417.50 57487.784763.25 57618.264961.36 57746.365127.66 57942.505118.58 58263.135132.06 58767.225102.30 59149.805067.25 59659.50

Hliq kJ/kg Hvap kJ/kg0.0000 346.6836 2606.467480.0100 306.134343 1785.552510.0200 278.830726 1498.785850.0500 218.91045 1277.94710.1000 168.223462 1171.588250.1500 147.853652 1141.572070.2000 141.25268 1130.327380.3000 131.945621 1120.59470.4000 129.767706 1114.92940.5000 125.190465 1108.859870.6000 117.974794 1102.837660.7000 111.323674 1094.050130.8000 102.234229 1080.523350.9000 94.9088748 1060.7650.9500 90.987741 1046.520091.0000 87.246 1028.61203


procesos de separacion

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