UNIVERSIDAD VERACRUZANA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS DE ORIZABA

INGENIERA QUMICA

EXPERIENCIA EDUCATIVA: OPERACIONES DE TRANSFERENCIA MASA II

PROBLEMAS

HERRERA PERALTA

CELIC

BELLO CASTILLO

JENNIFER

RENDON GUTIERREZ

FATIMA

S11005196

S11005104

S11005146

Responsable de la E.E: Lzaro Rafael Melo

Gonzlez

FCQ-Orizaba

Orizaba, Veracruz

MAYO,2014

CAPTULO 2

EJEMPLO 2-2. Evaporacin instantnea de varios componentes

Una cmara de evaporacin instantnea opera a 50C y 200 kPa para separar 1000 kgmol/h de una

alimentacin que contiene 30% mol de propano, 10% mol de n-butano, 15% mol de n-pentano y

45% mol de n-hexano. Determine las composiciones y los flujos de los productos.

A. Defina. Calcule x., V y L para la cmara de evaporacin instantnea en equilibrio que se

muestra en el diagrama.

B. Explore. Como Ttamb y ptamb son datos, entonces se puede usar una solucin secuencial.

Usaremos la ecuacin de Rachford-Rice para despejar V/F y a continuacin calcular X, yi, L

y V.

C. Planee. Calcule K. con las grficas de DePriester, o con la ecuacin (2-30).

ln K = aT1/T2 + aT2/'T + aT6 + ap1 ln p + ap2/p2 + ap3/p

Use convergencia de Newton con la ecuacin, (

)

+1= (

)

/ [

( )

]

de Rachford-Rice, para llegar al valor correcto de V/F. Una vez encontrada V/F, calcule x.

con la ecuacin =

1+(1)

i = 1, C y con la ecuacin =

1+(1)

= 1, . Calcule

V con V/F y L del balance general de masa, ecuacin F = V + L

D. Hgalo. De acuerdo con la grfica de DePriester, a 50C y 200 kPa, se determinan los

siguientes valores:

K1 = 7.0 C3

K2 = 2.4 n-C4

K3 = 0.80 n-C3

K4 = 0.30 n-C6

Calculo de f (V/F) con la ecuacin de Rachford-Rice:

Segundo tanteo:

(

()

) 0.29 = 1.891

con lo que se llega a (V/F)3 = 0.29 + 0.329/1.891 = 0.46

Y la ecuacin de Rachford-Rice es f(0.46) = 0.066. Eso se acerca ms, pero V/F sigue siendo

demasiado baja. Continuar la convergencia.

Tercer tanteo:

(

()

) 0.46 = 1.32

con la que resulta (V/F)4 = 0.46 + 0.066/1.32 = 0.51.

Calculamos f(0.51) = 0.00173, que es muy cercano y queda dentro de la exactitud de las cartas

de DePriester. Por consiguiente, V/F = 0.51.

=

1 + (1 1)

= 0.30

1 + (7.0 1)(0.51)= 0.0739

Y1 = K1 X1 = (7.0) (0.0739) = 0.5172

Mediante clculos similares, se encuentra que:

x2 = 0.0583, y2 = 0.1400

x3 = 0.1670, y3 = 0.1336

x4 = 0.6998, y4 = 0.2099

Como F = 1000 y V/F = 0.51, V - 0.51F = 510 kg mol/h, y L = F - V = 1000 - 510 = 490 kg mol/h.

E. Compruebe. Podemos comprobar y1 y xi:

= 0.999, = 1.0007

4

=1

4

=1

EJEMPLO 4.2

Calcular la pendiente de la lnea de alimentacin para los casos siguientes:

a) Una alimentacin de dos fases, con 80% en forma de vapor, a las condiciones de la

columna.

Solucin. La pendiente es q/(q - 1), donde q = (L bajo dela alimentacin - L arriba de la alimentacin)/F (se

podran haber usado otras ecuaciones). Para una alimentacin en dos fases la situacin es la

siguiente:

Lo que concuerda con la figura 4-10.

b) Una alimentacin de vapor sobrecalentado, donde 1 mol de lquido se evapora en la etapa

de alimentacin, por cada 9 moles de alimentacin que entran.

Solucin. Ahora la situacin es la que representa la siguiente figura.

Cuando entra la alimentacin, algo de lquido debe hervir para enfriarla. As,

= L - cantidad evaporada, v

Y la cantidad evaporada es v = (1/9)F.

As,

=

=

19

=

19

=

1

9

PENDIENTE =

1=

1

9

1

9 1

=

1

9

10

9

= 1

10

que concuerda con la figura 4-10.

c) Una alimentacin lquida subenfriada 35F. La capacidad calorfica promedio del lquido es 30

Btu/lbmolF, y = 15,000 Btu/lbmol.

Solucin. Aqu, la alimentacin debe condensar algo de vapor. Entonces, la situacin se puede

representar como sigue:

= L + F + c, donde c es la cantidad condensada.

Como la columna est aislada, la fuente de energa para calentar la alimentacin hasta su punto

de ebullicin es el vapor condensante.

F Cp () = c

Donde = TPEb TF = 35F

entonces,

c = ()

F

(30)(35)

15,000 = 0.07

q =

=

+ +0.07

= 1.07

PENDIENTE =

1=

1.07

1.071= 15.29

Esto concuerda con la figura 4-10. No obstante la gran cantidad de subenfriamiento, la lnea de

alimentacin se aproxima bastante a la vertical y los resultados sern parecidos a los de un lquido

saturado. Si el dato es TF en lugar de T, se debe estimar TPEb. Eso se hace con una grfica de

temperatura-composicin (figura 2-3), de entalpia-composicin (figura 2-4), o bien con un clculo

de punto de burbuja (seccin 6.4). d) Una mezcla de etanol y agua, formada por 40% mol de

etanol, se alimenta a 40C. La presin es 1.0 kg/cm2.

Solucin. Ahora podemos aplicar la ecuacin (4-17):

q ~

Los datos de entalpia se toman de la figura 2-4. Para usar esa figura debemos pasar tener los

valores de composicin en fraccin en peso. La fraccin mol 0.4 es fraccin en peso 0.63.

Entonces, de la figura 2-4,

h F(0.63,40C) = 20 kcal/kg

El vapor (representado por H) y el lquido (representado por h) estarn en equilibrio en la etapa de

alimentacin. Se desconocen las concentraciones de la etapa de alimentacin. Al comparar los

lugares de etapa de alimentacin en las figuras 4-8 A,4-8B y 4-8C, se ve que las concentraciones de

lquido y vapor, en la etapa de alimentacin, pueden ser muy diferentes y en general no son

iguales a la concentracin z de la alimentacin, o a las concentraciones YI y XI (figura 4-12) del

punto de interseccin de la lnea de operacin. Sin embargo, como es vlido el derrame molal

constante, H y h, en unidades molales, sern constantes. Podemos calcular todas las entalpias con

una fraccin en peso de 0.63, convertirlas a entalpias por kgmol y estimar q.

De la figura 2-4, H (0.63, Vap. Sat.) = 395, h (0.63, Lq. Sat.) = 65 kcal/kg

q ~ () ()

()()

Como todos los pesos moleculares estn a la misma concentracin, se simplifican y desaparecen.

q ~

= 39520

39565 = 1.136

PENDIENTE =

1~

1.136

1.136= 8.35

Esto concuerda con la figura 4-10. A pesar de que el subenfriamiento es considerable, la lnea de

alimentacin tiene una pendiente alta. Note que no se us la tasa de alimentacin para calcular q

ni la pendiente.