La soluciones de metanol y etanol son básicamente ideales.a) Calcule los equilibrios vapor- líquido para este sistema a 1 y 5 atm abs de presión y graficar los diagramas xy y txy a cada presión. b) Para cada presión, calcule las volatilidades relativas y determine un valor promedio. c) Utilizando la ecuación (9.2) con las volatilidades promedio, compare los valores de y* en cada valor de x , obtenido de esta forma, con los valores calculados directamente a partir de las presiones de vapor. Paso 1 Seleccionar el método para determinar las presiones de vapor a diferentes temperaturas. 1) log p A Presión de Vapor p en mm de Hg T temperatura absoluta en K t temperatura en ºC B t C Compound Formula CH4O Methanol C2 H6 O Ethanol State Equation Range, ºC 1 64 to 110 1 (-2) - 100 Pa*9.869233*10^-06=atm Pa*1.450377*10^-04=psia Pa*0.00750062=mm de Hg A 7.97328 B 1515.14 8.32109 1718.1 C tneb ºC 232.85 64.7 237.52 78.4 Paso 2 Determinar la temperatura normal de ebullición de los componentes puros. Name Methanol Ethanol Tneb ºC K 64.7 337.85 78.4 351.55 Paso 3 Determinar las temperaturas a las cuales se calculará la presión de vapor, dividiendo el rango en fracciones; establecer alrededor de 8 a 10 puntos de temperaturas. Pt = 760 mm de Hg Paso 4 Calcular las presiones de vapor como componentes puros para cada una de las temperaturas y para ambos componentes. Paso 5 Calcular la fracción líquida y vapor en equilibrio para el componente más volátil. Paso 6 Determinar la volatilidad relativa de la mezcla, así como las presiones parciales. t ºC 64.7 66.7 68.7 70.7 72.7 74.7 76.7 78.4 Paso 7 PA mm Hg 760.73 822.67 888.74 959.13 1034.07 1113.77 1198.47 1274.56 PB mm Hg 432.67 471.55 513.36 558.25 606.40 658.02 713.29 763.29 x fac. mol 1.0000 0.8215 0.6571 0.5033 0.3591 0.2238 0.0963 0.0000 y* frac. mol 1.0000 0.8893 0.7683 0.6351 0.4887 0.3279 0.1518 0.0000 b).- a 1.758 1.745 1.731 1.718 1.705 1.693 1.680 1.670 1.713 p*a p*'b mmHg mm Hg 761 0 676 84 584 176 483 277 371 389 249 511 115 645 0 763 1) log p A t Construir los diagramas de equilibrio vap-liq y vap-liq-temp, x-y y t-x-y respectivamente Diagrama de equilibrio vapor-líquido sistema metanol-etanol a 1 atm x 1.0000 0.8215 0.6571 0.5033 0.3591 0.2238 0.0963 0.0000 y* fracción mol de metanol en la fase vapor 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 y0.50 0.30 0.20 0.10 0.10 0.20 y 1.0000 0.8893 0.7683 0.6351 0.4887 0.3279 0.1518 0.0000 64.7 66.7 68.7 70.7 72.7 74.7 76.7 78.4 1.0000 0.8893 0.7683 0.6351 0.4887 0.3279 0.1518 0.0000 0.40 0.00 0.00 t x 1.0000 0.8215 0.6571 0.5033 0.3591 0.2238 0.0963 0.0000 64.7 66.7 68.7 70.7 72.7 74.7 76.7 78.4 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 x fracción mol de metanol en la fase líquida Diagrama de equilibrio vapor líquido sistema metanol-etanol a 1 atm 80 78 76 Temperatura ºC 74 72 70 68 66 64 62 60 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 x - y* frac. mol de metanol c).- a y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*) y* a x 1 x (a 1) % var y * ycorr * 100 y* 7664 0. mol 1.0000 0.7869 -1.0000 a x 1 x (a 1) y* corr.a y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*) y* t x y* ºC fac. frac.0000 0.5033 0.0000 % var y * ycorr * 100 y* variación % 0.0000 66.6344 0.7 0.2527 0.4887 74.4 0.2071 0.7 0.7683 70. mol 64.3305 0.3279 76.2238 0.7 0.0000 1.0000 .7 0.6571 0.4897 0.8215 0.6259 0.8874 0.3591 0.2172 -0.7 0.1543 0.0963 0.0000 0.7 0.6351 72. mol frac.1195 -0.8893 68.1518 78.7 1. 5360 0.01 385.56 119.7622 0.8391 0. dividiendo el rango en fracciones.85 Paso 7 PA mm Hg 3800 4011 4231 4460 4700 4949 5209 5464 PB mm Hg 2545 2701 2865 3037 3218 3407 3605 3800 x fac.0000 y* frac.6292 0.7 237.0000 0.Paso 1 Seleccionar el método para determinar las presiones de vapor a diferentes temperaturas.4860 0.01 113. Pt = 3800 mm de Hg Paso 4 Calcular las presiones de vapor como componentes puros para cada una de las temperaturas y para ambos componentes. Paso 6 Determinar la volatilidad relativa de la mezcla.97328 B 1515. Name Methanol Ethanol Tneb Presión cte ºC K 112.85 398.2549 0.477 1. establecer alrededor de 8 a 10 puntos de temperaturas.52 78.0000 0. t ºC 112.14 8.465 p*a p*'b mmHg mm Hg 3800 0 3365 435 2896 904 2391 1409 1847 1953 1261 2539 633 3167 0 3800 . Paso 5 Calcular la fracción líquida y vapor en equilibrio para el componente más volátil.493 1. ºC 1 64 to 110 1 (-2) .1 C tneb ºC 232.86 115.485 1. Mol 1.41 121.869233*10^-06=atm Pa*1.3929 0. así como las presiones parciales.0000 b). 1) log p A Presión de Vapor p en mm de Hg T temperatura absoluta en K t temperatura en ºC B t C Compound Formula CH4O Methanol C2 H6 O Ethanol State Equation Range.1215 0.32109 1718.450377*10^-04=psia Pa*0.71 117.11 124.438 1. Mol 1.461 1.1665 0.6846 0.469 1.3319 0.4 Paso 2 Determinar la temperatura normal de ebullición de los componentes puros.100 Pa*9.445 1.8856 0.00 3800 Paso 3 Determinar las temperaturas a las cuales se calculará la presión de vapor.16 3800 124.26 123.453 1.85 64.00750062=mm de Hg A 7.- a 1. 8597 115.3929 0.0000 112.y* frac.4097 121.10 x 1.5597 119.5597 119. x-y y t-x-y respectivamente Diagrama de equilibrio vapor-líquido sistema metanol-etanol a 5 atm y y* fracción mol de metanol en la fase vapor 1.0000 0.0000 0.3319 0.20 0.7097 117.70 0.1097 124.7622 0.8485 1.90 0.2597 123.80 0.50 x 1.00 x fracción mol de metanol en la fase líquida Diagrama de equilibrio vapor líquido sistema metanol-etanol a 5 atm 130 128 126 Temperatura ºC 124 122 120 118 116 114 112 110 0.1097 124.50 0.00 0.5360 0.2549 0.5360 0.40 0.7622 0.0000 t 112.6292 0.20 0.0000 0.8485 0.6846 0. mol de metanol a y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*) y* ax 1 x(a 1) % var y * y corr * 100 y* .4860 0.50 0.60 0.40 0.6292 0.4860 0.1665 0.60 0.80 0.90 1.60 0.40 0.00 0.80 x .0000 0.70 0.4097 121.Construir los diagramas de equilibrio vap-liq y vap-liq-temp.30 y 1.00 0.10 0.1665 0.8391 0.00 0.90 1.70 0.20 0.30 0.2549 0.8391 0.0097 113.6846 0.1215 0.2597 123.8856 0.0000 0.3319 0.3929 0.30 0.10 0.00 0.7097 117.0097 113.1215 0.0000 0.8856 0.8597 115. 7622 117.86 0.6286 0.1215 0. Mol 112.0000 0.1527 -0.1558 0.5360 0.a y * /(1 y*) y * (1 x ) x /(1 x ) x (1 y*) y* t x y* ºC fac.6846 0.8856 115.3929 0.8843 0. Mol frac.85 0.4860 121.26 0.3319 123.3338 0.7608 0.1906 0.4867 0.1665 124.11 0.0000 1.8391 0.0000 0.01 1.0000 y * y corr * 100 y* .0000 ax 1 x(a 1) y* corr.6292 119.0000 % var variación % 0.56 0.5606 -1.71 0. frac.0000 0.1506 0.0923 -0.0000 113.1684 0. Mol 1.41 0.2549 0. 587 738.725 631. ºC A B C 1 1 T1 T log P1 log P 1 1 log P1 log P2 T1 T 2 1) Temperatura 85.1 lbf/in2) manométrica en la chaqueta de la caldera como medio de calentamiento. Hw Condensado.014 . Tw. tN Vapor.3 40 115. La mezcla se destila a presión atmosférica.6 PA PB Pt Agua Equation Range. hA. Se introducirá continuamente agua líquida a 25 ºC en el nitrobenceno en la caldera.9 200 161.00 99.8 760 210.954 20.724 19. Destilado por arrastre de vapor. A.9 20 99.La destilación por arrastre de vapor se lleva a cabo a PA 431.050 16. La operación se va a realizar en una caldera con chaqueta adaptada con un condensador y un recibidor del destilado. Pw.977 1 60 to 120 7.814 730.168 750.914 760.037 99.541 758.983 737. (HA. insuficiente para influir sobre la presión de vapor del nitrobenceno.000 20.00 99.34 º C B t C Pt 441.914 739.2 400 185.707 757.6 10 84. N.8 100 139.30 99. W.4 60 125. de forma que siempre se mantenga cierto nivel de agua líquida. Se introduce vapor saturado a 35 kN/m2 (5. su calor latente de evaporación puede determinarse mediante los métodos del capitulo 7.84 227.00 95. El nitrobenceno se carga en la caldera a 25 ºC y es básicamente insoluble en agua.25 99. hw Nitrobenceno "nb" Presión Temperatura mm Hg ºC 1 44..34 a).776 648. La capacidad calorífica del nitrobenceno es 1382 J/kg K.7 log p A PB 10.Se va a destilar por arrastre de vapor un lote de 1000 kg de nitrobenceno. tA Nitrobenceno. D (A+N). hN.97208 1668.4 5 71.353 19. para eliminar una pequeña cantidad de una impureza no volatil. W. ( a ) ¿A que temperatura se lleva a cabo la destilación? ( b ) ¿Qué cantidad de agua se evapora? ( c ) ¿Cuánto vapor se debe condensar en la chaqueta de la caldera? Despréciese el calor necesario para que la caldera alcance la temperatura de operación. HN) Agua (liq). 1668427 kcal/kg .1 1.b y* = 0.3 7852 kcal/kg mol 18460 kcal/kg mol 63.97365337kg mol agua 18.947202 kcal/kg 86.65 641.845 kN/m2 g lb/in2 g kg/cm2 a ºC Kcal/kg Kcal/kg -6892.35 107..6 cal/g mol 35.780359 kcal/kg 149.016 PM Nitrobenceno = 123.02634663kg mol nb kg mol agua = 5408.Vapor que se debe condensar en la chaqueta de la caldera. Datos Vapor "W" Pw Tw Hw hw lw Agua "A" 35 5.6 107.09589 kg de agua que se evapora (junto con el nb) c). W.3 hv a 99.b).56595 Lvb=21*Tb= 4422.Cantidad de agua que se evapora y* PA Pt 1000 kg n.02634663 fracción mol de nb en la fase vapor PM Agua = 18.97365337 fracción mol de agua en el vapor.016 kg agua 123..755 533.11 kg mol nb 0.9239704 kcal/kg hl a 99.11 kg nb 0. (mas volátil) 1-y* = 0. . 5.07614213 0.35688794 . 0 60.2 923.3 -668.8590 0. ºC 20.162 4.4 62.0 -719.7000 0.0303 52.2205 2451.5 58.0 539.8 930.7550 0.1 0.2691 51.8390 0.9 58.5 544.3295 2.4082 2.1891 4.0800 Peso Capacidad Calor molecular calorífica latente de de la Acetona evaporació mezcla kJ/kg ºC n kg/kmol Acetona (vap) kJ/kg 18.755 0.789 0.0159 48.0050 1.179 4.6265 50.6 63.6297 52.3212 2.0 -350.2 61.7 86.6 929.43 1013 976 917 863 850 0.0100 0.894 3.01 0.0416 38.0672 54.7890 0.5 57.26 2.3432 2.05 0.6 917.3121 2 849.5 559.0160 18.7 937.5 2409.0000 0.3172 2.2 -69.0768 58.3332 2.2 4.763 2.624 0.0000 t.0 -102.4 898.7 .0 59.220 Peso molecular de la mezcla kg/kmol (liq) 18.6000 0.3151 2.8490 0.9987 1.140 2.5 575.4 62.8740 0.815 0 0.8150 0.4250 0.05 0.02 0.15 0.3 -124.01 0.8980 0.6 93.8173 20.4 60.6240 0.0160 28.7 0.3227 2.6 931.7 86.6 2277.9630 1.3194 2.0005 1.6 2342.8300 0.4 -447.0608 50.810 3.6 932.9995 0.6 75.34 2.3 935.0192 22.0319 53.0 37.0 876.0352 34.7 -770.2 57.931 2.5000 0.1500 0.0 91.0288 30.3724 2.554 2.3258 2.124 4.020 3.0 866.2 0 0.350 3. kJ/kmol de Acetona ºC solución en vapor 0.8000 0.0200 0.15 0.0736 56.9 -188.02 0.2643 49.1 928.5976 58.7 936.3 100.0 0.4000 0.4166 18.7 2256.0256 26.387 2.9500 1.22 2.8 2.1 -252.2000 0.2079 4.0 -786.1816 4.0000 0.8 65.0480 42.4758 56.1522 35.2 100.0 56.9935 55.3136 2.0 91.253 0.0 -509.6 63.0080 585.2 ºC el líquido 15 ºC de kJ/kg sol.4250 2.x fracción Calor y* fracción Temperatur Capacidad mol de integral de mol en a vaporcalorífica a Acetona en solución a equilibrio líquido ªC 17.3239 2.7 66.0 0 0.9 934.6 -37.3000 0.0544 46.559 3.4523 2.7 66.9350 0.0224 24.1849 4.0500 0.2530 0.7 926.6 75.4310 53.0 0.425 0.9000 0.303 2.0000 100.0800 Capacidad Calor Capacidad Calor Capacidad Calor calorífica latente de calorífica latente de calorífica latente de Acetona evaporació Agua evaporació Agua evaporació kJ/kg ºC n Acetona kcal/kg ºC n Agua kJ/kg ºC n Agua kJ/kg kcal/kg kJ/kg 2.0432 43.1 0.6 -179.1000 0.187 4.5 4.6682 51. 5 58.4 18.5 0.86 HL (kCal/Kg) 0.92 0.51 0.5 Axis Title 0.7 0.0 60.76 0.24111 0.3 0.2 57.898 0.56 50.8 20 22 24 26 30 34 38 42 46 50 18 28.757 0.02804402 0.0 60.0.334 0.56 51.95 1 0 0.6 75.963 1 0.062 0.83 0.5 58.02386624 0.5 57.2476159 0.66 0.849 0.83 0.9 58.0 0 TAREA: x fracción y* peso de fracción Acetona peso en en el equilibrio líquido de Acetona en vapor 80.8 0.95 1 0 0.812 0 0.7 0.624 0.02122972 0.02213842 0.12 0.4 0.935 0.34 0.2461797 0.176 0.611 0.0 Masa total Masa total para x para y 18 18.03009438 0.2490369 70.2451093 0.0 59.02860537 0.5 110.815 0.058 0.032 0.9 58.0 91.96 52.0 60.12 35 42.6 0.4 62.755 0.874 0.849 0.0 90.6 51.96 53.5 57.021 0.69 0.2 .2341469 0.859 0.02623767 0.03102669 0.36 52.874 0.4 0.6 63.2428359 0.9 0.2 49.839 0.0 100.2456014 0.0 59.0300999 HV (kCal/Kg) 0.56 0.5 0.7 86.0 56.96 48.242 0.859 0.3 0.02712166 0.8 0.2132952 0.2 51.9 0.2232916 0.246747 0.068 0.789 0.963 1 61.0 56.425 0.6 0.132 0.898 0.033 0.02150107 0.1986566 0.4 60.0 40.0 100.2443143 0.2 61.386 0.23 0.2 57.935 0.839 0.02386288 0.02912707 0.253 0.7 66.45 0.0 50.4 60. 942 0.03024039 0.0.859 0.2512719 0.2552276 54 56 58 55.97 0.932 1 0.2529679 0.03012301 1 0.4 56.02996417 0.52 58 . 25 4.0.6 7285.91 59989. ºC 80.4 2353.0 Temp.08 60546.95 61502.35 R² = 0.4 5382.2150 Calor latente del agua 2.67 0.0 Temp.0.3 -668.0 .67 59711.2006 4.1845 4.0 20.1849 4.3000 0.9 2364.00000120x2 .6000 1.2 2279.7 2362.2058 4.4 -447.1852 4.0 -509.0 60.5 7316.27 62051.1950 2450.0 2361.99115316 4.8 2347.0000 0.18868997 2.1800 2350.2159 4.0 Temp ºC 2250.94 54287.2200 4.3 2354.389769 R² = 0.3 4.4 5227.4 5161.0 6818.1 7081.1840 4.1 -252.0 20.0 2200.0 0.9584913 R² = 0.8 2339.1000 0.98 51856.0 7352.6 0.5 2350.1850 4.6 6593.Capacidad Calor calorífica latente de Agua evaporación kJ/kg ºC Agua kJ/kg 4.5000 0.0500 0.1860 4.0 -188.2000 2500.2100 Calor latente Acetona 1040 1020 y = -2.1900 2.1 HV (kJ/kmol) 7543.0 -786.999561 0.0 -719.9996732 calor lat.0 0.46 58619.36 59038.0 4.1856 4.1847 4.0 60.9 2358.6 2317.97 59398.4 2360.4 calor latente kJ/kgCp kJ/kg ºC 4.0 40.0 960 20.00020795x + 4.1839 HL (kJ/kmol) 2259. kJ/Kg 1000 980 4.0000 48297.2050 Cp en kJ/kg ºC 4.1842 4.3 2291.83 60201.0 0.2250 y = 0.000000097x 2.56 61089.1500 0.1844 4.0 40.2 4.1921 4.00000006x3 .0 60.45 Capacidad calorífica del agua y = -0.4 5801.30 56926.2000 0.0 2.411413x + 2500.32 59851.1750 2300.0 4.7 -770.0 40.1872 4.7 2355.0 -350.9 5802.0391300x + 1052.0 2.3 6954.0 120.0 100.0200 0.6 6379. ºC 940 920 900 880 860 840 0.0 4.7 2356.1850 2400.1 7323.40 59591.0 y = -2.4000 0.6 7318. Entalpia 0.8 1 .4 0.6 Axis Title 0. . 0000 0.0 60.0 40.0 y = -84754x3 + 53696x2 .0 0.0 Capacidad calorifica Acetona -400.1000 0.0 -700.0 Temp.2000 0.0 100.0 0.100.9x3 .6000 -100.4000 0.0000 0.0 -900.0 60.0 Temp ºC 60.9994 -400.1500 -100.000000000 -700.0500 0.0 120.00020795x + atente del agua 2.000025839x2 + 0.0 calorífica del agua 3 + 0. 120.0 80.411413x + 2500.11304x + 4.0 -800.0 80.000000097x R² = 1.8542 R² = 0.389769 R² = 0. ºC Diagrama de Entalpía/Concentración y = 2613.190336758 0.0 Temp.0 100.0 -200.0 0.0 -800.0 -300.0 -600.0 ºC 100.0 -500.0 -300.0 80.001005325x + 2.999561 20.0 0.0 -500.0 -200.0 0.0 -600. 9 0.0 0.6 Axis Title 0.49x3 .2 0.1002 R² = 0.0 35000.2000 -25000.0000 0.0 0.9749 0.0000 Concentracion 1 y = -108.1 0 0 0.Diagrama de Entalpía/Concentración 75000.4000 0.92.4 0.8 0.0 -5000.3 0.37x6 + 361.655x2 + 13.25x5 .0 15000.8 1 .2 0.7 Axis Title Entalpia 55000.8000 1.6000 0.466.5 0.4 0.6 0.609x + 0.0 0.44x4 + 293. . 0000 y = 2613.8000 1.2000 .2000 0.5x .0.9x3 .6 R² = 0.6304.8x2 + 5591.1900.2500 .9999 1.11304x + 0. . ..