Operaciones de separación por transferencia de materiaHoja 2.- Destilación y rectificación discontinua.

1. Un aparato de destilación continua abierta se alimenta con una mezcla equimolar de n-hexano y n- heptano. El aporte de calor a la caldera es tal que permite que se evapore el 40% de la alimentación. Calcular la composición de las corrientes de destilado y residuo.

Datos: ábaco para el cálculo de la razón de equilibrio (k)

2. El alimento de una columna de rectificación está constituido por una mezcla de benceno y tolueno con una fracción molar de 0,65 para el primero. La alimentación se introduce a 50 atm y las condiciones reinantes en el piso de alimentación son 90ºC y 1 atm. Calcular:

a) Proporción de la alimentación que queda en fase líquida.b) Composiciones de las fases vapor y líquido originadas.c) Temperatura de entrada del alimento si el proceso es adiabático.Datos: Log P0

BENCENO = 6,89745–1206,36/(T+220,237) [P en mmHg, T en ºC]Log P0

TOLUENO = 6,95334–1333,943/(T+219,337) [P en mmHg, T en ºC]

CpL cal/(g.ºC) CpV cal/(g.ºC) TS (ºC) cal/gBenceno 0,42 0,31 80 94,1Tolueno 0,44 0,34 111 86,8

3. Una mezcla líquida de benceno y tolueno a 200ºC y 50 atm de presión, con una composición del 40 % en moles del primero, se introduce en una cámara a 1 atm de presión, en la que experimenta una destilación flash. Calcular:

a) Proporción de la alimentación que se vaporiza y composición de las corrientes resultantes.b) Temperatura que se alcanza en la cámara.Datos: Log P0

TOLUENO = 6,95334–1333,943/(T+219,337) [P en mmHg, T en ºC]Volatilidad relativa del benceno respecto del tolueno: BT = 2,33Calores específicos y de vaporización: ver ejercicio anterior

4. Una columna de rectificación discontinua dotada de 3 pisos teóricos se carga con una disolución de acetona-ácido acético con un 18% en moles del primero. Se opera con una relación de reflujo externa de 2,5 hasta alcanzar una concentración en el calderín del 12%. Calcular:

a) Composición y temperatura del destilado al inicio de la operación.b) Composición y temperatura del destilado al final de la operación.c) Fracción de la alimentación que se recoge como destilado.d) Composición media del destilado.e) Calor aplicado en el calderín.Datos: equilibrio líquido-vapor para el sistema acetona-ácido acético (fracciones molares)

x y T (ºC) x y T (ºC)0 0 118,2 0,55 0,918 73,3

0,05 0,129 112,4 0,6 0,941 70,80,1 0,254 107 0,65 0,96 68,40,15 0,378 101,7 0,7 0,972 66,10,2 0,498 96,6 0,75 0,98 63,80,25 0,608 91,7 0,8 0,985 61,90,3 0,7 87,5 0,85 0,989 60,20,35 0,765 84 0,9 0,994 58,80,4 0,815 81 0,95 0,998 57,40,45 0,855 78,3 1 1 56,20,5 0,889 75,8

ACETONA = 7,19 kcal/mol ; A. ACETICO = 5,76 kcal/mol

5. Una disolución de etanol en agua con una concentración del 67% en moles del primero se rectifica en una columna dotada de 3 pisos y un calderín. La columna opera de forma discontinua con una relación de reflujo externa constante de 2,1. Se desea operar hasta conseguir un residuo con una concentración de etanol del 5% en moles. Calcular:

a) Composición y temperatura del destilado al inicio de la operación.b) Composición y temperatura del destilado al final de la operación.f) Composición media del destilado.Datos: equilibrio líquido-vapor para el sistema etanol-agua (fracciones molares)

x y T (ºC) x y T (ºC)0 0 100 0,55 0,676 81,45

0,01 0,1 98,9 0,6 0,703 810,03 0,248 96,75 0,65 0,726 80,60,05 0,322 94,95 0,7 0,754 80,20,1 0,437 91,45 0,75 0,786 79,80,15 0,501 88,95 0,8 0,821 79,350,2 0,532 87,15 0,85 0,858 78,950,25 0,554 85,75 0,9 0,898 78,50,3 0,575 84,65 0,95 0,947 78,150,35 0,594 83,75 0,97 0,968 78,20,4 0,614 83,1 0,99 0,9895 78,250,45 0,632 82,45 1 1 78,30,5 0,652 81,9

ETANOL = 9,38 kcal/mol ; AGUA = 10,2 kcal/mol.