Proyectos de Balances de
Energía Libre de Gibbs
1. El
tolueno puede ser hidrodealquilado para dar benceno, pero la conversión
por paso a través del
reactor es del alrededor del 70%. En consecuencia,
el tolueno tiene que ser recuperado y reciclado. Las condiciones
típicas de la alimentación a una unidad de destilación
comercial son 100 °F, 20 psia, 415 lbmol de benceno y 131 lbmol de tolueno.
Basado en las propiedades mostradas en la tabla de abajo, y asumiendo los
modelos de gas ideal y mezcla de gas ideal de la tabla 2.4 aplica a esta baja
presión, probar que la mezcla es un líquido y estimar tanto en
unidades inglesas de ingeniería como en sistema internacional (Ejercicio
2.12 del Libro Separation Process Principles 2nd edition)
Las constantes para las ecuaciones y , donde para todos los casos, esta
en :
| 78.114 | 92.141 |
|
| 15.9008 | 16.0137 |
| -2788.51 | -3096.52 |
| -52.36 | -53.67 |
|
| 304.1 | 290.6 |
| 0.269 | 0.265 |
| 562.0 | 593.1 |
2. La destilación fina del benceno y ciclo-hexano a presión
ambiente es imposible debido a la formación de un azeótropo a
77.6°C, K. C. Chao obtuvieron los siguientes datos de equilibrio
líquido vapor para el sistema benceno (B)/ ciclo-hexano (CH) a 1 atm
Falta la tabla
Para este sistema las presiones estan dadas por la ecuación ,
donde las constantes para el benceno son las mismas que las del ejercicio 2.12
ylas constantes para el ciclo-hexano son , , y .
* Use los datos para calcular y realizar un
grafico de la volatilidad relativa del benceno contra la composición en
la fase líquida. Decir lo que pasa con la volatilidad relativa en la
vecindad del
azeótropo.
* De la composición azeotrópica para el sistema
benceno/ciclo-hexano calcular las constantes de la ecuación de Van Laar.
Con esas ecuaciones, usar la ecuación de Van
Laar para calcular los coeficientes de actividad en el rango completo de
composición y compararlas de manera semejante a la figura 2.16, con los
datos experimentales dados previamente. ¿Qué tan bien predice los
coeficientes de actividad la ecuación de Van Laar?
* Realizar un grafico x-y con los valores
experimentales y los valores predichos a partir de la ecuación de Van
Laar.
3. A continuación se dan un conjunto de datos de composiciones al
equilibrio de los sistemas Metano-Agua y Etanol-Agua a 1 atm. Para ambos
sistemas determinar las composiciones al equilibrio obtenidas a partir de los
métodos de Energía libre de Margules, Van Lar, NRTL, Wilson y
UNIQUAC-UNIFAQ.
K | Ymetanol | Xmetanol | K | Yetanol | Xetanol |
337.6846 | 1 | 1 | 351.4602 | 1 | 1 |
338.066 | 0.9899417 | 0.975 | 351.3917 | 0.9726969 | 0.975 |
338.4506 | 0.979882 | 0.95 | 351.3431 | 0.9469074 | 0.95 |
338.8385 | 0.9698163 | 0.925 | 351.3133 | 0.9225327 | 0.925 |
339.23 | 0.9597403 | 0.9 | 351.3014 |0.8994813 | 0.9 |
339.6253 | 0.9496587 | 0.875 | 351.3065 | 0.8776697 | 0.875 |
340.0246 | 0.9395506 | 0.85 | 351.3278 | 0.857021 | 0.85 |
340.4282 | 0.9294148 | 0.825 | 351.3645 | 0.8374644 | 0.825 |
340.8364 | 0.919243 | 0.8 | 351.4156 | 0.8189346 | 0.8 |
341.2495 | 0.9090259 | 0.775 | 351.4805 | 0.8013709 | 0.775 |
341.6681 | 0.8987527 | 0.75 | 351.5583 | 0.7847168 | 0.75 |
342.0925 | 0.8884109 | 0.725 | 351.6483 | 0.7689197 | 0.725 |
342.5232 | 0.877986 | 0.7 | 351.7498 | 0.7539297 | 0.7 |
342.961 | 0.8674616 | 0.675 | 351.8619 | 0.7396999 | 0.675 |
343.4066 | 0.8568183 | 0.65 | 351.9841 | 0.7261853 | 0.65 |
343.8607 | 0.8460341 | 0.625 | 352.1157 | 0.7133422 | 0.625 |
344.3243 | 0.8350832 | 0.6 | 352.2559 | 0.7011718 | 0.6 |
344.7987 | 0.8239358 | 0.575 | 352.4044 | 0.6895552 | 0.575 |
345.285 | 0.8125568 | 0.55 | 352.5607 | 0.6784835 | 0.55 |
345.7848 | 0.8009055 | 0.525 | 352.7244 | 0.6679119 | 0.525 |
346.3 | 0.7889338 | 0.5 | 352.8953 | 0.6577934 | 0.5 |
346.8326 | 0.776585 | 0.475 | 353.0733 | 0.6480767 | 0.475 |
347.3851 | 0.7637918 | 0.45 | 353.2588 | 0.6387049 | 0.45 |
347.9605 | 0.7504737 | 0.425 | 353.4522 | 0.6296132 | 0.425 |
348.5622 | 0.7365341 | 0.4 | 353.6546 | 0.6207263 | 0.4 |
349.1944 | 0.7218557 | 0.375 | 353.8676 | 0.6119546 | 0.375 |
349.8621 | 0.7062956 | 0.35 | 354.0938 | 0.6031889 | 0.35 |
350.5714 | 0.6896774 | 0.325 | 354.3366 | 0.5942943| 0.325 |
351.3297 | 0.671781 | 0.3 | 354.6013 | 0.5850997 | 0.3 |
352.146 | 0.6523293 | 0.275 | 354.8949 | 0.5753847 | 0.275 |
353.0315 | 0.6309673 | 0.25 | 355.2273 | 0.564859 | 0.25 |
354.0004 | 0.6072341 | 0.225 | 355.6128 | 0.5531315 | 0.225 |
355.0707 | 0.5805194 | 0.2 | 356.0709 | 0.5396621 | 0.2 |
356.2655 | 0.5499985 | 0.175 | 356.63 | 0.5236821 | 0.175 |
357.6154 | 0.514528 | 0.15 | 357.3311 | 0.5040584 | 0.15 |
359.1616 | 0.472476 | 0.125 | 358.2354 | 0.4790462 | 0.125 |
360.9612 | 0.4214267 | 0.1 | 359.4375 | 0.4458071 | 0.1 |
363.096 | 0.3576433 | 0.075 | 361.0911 | 0.3993776 | 0.075 |
365.689 | 0.2750123 | 0.05 | 363.4652 | 0.3301838 | 0.05 |
368.9354 | 0.1627736 | 0.025 | 367.0836 | 0.2169261 | 0.025 |
373.1678 | 0 | 0 | 373.1678 | 0 | 0 |
4. Del los datos anteriores, seleccionar el método que proporcione
mejor ajuste para ambos sistemas de acuerdo a los datos “experimentales
proporcionados anteriormente”. Determinar
también las composiciones al equilibrio de ambos sistemas a 2, 4, 8 y 16
atm con el método que proporcione el mejor ajuste.
5. Para una mezcla Metanol (1)/Etanol(2) que se alimenta a una columna de
destilación con la composición de . Determinar, mediante el
método de Mc Cabe Thiele:
* el número de platos teóricos mínimos
* el reflujo mínimo
* el número de platos sí se tomo el criterio de usar .
Dentro de dicha evaluación.Considere las siguientes
características
a. Se requiere que el del Metanol que entra a la columna salga por el destilado
y con una pureza del
.
b. Que la mezcla entra a la columna como
1. Líquido saturado
2. Vapor saturado
3. Liquido subenfriado .
4. Vapor sobrecalentado .
5. Y mezcla líquido-vapor con una calidad de 78%.
c. La selección de la presión de la columna (considere que la
columna trabaja a presión constante) en términos los datos de
equilibrio obtenidos (grafique los datos de equilibrio para el sistema a
diferentes valores de presión y de acuerdo a las mejores
características deseables para la destilación seleccione una
presión) y de las restricciones en el condensador y el re-hervidor.
d. Como parte
de los resultados, debe de presentar todas las graficas por separado y
sí se requiere de comparación de los comportamientos, debe de
presentar también, la grafica que muestre dicha comparación. También se requiere que proponga a manera de
conclusión el mejor diseño (selección de condiciones de
alimentación y de presión y temperaturas de operación) y
que justifique contundentemente su propuesta.
6. Para una mezcla Metanol (1)/Etanol(2)/Agua(3) que se alimenta a una columna de
destilación con la composición de . Determinar, mediante el
métodos Cortos de Diseño:
* La distribución de compuestos en la columna
* el número de platos teóricosmínimos
* el reflujo mínimo
* el número de platos sí se tomo el criterio de usar .
Dentro de dicha evaluación. Considere las siguientes
características
a. Se requiere que el del Metanol que entra a la columna salga por el destilado
y con una pureza del
.
b. Para la selección del estado termodinamico
(Líquido saturado ó vapor saturado, o vapor sobrecalentado, etc.)
de la mezcla que entra a la columna, base su selección en lo observado
en el ejercicio anterior. Debe de justificar fehacientemente
su elección.
c. La selección de la presión de la columna (considere que la
columna trabaja a presión constante) en términos los datos de equilibrio
obtenidos (grafique los datos de equilibrio para el sistema a diferentes
valores de presión y de acuerdo a las mejores características
deseables para la destilación seleccione una presión) y de las
restricciones en el condensador y el re-hervidor.
Como parte de los resultados, debe de presentar todas las
graficas por separado y sí se requiere de comparación de
los comportamientos, debe de presentar también, la grafica que muestre
dicha comparación. También se requiere
que proponga a manera de conclusión el mejor diseño
(selección de condiciones de alimentación y de presión y
temperaturas de operación) y que justifique contundentemente su
propuesta.
Consideraciones del reporte
1. Escribir las ecuaciones a partir de las que se hacen los calculos yjustificar
su uso.
2. En el caso de haber graficos, reportar
también los datos graficados en una tabla, donde se indiquen las
unidades y lo que se esta tabulando
3. Para los graficos, indicar lo que se
esta graficando, con los nombres adecuados en los ejes y si son
mas de una curva la graficada; indicar el nombre de la serie
correspondiente, también se deben de indicar las unidades
correspondientes
4. Se debe agregar toda la información en archivos
electrónicos (hojas de calculo, archivos de de texto, programas,
etc.) en forma legible, ordenada y con toda la información mínima
y pertinente.
Proyecto Final
1. Para una mezcla Metanol (1)/Etanol(2)/Agua(3) que se alimenta a una columna de
destilación con la composición de . Con la idea de que se
requiere que el del Metanol que entra a la columna salga por el destilado y con
una pureza del Para dicho sistema se
debe de presentar:
* El desarrollo la obtención de Parametros de termodinamicos
.
* Selección del Método
termodinamico de Predicción.
* Selección de condición termodinamica de la
alimentación a la columna.
* Selección de la presión de operación de la columna y la
determinación de las condiciones termodinamicas del rehervidor y el
condensador.
Una vez hecho lo anterior, con la finalidad de obtener
a. La distribución de compuestos en la columna
b. el número de platos teóricos
mínimosc. el reflujo mínimo
d. el número de platos sí se tomo el criterio de usar .
* Usar la adaptación del método de Mc Cabe
Thiele para sistemas de bajas concentraciones.
* Mediante métodos Cortos de Diseño.
* Mediante el método de LEWIS Y MATHESON
Se debe reportar
1. Escribir las ecuaciones a partir de las que se hacen los calculos y
si es apropiado, justificar su uso.
2. Presentar toda la evidencia grafica y de calculos de la selección
de condiciones de operación y diseño.
3. Se debe de presentar el balance de materia y energía para la columna.
4. Se deben de presentar un resumen ejecutivo que
muestre las condiciones de operación y diseño, así como los datos de
diseño de la columna mediante los diferentes métodos.
5. Se debe de presentar, el calculo de dimensiones de la columna
(diametro, alturas, espesores).
6. Se debe de desarrollar el calculo de los equipos periféricos
necesarios para la operación de la columna y desarrollar la
estimación de costos de la columna y sus periféricos.
7. Se debe de presentar un dibujo en CAD de la columna
y sus interiores, con dimensiones. El dibujo debe de incluir una tabla de corrientes donde se muestre el
balance de materia y energía y se muestren las condiciones mas
relevantes del
diseño.
8. Es muy importante resaltar de manera marcada, las simplificaciones y
suposiciones hechas durante el diseño de esta
columna.