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.