Método del polo de operación (III) - Extracción

Transcripción

1 Método del polo de operación (III) - Extracción Problemas Se desea tratar 1000 kg /h de un lodo que contiene 0,20 fracción másica de aceite (A), sin benceno (C). El solvente que entra a 662 kg/h es benceno puro. Se desea un producto que contenga sólo una fracción de 0,04 de aceite en peso. La temperatura y la presión son constantes. Calcular la concentración de extracto a la salida y la cantidad de etapas de equilibrio necesarias en un sistema de lixiviación en contracorriente. Refinado Extracto x A x C y A y C 0 0, ,0336 0,3024 0,1 0,9 0,0682 0,2718 0,2 0,8 0,1039 0,242 0,3 0,7 0,1419 0,213 0,4 0,6 0,1817 0,1817 0,5 0,5 0,224 0,1492 0,6 0,4 0,268 0,1148 0,7 0,3. Se desea extraer el aceite contenido en pasta de soja mediante lixiviación con n- hexano. Para ello se alimenta la pasta como una delgada capa en una banda sinfín perforada, que se mueve lentamente y que pasa debajo de una serie de aspersores que operan en forma continua. Al pasar el sólido bajo cada aspersor, se moja con líquido que percuela a través del lecho, se recoge en una tina debajo de la banda y se recicla mediante bombeo hasta los aspersores. El espacio entre los aspersores es tal que se deja que el sólido drene durante unos minutos antes de que llegue al siguiente aspersor. El disolvente también pasa de tina en tina en contracorriente respecto de la dirección de movimiento del lecho, de modo que se consigue una operación por etapas a contracorriente continua en la que cada aspersión y drenado constituye una etapa. Los experimentos muestran que después del drenado la pasta retiene una cantidad de solución que depende del contenido de aceite de la solución: % en peso de aceite en la solución kg sol. retenida/kg sólido insoluble 0 0,20 0,30 0,58 0,66 0,70 La pasta de soja que entra contiene 20 % de aceite y se va a lixiviar hasta 0,5 % de aceite (en base libre de disolvente). El flujo neto hacia adelante del disolvente será de 1,0 kg de hexano introducido como disolvente fresco por kilogramo de soja; el disolvente fresco no contiene aceite. El disolvente drenado está libre de sólido, excepto en la primera etapa: la mezcla rica contiene 10 % del sólido insoluble en la alimentación como un sólido suspendido que cae a través de las perforaciones de la banda durante la carga. Calcule el número de etapas que se requiere usando un diagrama de Janecke. Problemas de Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 1

2 Método de McCabe-Thiele - Destilación En una columna de destilación como la de la figura se trata una mezcla de cloroformo (A) y benceno de composición 0,55 fracción molar de A, en su punto de ebullición. Se desea obtener un producto destilado de composición 0,90 y un producto de cola de composición 0,10 fracción molar. Determine: (a) El número mínimo de platos teóricos. (b) El número de platos teóricos y la posición del plato de alimentación por el método de McCabe-Thiele si se emplea una relación de reflujo de 3. (c) La composición del líquido del tercer plato. (d) Complete la siguiente tabla: Condición de reflujo mínimo Condición de reflujo total Condición de operación Relación de reflujo Número de etapas de equilibrio Una columna de rectificación equivalente a tres platos ideales se alimenta continuamente con una mezcla de composición molar 7 % de A y 93 % de B. Antes de ingresar a la columna se transforma totalmente en vapor saturado e ingresa entre el 2º y 3 r plato contando a partir de la cabeza de la torre. El vapor que abandona el plato superior se condensa completamente, sin subenfriarse. Por cada mol de alimentación se hacen retornar como reflujo 1,13 moles al plato superior, retirando el resto del destilado como producto de cabeza. El líquido procedente del plato inferior pasa a un calderín equipado con un serpentín para calefacción con vapor de agua. El vapor generado por el calderín ingresa a la columna por debajo del último plato y el producto de cola se retira continuamente del calderín. La vaporización que tiene lugar en el calderín es de 0,516 moles por alimentación. Para el intervalo de concentraciones que intervienen en este problema, la curva de equilibrio del sistema viene dada por la ecuación y* = 2 x, donde x e y* son fracciones molares. Cuántos moles de A se obtienen en el destilado por mol de A que abandona el calderín? Una columna de destilación separa mol/h de una alimentación con 32 % (mol) de etanol y 68 % (mol) de agua. La alimentación entra como líquido subenfriado que condensa 1 mol de vapor en el plato de alimentación, por cada 4 moles de alimentación. La columna tiene un condensador parcial y usa calentamiento directo con vapor de agua saturado. Se desea que el destilado tenga una composición de 0,75 y que el residuo tenga una composición de 0,10. (a) Calcule la relación de reflujo mínima. Problemas de Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 2

3 (b) Usando L/D = 2 ( L/D) mín calcule el número de etapas reales y el lugar óptimo de la alimentación real, si al eficiencia de vapor de Murphree es 2/3 en todas las etapas. (c) Calcule el caudal necesario de vapor de agua. Una mezcla benceno (A)/tolueno de composición 36,11% (peso) se trata en una columna de destilación con condensador total y hervidor parcial para obtener un destilado y un producto de cola de composición 0,907 y 0,060 fracción másica, respectivamente. (a) Si la mezcla de alimentación es líquido-vapor (título del 50 %) y la relación de reflujo es un 56 % superior a la mínima, trace la línea de operación y determine el número de etapas teóricas. (b) Si la mezcla es vapor saturado y se mantiene la relación de reflujo, trace la línea de operación y determine el número de etapas teóricas. (c) Igual que en el punto (a), suponga que la alimentación ingresa un plato por debajo del plato óptimo, qué cambia en la columna? Fracción molar en la fase líquida, x Fracción molar en la fase vapor, y 0,0 0,000 0,1 0,205 0,2 0,365 λv A = 390 kj/kg 0,3 0,503 0,4 0,615 λv B = 351 kj/kg 0,5 0,710 0,6 0,790 0,7 0,855 0,8 0,910 0,9 0,956 1,0 1,000 Una mezcla benceno (A) / tolueno conteniendo 40 % de A va a ser separada en una columna de destilación que trabaja en contracorriente, con el objeto de obtener un producto de tope de 90 % de A y un producto de fondo cuya composición no debe ser superior al 10 % de A. Todas las composiciones son molares. La alimentación es precalentada de manera tal que ingresa a la columna en su punto de ebullición. El vapor que abandona la columna se condensará en un condensador total proveyendo el producto de tope y el reflujo. El líquido que abandona la columna ingresa a un hervidor parcial proveyendo el producto de fondo y el reflujo inferior. El rendimiento de Murphree para la fase vapor se ha estimado en un 75 %. Si se fija una relación de reflujo superior igual a 3, calcular: (a) El número de etapas reales de la columna. (b) El plato real en el cuál se realiza la alimentación. Problemas de Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 3

4 Diagrama de Merkel etanol / 1 kg f /cm 2 Problemas de Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 4

5 Se desea usar una columna de destilación equivalente a 4 platos teóricos para purificar alcohol etílico, a partir de una mezcla con agua 22 % molar en alcohol, al estado de líquido saturado. El líquido se hace circular en contracorriente con vapor de agua saturada a 1 atmósfera (Nótese que no hay hervidor ni condensador). Si la composición de la mezcla purificada que se desea obtener es 50 % molar de alcohol. Qué porcentaje de alcohol se recupera? Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán: - Llevarse resueltos a la clase de problemas. - Sitio web: Problemas de Operaciones Unitarias II Ingeniería Química 5