Problemas Tema 11. Generalidades sobre la transferencia de materia PROBLEMAS TEMA 11

Transcripción

1 PROBLEMAS TEMA 11 Problema 1 Las mezclas binarias de n-hexano (H) con n-octano (O) suelen considerarse ideales dada la semejanza de ambos hidrocarburos. Conocidas las presiones de vapor de ambos compuestos en función de la temperatura que se refleja en la tabla: a) Obtener de acuerdo con dicha suposición, los diagramas de equilibrio líquidovapor (T-x,y) y (y-x) a 1 atm de presión total. b) Calcular la variación de la volatilidad relativa α ij con la composición de la mezcla para comprobar si la suposición de idealidad es correcta. T (ºC) Pº (H) mm de Hg Pº (O) mm de Hg 68, , , , , ,

2 Problema 2 El sistema tetracloruro de carbono-benceno es una mezcla binaria ideal. Calcular la volatilidad relativa media en todo el intervalo de fracciones molares (desde x=0 x=1) a partir de los datos experimentales de equilibrio que se presentan en la tabla y compárese el valor experimental de fracción molar del componente más volátil (CCl 4 ) en la fase vapor (y) con el obtenido utilizando la volatilidad relativa media (α) calculada. T (ºC) x y ,3 0,136 0,158 78,8 0,216 0,241 78,6 0,257 0,288 78,5 0,294 0,321 78,2 0,363 0, ,406 0,435 77,6 0,527 0,548 77,4 0,620 0,638 77,1 0,722 0,733 76,

3 Problema 3 Las mezclas binarias metanol-agua constituyen mezclas reales no azeotrópicas. Conocidas las presiones de vapor de ambos compuestos a dos temperaturas, calcular, utilizando la ley de Dalton-Raoult, los datos de equilibrio líquido-vapor que le corresponderían si dicha mezcla fuese ideal y compararlos sobre un diagrama (x, y) con los obtenidos experimentalmente a 1 atm de presión. Presiones de vapor a 64,5 ºC: Pº (metanol) = 760 y Pº (agua) = 183,43 mm Hg Presiones de vapor a 84 ºC: Pº (metanol) = y Pº (agua) = 416,8 mm Hg T (ºC) x y ,7 0,1 0,418 81,7 0,2 0, ,3 0,665 75,3 0,4 0,729 73,1 0,5 0,779 71,2 0,6 0,825 69,3 0,7 0,870 67,5 0,8 0, ,9 0,958 64,

4 Problema 4 Los datos experimentales de equilibrio del sistema agua-etilenglicol obtenidos a 0,3 atm de presión indican que la volatilidad relativa no permanece constante, conduciendo a un diagrama líquido-vapor no simétrico respecto a la segunda diagonal. No obstante, lo valores de equilibrio (x, y) pueden reproducirse aceptablemente utilizando un único valor de volatilidad para todo el intervalo. Calcúlese el valor que resultaría más adecuado. T (ºC) x y 160, ,03 0,53 134,7 0,07 0, ,1 0,78 118,4 0,15 0,87 103,1 0,27 0,94 89,6 0,46 0,98 83,1 0,6 0,99 78,9 0,69 0,997 76,1 0,77 0,998 69,

5 Problema 5 La ecuación de Antoine correlaciona la presión de vapor de los líquidos puros con la temperatura según: 0 B 0 log P1 = A con P1 ( mm Hg) yt (º C) T + C Teniendo en cuenta que las constantes de dicha ecuación para el benceno y el tolueno son: A B C Benceno 6, , ,790 Tolueno 6, , ,377 y que esta mezcla binaria de hidrocarburos tiene un comportamiento ideal, calcular y representar la curva de equilibrio de este sistema, para una presión total de 1 atm. 5

6 Problema 6 Una mezcla líquida contiene 50 % de benceno y 50 % de tolueno en peso. a) Calcule la presión total y las fracciones molares de cada sustancia en la fase vapor que se encuentra en equilibrio con dicha mezcla líquida a una temperatura de 60 ºC. b) Demuestre que la temperatura de burbuja de la mezcla líquida cuando se encuentra a una presión total de P = 0,715 atm, es de 80 ºC. 6

7 Problema 7 Los datos de equilibrio líquido-vapor para una mezcla binaria metanol-agua a una presión de 1 atm son: T (ºC) x y 100 0,000 0,000 96,4 0,020 0,134 93,5 0,040 0,230 91,2 0,060 0,304 89,3 0,080 0,365 87,7 0,100 0,418 84,4 0,150 0,517 81,7 0,200 0,579 78,0 0,300 0,665 75,3 0,400 0,729 73,1 0,500 0,779 71,2 0,600 0,825 69,3 0,700 0,870 67,6 0,800 0,915 66,0 0,900 0,958 65,0 0,950 0,979 64,5 1,000 1,000 a) Construya el diagrama T-x-y para este sistema. b) Si la temperatura de equilibrio es 70 ºC y la presión del sistema 1 atm, cuáles son las composiciones del líquido y del vapor? c) Una mezcla equimolar se alimenta a una instalación experimental para la determinación de datos de equilibrio líquido-vapor y se le permite que alcance 7

8 una temperatura de 80 ºC a una presión de 1 atm. Prediga termodinámicamente la composición de las fases en el equilibrio, teniendo en cuenta que las constantes de la ecuación de Antoine para el metanol y el agua son: A B C Metanol 7, , ,000 Agua 7, , ,000 8