TP1 Coeficientes de Separacion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN LUIS FACULT FACULTAD AD DE INGENIERIA Y CIENCIAS CIENCIA S AGROPECUARIAS AGROPECUARIA S DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE PROCESOS - AREA DE PROCESOS FISICOS OPERACIONES UNITARIAS UNITARIAS III 

GUÍA DE TRABAJOS PRACTICOS COEFICIENTES DE SEPARACIÓN

Conceptos para discusión 1. !ue entiende entiendess por por e"ui#i$ e"ui#i$rio rio entre %ases& %ases& '. Dad Dadoo un siste( siste(aa de dos co(pone co(ponente ntess en dos %ases %ases en e"ui#i$ e"ui#i$rio rio cua#es cua#es podr)a podr)ann ser #as *aria$#es independientes + #as *aria$#es dependientes "ue descri$en su estado ter(odin,(ico& . De "ue depend dependee e# coe%iciente coe%iciente de separa separación ción en un siste(a siste(a #i"uido #i"uido - *apor& *apor& . !ue apro/i( apro/i(acio aciones nes se pueden pueden 0acer 0acer para re#acionar re#acionar #as co(posic co(posiciones iones de una especi especiee "ue %or(a parte de un siste(a $inario en e"ui#i$rio #i"uido-*apor& . !u2 represent representaa e# coe%icien coe%iciente te de de acti*id acti*idad& ad& 3. !u2 ecuaci ecuaciones ones conoce conocess para ca#cu#a ca#cu#arr e# coe%iciente coe%iciente de acti*ida acti*idad& d&

Problema 1 4na (e5c#a #i"uida de co(posición 6.' (o#es de $enceno7(o# + 6.8 (o#es de etano#7(o# se ca#ienta desde 369C 0asta :69C a una presión de 1 at(. a; A "ue te(peraturas te(peraturas se produce ca($io ca($io de %ase&  $; Cu,# es #a co(posición co(posición de #a pri(era pri(era $ur$uota de #)"uido& #)"uido& d; Cu,# es #a co(posición co(posición de# #)"uido cuando cuando se 0a *apori5ado *apori5ado un 8? 8? de #a (e5c#a inicia#& 4ti#i5ar #os datos e/peri(enta#es proporcionados en #a si>uiente ta$#a. T @9C; 8. 83.1 8'.8 86. 3:.' 3. 3.6 38.: 3.6 3.8 3:. 86. 8'.8 83.: 36.1

/ + @(o#es de $enceno7(o# de #)"uido; #)"uido; @(o#es de $enceno7(o# de *apor; 6.666 6.666 6.6'8 6.18 6.63 6.' 6.166 6.68 6.138 6.36 6.' 6.:6 6.1 6.'' 6.6 6.8 6.8 6.8 6.36 6.' 6.833 6.33 6.'6 6.31 6.:6 6.8' 6.: 6.: 1.666 1.666

Profesor responsable: Ing. Blanca Hintermeyer  Responsable de Trabajos Prácticos: Ing. Silvia M. Mir !.

1

Problema 2 Bos datos de Sc0oen$orn + co#a$oradores presentados en #a Tabla 1 (uestran "ue e# siste(a tric#oroeti#eno-to#ueno si>ue a #as #e+es de Da#ton + Raou#t. A partir de #os datos de  presiones de *apor de #os co(ponentes puros representar #os si>uientes dia>ra(as a presión a$so#uta de 836 (( de >. a; Te(peratura *ersus %racción (o#ar de #a %ase >aseosa + de #a %ase #)"uida  $; Fracción (o#ar de #a %ase >aseosa *ersus %racción (o#ar de #a %ase #)"uida c; Coe%iciente de separación *ersus %racción (o#ar de #a especie (,s *o#,ti# en #a %ase #)"uida. Dar #as conc#usiones d; Fracción (o#ar de #a %ase >aseosa *ersus %racción (o#ar de #a %ase #)"uida uti#i5ando #a (edia arit(2tica entre #os *a#ores e/tre(os de# coe%iciente de separación. Dar  conc#usiones Tabla 1; Presiones de *apor de tric#oroeti#eno + to#ueno Te(peratura @C; 3.: :6 : 166 16 116

P Tric#oroeti#eno @((>; 836 6 :86 1166 16 16

P To#ueno @((>; 3 16 6 36 36 836

Problema  Bas (e5c#as de n-0e/ano + n-octano se co(portan idea#(ente o$edeciendo a #as #e+es de Raou#t + Da#ton. Con #os datos de presión de *apor de #os co(ponentes puros "ue se (uestran en #a Tabla 2 representar #os si>uientes dia>ra(as a 836 (( de > de presión tota# a; Te(peratura *ersus %racción (o#ar de #a %ase #)"uida @/; + *apor @+;.  $; E"ui#i$rio %racción (o#ar de #a %ase >aseosa @+; *ersus %racción (o#ar de #a %ase #)"uida @/;. c; Coe%iciente de separación *ersus %racción (o#ar de #a %ase #)"uida @/;. Dar e# si>ni%icado de #os *a#ores de# coe%iciente de separación. d; E"ui#i$rio %racción (o#ar de #a %ase >aseosa @+; *ersus %racción (o#ar de #a %ase #)"uida @/; usando #a (edia arit(2tica de# coe%iciente de separación. Tabla 2! Presiones de *apor de n-0e/ano + n-octano T @°C; 3.8 8:. :. 168.' 1'.8

P9 n-0e/ano @((>; 836 16' 16 '16 '6

P9 n-octano @((>; 1'1 18 '8  836

Problema " En #a Tabla  se presentan #os datos e/peri(enta#es de# siste(a acetato de eti#o@1;   etano#@'; a 1 at(ós%era de presión a #a "ue e# *apor se co(porta idea#(ente. a; 4ti#i5ando #os datos de #a (e5c#a a5eotrópica ca#cu#ar #as constantes de #a ecuación de Han Baar + con 2stas #as co(posiciones de e"ui#i$rio #)"uido-*apor. Co(parar #os *a#ores ca#cu#ados con #os datos e/peri(enta#es. Profesor responsable: Ing. Blanca Hintermeyer  Responsable de Trabajos Prácticos: Ing. Silvia M. Mir !.

'

 $; Repetir e# )te( a uti#i5ando #os *a#ores de #os coe%icientes de acti*idad de #as (e5c#as in%inita(ente di#uidas para e# c,#cu#o de #as constantes de dic0a ecuación. c; Ca#cu#ar #os coe%icientes de separación para cada par de %racciones (o#ares. Dar e# si>ni%icado de #os *a#ores de# coe%iciente de separación. Tabla ! Datos de e"ui#i$rio de# siste(a acetato de eti#o-etano# a 1 at( T @°C; 88.1 8.8 8.6 8'.' 81. 8'.1 8'. 8.: 8. 8.

/1 @%racción (o#ar; 166 6.:6 6.6 6.86 6. 6.6 6.6 6.'6 6.16 6.66

+1 @%racción (o#ar; 1.666 6.8 6.8'3 6.3 6.6 6.8 6.: 6.6 6.18 6.666

Problema # Tasic + co#a$oradores encontraron para e# siste(a acetona-cic#o0e/ano #os datos e/peri(enta#es de su e"ui#i$rio #)"uido-*apor "ue se presentan en #a Tabla ". Se puede suponer "ue #a %ase *apor tiene co(porta(iento idea#. a; Ca#cu#ar #a co(posición de #a %ase *apor en e"ui#i$rio a ':  con una (e5c#a de co(posición (o#ar 6.3' (o# de acetona7 (o# tota# 0aciendo uso de 1. Ecuación de Raou#t '. Ecuación de Mar>u#es
+1 @%racción (o#ar; 6.6666 6.116 6.''6 6.66 6.6 6.166 6.6 6.6 6.386 6.3116 6.3' 6.36 6.366

P @((>; :8. 11.6 1'.: 18.:6 1.66 136.6 18'.:6 1:.86 '68.86 ''8.86 '8. '3. '.:6

/1 @%racción (o#ar; 6.16 6.836 6.3'6 6.336 6.3:'6 6.8:6 6.88 6.36 6.:6 6.:'6 6.:3' 1.6666

+1 @%racción (o#ar; 6.3:6 6.866 6.86: 6.8186 6.8'6 6.8:6 6.836 6.66 6.'6 6.6 6.:136 1.6666

P @((>; '8. ':.6 '36.6 '31.16 '31.6 '3'.66 '31.:6 '.86 '.86 ''.66 '.6 '6.6

Bas %racciones (o#ares corresponden a #a acetona

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

Problema $ Jenceno + cic#o0e/ano %or(an un a5eótropo a '.? %racción (o#ar de $enceno a 88.3 °C + 836 (( de >. A esta te(peratura #as presiones de *apor de# $enceno + cic#o0e/ano puros son 8 (( de > + 8 (( de >. a; 4sando esta in%or(ación e/peri(enta# aa e# dia>ra(a de %ases para este siste(a a 88.3 °C. c; O$ten>a e# dia>ra(a de e"ui#i$rio a 88.3 °C. a; O$ten>a #os %actores de separación para cada par de %racciones (o#ares. Dar e# si>ni%icado de #os *a#ores de# coe%iciente de separación. Problema % E# e"ui#i$rio #)"uido-*apor de# siste(a $enceno-to#ueno a $aaseosa "ue contiene 6? (o#ar de $enceno + 86? (o#ar de to#ueno se en%r)a a 166 °C + 1 at( de presión tota# cu,# es #a %racción de #a (e5c#a "ue se #icua + cu,# #a co(posición de# #)"uido %or(ado. Repita e# c,#cu#o para una co(posición inicia# de #a (e5c#a >aseosa de 6? (o#ar de $enceno. Tabla #! Presiones de *apor de $enceno + to#ueno a 1 at( T @°C;  :6 : : 166 16

P9 $enceno @at(; 1.'3 1. 1.63 1.3 1.888 1.:8

P9 to#ueno @at(; 6.61 6. 6.36 6.3: 6.8' 6.'

Problema & Bos datos de e"ui#i$rio de #a Tabla $ para e# siste(a a>ua @A;-c#oro$enceno @J; piridina@C; a ' °C interpo#ados de #os de PeaKe + T0o(pson est,n dados en porcentaua - c#oro$enceno  piridina a ' °C  piridina @C; 6 11.6 1.: '.16 '.36 1. .6 6.36 :

Fase e/tracto c#oro$enceno. @J; ::.6 .' 8:.: 8.' 3:.1 3. 31  8.

a>ua @A;

piridina @C;

6.6 6.38 1.1 1.3' '.' '.8 .: 3. 1.'

6 .6' 11.6 1.:6 '. 3.16 .: .' :

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Fase re%inado c#oro$enceno. @J; 6.6 6.13 6.' 6. 6. 1. .1 .:6 8.

a>ua @A; ::.:' :.' .81 6.8' 8.:' 3'.6 6.8 8.:6 1.'



A so#*ente transportador J so#*ente de e/tracción C so#uto a; Gra%i"ue #os datos en e# e"ui#i$rio en #os si>uientes siste(as de coordenadas - Trian>u#ar +C @(asa C7(asa tota# E/tracto; *ersus + J @(asa J7(asa tota# E/tracto; + /C @(asa C7(asa tota# Re%inado ; *ersus /J @(asa J7(asa tota# Re%inado;. - Rectan>u#ar +C @(asa C7(asa tota# E/tracto ; *ersus /C @(asa C7(asa tota# Re%inado ;.  $; Ca#cu#e #a se#ecti*idad o coe%iciente de separación de# c#oro$enceno para separar #a  piridina de# a>ua. Dar e# si>ni%icado de #os *a#ores de# coe%iciente de separación. c; Gra%i"ue e# dia>ra(a de LanecKe N R @ (asa J7 (asa AC; Re%inado *ersus  R @(asa C7(asa AC;Re%inado + NE @ (asa J7 (asa AC; E/tracto *ersus R @(asa C7(asa AC; E/tracto.

Problema ' Considerar e# proceso de separación de ,cido ac2tico de una so#ución de acetato de *ini#o @a#i(ento; por e/tracción de# ,cido ac2tico en a>ua @a>ente de separación; a ' °C. A Acetato de *ini#o @so#*ente transportador; J A>ua @so#*ente de e/tracción; Ccido ac2tico @so#uto; Bas dos %ases #)"uidas parcia#(ente (isci$#es se ponen en contacto a>it,ndo#as para ##e*ar#as a# e"ui#i$rio + entonces se separan %)sica(ente en un sedi(entador de# "ue se e/traen #os  productos. En #a Fi>ura 1 @Danie#s Q A#$ert+; se presente e# dia>ra(a trian>u#ar de (isci$i#idad + datos de e"ui#i$rio @#)neas de unión; para este siste(a. E# punto P de# dia>ra(a @8? peso de acetato de *ini#o  3? en peso de ,cido ac2tico + '8 ? en peso de a>ua; corresponde a# punto cr)tico.

F()*ra 1! Datos de e"ui#i$rio de# siste(a acetato de *ini#o  ,cido ac2tico  a>ua a ' °C

a; Ca#cu#e #a se#ecti*idad o coe%iciente de separación de# a>ua para separar e# ,cido ac2tico de# acetato de *ini#o. Dar e# si>ni%icado de #os *a#ores de# coe%iciente de separación.  $; Representar >r,%ica(ente e# coe%iciente de separación *ersus #a %racción (o#ar  (o# ,cido ac2tico7 @(o# ,cido ac2tico  (o# de acetato de *ini#o; en e# re%inado-. Profesor responsable: Ing. Blanca Hintermeyer  Responsable de Trabajos Prácticos: Ing. Silvia M. Mir !.



Problema 1+ 4na (e5c#a #)"uida contiene ? (o#ar de na%ta#eno + :? (o#ar de $enceno. Ba (e5c#a es en%riada #enta(ente a presión constante. A "u2 te(peratura aparece una %ase só#ida&. Se puede considerar #a so#ución #)"uida co(o idea# + #a %ase só#ida tota#(ente in(isci$#e. Datos Te(. de %usión @; Ca#or de %usión @L7(o#;

 $enceno

na%ta#eno

'8.8

.

:

1:66

Problema 11 Construir #a cur*a de so#idi%icación idea# de# siste(a $enceno-0eptano + deter(inar #a te(peratura + co(posición de# punto eut2ctico. Se puede considerar #a so#ución #)"uida co(o idea# + #a %ase só#ida tota#(ente in(isci$#e. Datos Te(. de %usión @; Ca#or de %usión @L7(o#;

 $enceno

n-0eptano

'8.8

1'.3

:

1638

Problema 12 Ba F()*ra 2 es un dia>ra(a de %ases @C0i*ate Q S0a0; "ue (uestra #as condiciones de e"ui#i$rio de# siste(a (-creso#  p-creso#. Bas cur*as ##a(adas co(posiciones de so#ución (uestran #a te(peratura a #a "ue un só#ido en e"ui#i$rio puede coe/istir con cua#"uier  %racción (o#ar dada de (-creso# en e# #)"uido. Por de$aiones en e# dia>ra(a de %ases tienen rótu#os "ue indican #as dos %ases "ue coe/istir,n en e"ui#i$rio si #a co(posición >#o$a# de #as dos %ases co($inadas estu*iera dentro de #a re>ión correspondiente para una te(peratura particu#ar. Por e#o$a# %uese ? de (-creso# a 1 °C #as dos %ases presentes ser)an p-creso# só#ido + un #)"uido "ue contiene '8? de (-creso#. Bos puntos E 1 + E' de #a F()*ra 2 se conocen co(o puntos eut2cticos representan ()ni(os en e# >r,%ico de punto de con>e#ación %rente a #a co(posición. Para con>e#ar  co(p#eta(ente cua#"uier (e5c#a de (-creso# + p-creso# es necesario en%riar #a (e5c#a a una Profesor responsable: Ing. Blanca Hintermeyer  Responsable de Trabajos Prácticos: Ing. Silvia M. Mir !.

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te(peratura por de$a
F()*ra 2! Dia>ra(a de %ases para e# siste(a (-creso#  p-creso# a 1 at(

Por #o tanto #a %racción (o#ar de (-creso# en e# só#ido @/ s; en e"ui#i$rio es discontinua +  puede asu(ir só#o tres *a#ores. a; Ca#cu#ar e# %actor de separación α (-creso#  p-creso# @ /B7/s(-creso# 7 /B7/s p-creso#; .  $; Representar >r,%ica(ente α (-creso#  p-creso# *ersus /B.

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