9.4 treybal
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7/14/2019 9.4 treybal
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PROBLEMA 9.4 LOS DATOS VAPOR LIQUIDO EN EL EQUILIBRIO A 1 ATM ABS,
LOS CALORES DE SOLUCION, LAS CAPACIDADES CALORIFICAS Y LOS CALORES
LATENTES DE EVAPORACION PARA EL SISTEMA "ACETONA-AGUA" SON:
x fracción molde acetona en
el líquido
Calor int. De sol.A 15 °C, kJ/kmol
sol
y* fracción mol
en equil. Deacetona en el
vapor
temperatura
vapor líquido °C
Capac. Calor. A17.2 °C, kJkg sol,
°C
Peso
molecular de
la mezclakg/kmol (liq)
Peso
molecular de
la mezclakg/kmol (vap)
cap caloracetona,
kJ/kg.°C
0.0000 0 0.000 100.000 4.187 18.0160 18.0160 2.452
0.0100 -95.8 0.253 91.700 4.179 18.4166 28.1522 2.425
0.0200 -188.4 0.425 86.600 4.162 18.8173 35.0432 2.408
0.0500 -447.3 0.624 75.700 4.124 20.0192 43.0159 2.372
0.1000 -668.7 0.755 66.600 4.020 22.0224 48.2643 2.343
0.1500 -770 0.798 63.400 3.894 24.0256 49.9871 2.333
0.2000 -786 0.815 62.200 3.810 26.0288 50.6682 2.329
0.3000 -719 0.830 61.000 3.559 30.0352 51.2691 2.326
0.4000 -509 0.839 60.400 3.350 34.0416 51.6297 2.3240.5000 -350.1 0.849 60.000 3.140 38.0480 52.0303 2.323
0.6000 -252.6 0.859 59.500 2.931 42.0544 52.4310 2.321
0.7000 -179.3 0.874 58.900 2.763 46.0608 53.0319 2.319
0.8000 -124.2 0.898 58.200 2.554 50.0672 53.9935 2.317
0.9000 -69.6 0.935 57.500 2.387 54.0736 55.4758 2.315
0.9500 -37.7 0.963 57.000 2.303 56.0768 56.5976 2.314
1.0000 0 1.000 56.500 2.22 58.0800 58.0800 2.312
T, °C
cap calor
acetona,
kJ/kg.°C
Calor lat. De
evap., kJ/kg T, °C
cap calor
agua,
cal/g °C
cap calor
agua,
kJ/kg °C T, °F
Calor lat. De
evap. agua,
Btu/lb20.0 2.22 1013 20 0.99947 4.185 70 1054.048
37.8 2.26 976 38 0.99864 4.181 100 1037.101
65.6 2.34 917 66 1.00079 4.190 150 1008.15
93.3 2.43 863 93 1.00574 4.211 200 977.91
100.0 850 100 1.00763 4.219 212 970.33
CALCULE LAS ENTALPIAS DE LOS LIQUIDOS Y VAPORES SATURADOS CON LA
RELACION ACETONA-AGUA A 15 ºC Y GRAFIQUE EL DIAGRAMA DE ENTALPIA
CONCENTRACION, A 1 atm abs. TENGASE PRESENTE LO ANTERIOR PARA
UTILIZARLO EN LOS PROBLEMAS 9.5, 9.6 Y 9.9
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-900
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
0.0000 0.5000 1.0000 1.5000
y = 2612.6x3 - 6302.4x2 + 5590.1x -1900.4
R² = 0.9999
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
0.0000 0.5000 1.0000 1.5000
y = -85262x3 + 53995x2 - 11357x + 7.5268R² = 0.9995
-900
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500
y = -9.7340E-08x3 + 2.5839E-05x2 + 1.0053E-
03x + 2.1903E+00
R² = 1.0000E+00
2.2
2.252.3
2.35
2.4
2.45
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
A x i s T i t l e
Axis Title
Capacidad Calorifica de la acetona a 17.2 °C, kJkg sol, °C
y = -2.0391x + 1,052.9585
R² = 0.9997
800
850
900
950
1000
1050
0.0 50.0 100.0 150.0
A x i s
T i t l e
Axis Title
Calor latente de evaporación de la acetona
en kJ/kg
4.175
4.180
4.185
4.190
4.195
4.200
4.205
4.210
4.215
4.220
4.225
0 20 40 60 80
A x i s T i t l e
Axis Title
y = -0.00186x2 - 2.24058x +
2,499.83244
R² = 1.00000
2200.0
2250.0
2300.0
2350.0
2400.0
2450.0
2500.0
0.0 50.0 100.0 150.0
A x i s T i t l e
Axis Title
Calor latente de evap. Agua kJ/kg
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Calor lat. De
evap., kJ/kg
cap caloragua,
kJ/kg °C
calor lat evap
agua
x fracción peso
acetona líquido
y fracción peso
acetona, vapor Hliq kJ/kg Hvap kJ/kg Hliq kJ/kmol
849.0 4.2185 2257.17444 0.000000 0.000000 346.68 2606.47 6245.85
866.0 4.2100 2278.73072 0.031537 0.521957 306.13 1785.55 5637.97
876.4 4.2052 2291.84903 0.061730 0.704388 278.83 1498.79 5246.84
898.6 4.1962 2319.56182 0.145061 0.842523 218.91 1277.95 4382.41
917.2 4.1902 2342.35967 0.263731 0.908547 168.22 1171.59 3704.68
923.7 4.1885 2350.30329 0.362613 0.927197 147.85 1141.57 3552.27
926.1 4.1878 2353.27232 0.446275 0.934220 141.25 1130.33 3676.64
928.6 4.1872 2356.236 0.580119 0.940262 131.95 1120.59 3963.01
929.8 4.1870 2357.71583 0.682459 0.943820 129.77 1114.93 4417.50930.6 4.1868 2358.70164 0.763246 0.947715 125.19 1108.86 4763.25
931.6 4.1865 2359.93307 0.828641 0.951550 117.97 1102.84 4961.36
932.9 4.1863 2361.40955 0.882659 0.957195 111.32 1094.05 5127.66
934.3 4.1860 2363.13042 0.928033 0.965966 102.23 1080.52 5118.58
935.7 4.1857 2364.84947 0.966682 0.978891 94.91 1060.76 5132.06
936.7 4.1855 2366.07624 0.983936 0.988222 90.99 1046.52 5102.30
937.7 4.1853 2367.30209 1.000000 1.000000 87.25 1028.61 5067.25
T, °C
Calor lat. De
evap. agua,
kJ/kg21.1 2451.8
37.8 2412.4
65.6 2345.0
93.3 2274.7
100.0 2257.1
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100 120
Series1
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Hvap kJ/kmol
46916.41
50215.05
52463.00
54904.87
56473.53
56989.77
57196.87
57376.58
57487.7857618.26
57746.36
57942.50
58263.13
58767.22
59149.80
59659.50
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
E n t a l p í a k J / k g
Fracción peso de acetona
Diagrama de equilibrio Entalpía contra concentración.
Sistema Acetona-Agua a 760 mm Hg. kJ/kg vs f. peso
y = -1,090.51x6 + 3,601.92x5 - 4,316.32x4 + 2,290.00x3 - 542.70x2 +14.26x + 100.00
R² = 1.00
80.000
100.000
120.000
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y = 3441.5x6 - 11728x5 + 15639x4 - 10315x3 + 3499.3x2 - 577.19x +
97.986
R² = 0.9956
0.000
20.000
40.000
60.000
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.00
A x i s T i t l e
Axis Title
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-60000
-40000
-20000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000
E n t a l p í a k J / k
m o l
Fracción mol de acetona
Diagrama de equilibrio Entalpía contra concentración.
Sistema Acetona-Agua a 760 mm Hg. kJ/kmol vs f. mol
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00
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Se van a fraccionar diez mil libras por hora de una solución de acetona agua, que contiene 25 %
en peso de acetona, a 1 atm de presión. Se desea recuperar 99.5 % de la acetona en el destilado a
una concentración de 99.0 % en peso. La alimentación se va a tener a 26.7 °C (80 °F) y se va a
precalentar mediante un intercambio de calor con el producto residual del fraccionador, que a su
vez se va a enfriar a 51.7 °C (125 °F). Los vapores destilados se van a condensar y enfriar a 37.8 °C
mediante agua de enfriamiento que entra a 26.7 °C y sale a 40.6 °C. El reflujo se va a regresar a
37.8 °C con una relación de reflujo Lo/D = 1.8. Se va a utilizar vapor vivo, a 70kN/m2, en la base dela torre. La torre va a estar aislada para reducir la pérdida calorífica a valores despreciables. Las
propiedades físicas se dan en el problema 9.4. Calcule:
a) El flujo y composición del destilado y reflujo, por hora.
b) La carga calorífica del condensador y el flujo de agua de enfriamiento, por hora.
c) El flujo del vapor y del residuo y la composición del residuo, por hora.
d) La entalpía de la alimentación al entrar en la torre y su condición (expresada cuantitativamente)
e) El número de platos ideales requeridos si la alimentación se introduce en la óptima ubicación.
Utilizar papel para graficar grande y un lápiz afilado. Resp. 13.1
f) El flujo, kg/h, del líquido y del vapor en el plato superior, en x= 0.6, 0.1, 0.025 y en el plato
inferior. Para una torre de diámetro uniforme, las condiciones del plato que controla el diámetro,
si el criterio en un límite del 75 % a la inundación.
10000 lb/h
25 % acetona
Ta= 26.7 °C
Se recupera el 99.5 % de la
acetona
xD= 99 %TR2 = 51.7 °C
TLo= 37.8 °C
Lo/D = 1.8
Agua de enfriamiento
TE = 26.7 °C
Vapor a 70 kN/m2
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x fracción mol
de acetona en
el líquido
Calor int. De sol.
A 15 °C, kJ/kmol
sol
y* fracción mol
en equil. De
acetona en el
vapor
temperatura vapor
líquido °C
Capac. Calor. A 17.2
°C, kJkg sol, °C
Peso
molecular de
la mezcla
kg/kmol (liq)
Peso molecular de
la mezcla kg/kmol
(vap)
0.0000 0 0.000 100.000 4.187 18.0160 18.0160
0.0100 -95.8 0.253 91.700 4.179 18.4166 28.1522
0.0200 -188.4 0.425 86.600 4.162 18.8173 35.04320.0500 -447.3 0.624 75.700 4.124 20.0192 43.0159
0.1000 -668.7 0.755 66.600 4.020 22.0224 48.2643
0.1500 -770 0.798 63.400 3.894 24.0256 49.9871
0.2000 -786 0.815 62.200 3.810 26.0288 50.6682
0.3000 -719 0.830 61.000 3.559 30.0352 51.2691
0.4000 -509 0.839 60.400 3.350 34.0416 51.6297
0.5000 -350.1 0.849 60.000 3.140 38.0480 52.0303
0.6000 -252.6 0.859 59.500 2.931 42.0544 52.4310
0.7000 -179.3 0.874 58.900 2.763 46.0608 53.0319
0.8000 -124.2 0.898 58.200 2.554 50.0672 53.9935
0.9000 -69.6 0.935 57.500 2.387 54.0736 55.4758
0.9500 -37.7 0.963 57.000 2.303 56.0768 56.5976
1.0000 0 1.000 56.500 2.22 58.0800 58.0800
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Alimentación:
F= 10000 lb/h
4536 kg/h
Ta= 26.7 °C
xa= 25 % peso
AcetonaF*xa= 1133.99 kg/h de acetona en la alimentación
Acetona al destilado
F*xa*0.995= 1128.32 kg/h de acetona en el destilado
Acetona en el residuo
F*xa-F*xa*0.995= 5.67 kg/h de acetona en el residuo
Flujo de destilado
xD= 99 % peso de acetona en el destilado
D*xD = F*xa*0.995
D = F*xa*0.996/xD = 1139.72 kg/h de destilado
Flujo de Residuo
R = F-D = 3396 kg/h de residuo
xR= F*xa-F*xa*0.995/R 0.001669 f. peso
xR = 0.1669 % peso acetona en el residuo
Reflujo
RD = Lo/D = 1.8
Lo = RD*D= 2051.50 kg/h de reflujo
composición y temperatura igual al destilado
Carga al condensador
QC= D[(RD+1)*HG1-RD*HLo-HD]
Para y1 = xD = xLo 0.99 f. peso
HG1= 1044 kJ/kg
HD saturación 88.8 kJ/kg
TD saturación 56.8 °C
TD 37.8 °CCp 2.27 kJ/kg sol °C
HD=Hlo=HD sat - cp(TDsat-TD)= 45.67 kJ/kg
QC= 3185886.1 kJ/h
760935.822 Kcal/hr
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cap calor
acetona,
kJ/kg.°C
Calor lat. De
evap., kJ/kg
cap calor
agua,
kJ/kg °C
calor lat evap
agua
x fracción peso
acetona líquido
y fracción peso
acetona, vapor Hliq kJ/kg
2.452 849.0 4.2185 2257.17444 0.000000 0.000000 346.68
2.425 866.0 4.2100 2278.73072 0.031537 0.521957 306.13
2.408 876.4 4.2052 2291.84903 0.061730 0.704388 278.832.372 898.6 4.1962 2319.56182 0.145061 0.842523 218.91
2.343 917.2 4.1902 2342.35967 0.263731 0.908547 168.22
2.333 923.7 4.1885 2350.30329 0.362613 0.927197 147.85
2.329 926.1 4.1878 2353.27232 0.446275 0.934220 141.25
2.326 928.6 4.1872 2356.236 0.580119 0.940262 131.95
2.324 929.8 4.1870 2357.71583 0.682459 0.943820 129.77
2.323 930.6 4.1868 2358.70164 0.763246 0.947715 125.19
2.321 931.6 4.1865 2359.93307 0.828641 0.951550 117.97
2.319 932.9 4.1863 2361.40955 0.882659 0.957195 111.32
2.317 934.3 4.1860 2363.13042 0.928033 0.965966 102.23
2.315 935.7 4.1857 2364.84947 0.966682 0.978891 94.91
2.314 936.7 4.1855 2366.07624 0.983936 0.988222 90.99
2.312 937.7 4.1853 2367.30209 1.000000 1.000000 87.25
1020.00
1030.00
1040.00
1050.00
1060.00
1070.00
1080.00
1090.00
0.96000.97000.98000.99001.0000
A x i s T i t l e
Axis Title
85.00
90.00
95.00
100.00
105.00
0.9000 0.9500 1.0000
A x i s T i t l e
Axis Title
56.000
56.500
57.000
57.500
58.000
58.500
0.92000.94000.96000.98001.0000
A x i s T i t l e
Axis Title
2.200
2.250
2.300
2.350
2.400
2.450
2.500
2.550
2.600
0.9200 0.9400 0.9600 0.9800 1.0000
A x i s T i t l e
Axis Title
7/14/2019 9.4 treybal
http://slidepdf.com/reader/full/94-treybal 13/14
Flujo de agua
TE= 26.7 °C
TS= 40.6 °C
Cp H20 4.184 kJ/kg °C
0.9993 Kcal/kg
Qagua=QC = Wcp(TS-TE)
W=QC/cp(TS-TE) = 54780.22 kg/h
Balance de calor a la alimentación
Carga del rehervidor
QB=D*HD + R*HR + QC + F*HF
Vapor
P= 70 kN/m2
70000 Pa
0.7138 kg/cm2
10.4925
25.1925 lb/plg2
p t hl hv
20 227.96 196.27 1156.330 250.34 218.9 1164.1
25.2 239 207.5 1160.2
Calor latente del vapor 952.7 Btu/lb
529.28 kcal/kg
2215.99474 KJ/kg
7/14/2019 9.4 treybal
http://slidepdf.com/reader/full/94-treybal 14/14
Hvap kJ/kg Hliq kJ/kmol Hvap kJ/kmol
2606.47 6245.85 46916.41
1785.55 5637.97 50215.05
1498.79 5246.84 52463.001277.95 4382.41 54904.87
1171.59 3704.68 56473.53
1141.57 3552.27 56989.77
1130.33 3676.64 57196.87
1120.59 3963.01 57376.58
1114.93 4417.50 57487.78
1108.86 4763.25 57618.26
1102.84 4961.36 57746.36
1094.05 5127.66 57942.50
1080.52 5118.58 58263.13
1060.76 5132.06 58767.22
1046.52 5102.30 59149.80
1028.61 5067.25 59659.50