Este documento presenta la resolución de dos problemas de separación de equilibrio. El primero analiza si es factible realizar una separación a 90°C de una mezcla de agua, acetona y ácido acético, concluyendo que no es posible debido a que la temperatura es inferior a la de burbuja. El segundo calcula las composiciones de las corrientes resultantes al separar una mezcla de butano, pentano y hexano a 250°F, obteniendo las fracciones liquida y vapor.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
INGFENERIA QUIMICA
OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA
DE MASA EN
EQUILIBRIO I
SOLUCIONARIO DE LA CUARTA EVALUACION PARCIAL
2017-I
TORRES CARDENAS RAUL JERSON
2013200711L

2. 1.-Se ha de someter a una separación de equilibrio a 2 atm de presión, una mezcla que
contienen 20% mol de agua, 30%mol de acetona y 50%mol de Ácido acético si se propone
realizarlatemperatura de FLASHEOa unatemperatura de90°C. Decide y justificasi seefectúa
no la operación
COMPONENTE ANTA ANTB ANTC
AGUA 18.3036 3816.44 -46.13
ACETONA 16.6513 2940.46 -35.93
AC ACETICO 16.808 3405.53 -56.34
SOLUCION
MÉTODO 1.-Tomando base de cálculo de 100 mol
A una temperatura de FLASHEO 𝑇𝑓 = 90 + 273 = 363𝐾
Y a una Presión de 2 𝑎𝑡𝑚 = 2 ∗ (760) = 1520𝑚𝑚𝐻𝑔
COMPONENTE 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖 𝑃𝑠𝑎𝑡 𝑘𝑖 𝑥𝑖 𝑦𝑖
AGUA 0.2 522.914433 0.34402265 0.06880453 0.58135706
ACETONA 0.3 2123.8635 1.39727862 0.41918359 0.21470306
AC ACETICO 0.5 299.696247 0.19716858 0.09858429 2.53590096
∑ 𝑥𝑖; 𝑦𝑖 0.58657241 3.33196109
𝑓( 𝑇𝑓) = ∑ 𝑘 𝑖 ∗ 𝑥𝑖 − 1 > 0 Nose cumple porlotantose encuentrapordebajode laT.P.Burbuja
Podemosnotarque la temperaturaasignadade 90°C no llega a la temperaturade burbujapor
lo cual no se generaevaporación,oesconsiderable casi cero por locual no se recuperaranada
en fase vapor

3. MÉTODO 2.- se tomalas componentesyse identificamediante elpostuladode 𝐿 y 𝑉 enfunción
de las corrientes
Determinada el 𝑘𝑖 y el 𝑓𝑖 a la temperatura mostrada
Determinamos el
𝑓𝑖
(𝑘 𝑖∗
𝑉
𝐿
+1)
= 𝑙 𝑖 … .(2)
Iteración b.1
L 50 V 50
base de calculo 100
𝐶𝑂𝑀𝑃𝑂𝑁𝐸𝑁𝑇𝐸 𝑓𝑖 𝑘𝑖 𝑙𝑖 en (2)
AGUA 20 0.34402265 14.8807016
ACETONA 30 1.39727862 12.51419
AC ACETICO 50 0.19716858 41.7652123
suma 69.1601038
Iteración b.2
L 40 V 60
base de calculo 100
𝐶𝑂𝑀𝑃𝑂𝑁𝐸𝑁𝑇𝐸 𝑓𝑖 𝑘𝑖 𝑙𝑖 𝑒𝑛 (2)
AGUA 20 0.34402265 13.1923164
ACETONA 30 1.39727862 9.69017936
AC ACETICO 50 0.19716858 38.5876049
suma 61.4701007
Iteración b.3
L 80 V 20
base de calculo 100
COMPONENTE fi ki li
AGUA 20 0.34402265 18.4161102
ACETONA 30 1.39727862 22.233427
AC ACETICO 50 0.19716858 47.6511715
suma 88.3007087
Iteración b.4
L 95 V 5
base de calculo 100
COMPONENTE fi ki li
AGUA 20 0.34402265 19.6443112
ACETONA 30 1.39727862 27.9449044
AC ACETICO 50 0.19716858 49.4864644
suma 97.0756799
Iteración b.4

4. L 99.98 V 0.02
base de calculo 100
COMPONENTE fi ki li
AGUA 20 0.34402265 19.9986237
ACETONA 30 1.39727862 29.991617
AC ACETICO 50 0.19716858 49.998028
suma 99.9882687
Como podemosobservarseevaporapequeñacantidadcasiconsiderableen 0 ten ínfimo,debido
a que todo liquido se evapora cuando salede su temperatura de solidificación por lo cual no es
efectivo usar las condiciones anteriores
2.-Una mezcla que contiene 20%mol de n-butano, 50%mol de n-pentano y 30%mol de n-
hexano se alimenta una cantidad de 200kmola un sistema de vaporización en equilibrio
obteniendounproductodeequilibrioa250°F,si serecuperael 90% de n-Hexanoenlacorriente
liquida residual, calcula las composiciones de las corrientes que resultan de la separación.
COMPONENTE ANTA ANTB ANTC
n-BUTANO 15.6782 2154.9 -34.42
n-PENTANO 15.8333 2477.07 -39.94
n-HEXANO 15.8366 2697.95 -48.78
SOLUCION:
Para determinar la solución debemos encontrar la presión de FLASHEO
Postulamos una presión de FLASHEO 5000mmHg
𝑙𝑛( 𝑃𝑖
𝑠𝑎𝑡) = 𝐴𝑁𝑇𝐴𝑖 −
𝐴𝑁𝑇𝐵𝑖
𝐴𝑁𝑇𝐶𝑖 + 𝑇
… (1)
𝑘𝑖 =
𝑃𝑖
𝑠𝑎𝑡
𝑃𝑠𝑖𝑠
…(2)
𝑇 = 250°𝐹 = 394.261𝐾
𝐶𝑂𝑀𝑃𝑂𝑁𝐸𝑁𝑇𝐸 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖 𝑝𝑠𝑎𝑡 (1) 𝑘𝑖 (2) 𝑦𝑖 = 𝑘𝑖 ∗ 𝑥𝑖 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖/𝑘𝑖
n-BUTANO 0.2 16150.7498 3.23014996 0.64602999 0.06191663
n-PENTANO 0.5 6920.66018 1.38413204 0.69206602 0.36123721
n-HEXANO 0.3 3063.59016 0.61271803 0.18381541 0.48962163
∑ 𝑦𝑖; 𝑥𝑖 1.52191142 0.91277547
Condición que se cumple cuando
𝑓( 𝑇𝑓) = ∑ 𝑘 𝑖 ∗ 𝑥 𝑖 − 1 > 0
Si ∑ 𝑘 𝑖 ∗ 𝑥𝑖 es la temperatura de burbuja
𝑓( 𝑇𝑓) = ∑
𝑦𝑖
𝑘 𝑖
− 1 > 0

5. Estas dos condiciones no se cumplen simultáneamente se postula otra presión del sistema
Postulamos una presión de FLASHEO 6000 mmHg
𝐶𝑂𝑀𝑃𝑂𝑁𝐸𝑁𝑇𝐸 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖 𝑝𝑠𝑎𝑡 𝑘𝑖 𝑦𝑖 = 𝑘𝑖 ∗ 𝑥𝑖 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖/𝑘𝑖
n-BUTANO 0.2 16150.7498 2.69179164 0.53835833 0.07429996
n-PENTANO 0.5 6920.66018 1.15344336 0.57672168 0.43348466
n-HEXANO 0.3 3063.59016 0.51059836 0.15317951 0.58754595
∑ 𝑦𝑖; 𝑥𝑖 1.26825952 1.09533057
Condición que se cumple cuando
𝑓( 𝑇𝑓) = ∑ 𝑘 𝑖 ∗ 𝑥 𝑖 − 1 > 0
Si ∑ 𝑘 𝑖 ∗ 𝑥𝑖 es la temperatura de burbuja
𝑓( 𝑇𝑓) = ∑
𝑦𝑖
𝑘 𝑖
− 1 > 0
Se cumple simultáneamente entonces tomamos dicha presión del sistema
𝑓𝑖
(𝑘 𝑖 ∗
𝑉
𝐿
+ 1)
= 𝑙𝑖 … .. (3)
Se despeja
𝑉
𝐿
𝑉
𝐿
=
𝑓𝑖 − 𝑙 𝑖
𝑘 𝑖 ∗ 𝑙 𝑖
…(4)
Conociendo el valor de 𝑙𝑖 = 54 𝑘𝑚𝑜𝑙 y el 𝑓𝑖 = 60; usando el 𝑘𝑖 a una presión de 6000 mmHg
𝑉
𝐿
= 0.21760961
Determinamos las corrientes residuales con la ecuación (3)
𝑣𝑖 = 𝑓𝑖 − 𝑙𝑖 … (5)

6. 𝐶𝑂𝑀𝑃𝑂𝑁𝐸𝑁𝑇𝐸 𝑓𝑖 𝑘𝑖 𝑙𝑖 𝑣𝑖
n-BUTANO 40 2.69179164 25.2245023 14.7754977
n-PENTANO 100 1.15344336 79.936028 20.063972
n-HEXANO 60 0.51059836 54 6
𝐿 = ∑ 𝑙𝑖 = 159.16053
𝑉 = ∑ 𝑙𝑖 = 40.8394698