problemario de procesos de separación unidad 1

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y
BIOQUÍMICA
Materia:
PROCESOS DE SEPARACIÓN III
Tarea:
Problemario Unidad 1
Presenta:
Elisa Velasco Vasquez
Asesor: Manolo Luis González Jiménez
Oaxaca de Juárez, Oaxaca a 26 de abril del 2022

2. 1.- Un líquido que contiene 60 moles de % de tolueno y 40 moles de % de benceno entra
como alimentación continúa a una unidad de destilación de una sola etapa que opera presión
atmosférica. ¿Qué porcentaje del benceno contenido en la alimentación sale con el vapor si
el 90% del tolueno que entra con la alimentación sale con el líquido? Supóngase una
volatilidad relativa de 2.3 y obtenga la solución gráficamente.

3. 2.-Una mezcla equimolar de benceno y tolueno ha de destilarse en una columna a la presión
atmosférica. La alimentación se introduce, como vapor, el destilado ha de contener 98 moles
de % de benceno, mientras que las colas contendrán 2 moles de % de Benceno. Utilizando el
método de Ponchon Savarit calcular:
a) El número de platos teóricos que se necesitan si se utiliza una relación de reflujo de
0.80.
b) Las cargas de calor en el condensador y en el ebullidor.

4. 3.- Se desea destilar una alimentación de etanol-agua que contiene 60% en peso de etanol a
presión atmosférica, para obtener un destilado que contenga 85% en peso de etanol y un
residuo que contenga 2% en peso de etanol. La velocidad de alimentación es de 10000 kg/h
y su entalpia es de 116.3 KJ/Kg. Determinar con el método de Ponchon Savarit determinar:
a. Calcule las cantidades de destilado y residuo
b. Determine la razón de reflujo mínimo
c. Usando 2.0 veces la razón de reflujo mínimo, determine el número teórico de platos
que se necesitan.
d. Calcula las cargas de calor en el condensador y del hervidor
e. Determine el número mínimo de platos teóricos con reflujo total
Datos (A= Etanol, B=Agua)
𝐹 = 10000 𝐾𝑔/ℎ
𝑧𝐹 = 0.6
𝑥𝑊 = 0.02
𝑧𝐷 = 0.85

5. a) Calcule las cantidades de destilado y residuo
(I) Balance de Materia total
𝐹 = 𝐷 + 𝑊
(II.1)
(II) Balance del componente
𝑧𝐹𝐹 = 𝑧𝐷𝐷 + 𝑥𝑊𝑊
(II.2)
Despejamos D de la ecuación (II.1) y la sustituimos en la ecuación (II.2)
𝐷 = (
𝑧𝐹 − 𝑥𝑊
𝑧𝐷 − 𝑥𝑊
) 𝐹 = 6987.95
𝐾𝑔
ℎ
𝑊 = 3012.05
𝐾𝑔
ℎ
b. Determine la razón de reflujo mínimo
𝑧𝐹 = 0.6
𝑦𝐹 = 0.79
En el diagrama H-xy extrapolamos la recta de reparto hasta cortar con 𝑧𝐷 y leemos
𝑄𝐶𝑚𝑖𝑛
′
= 1736
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Leemos en el Diagrama, esos valores:
𝐻𝑉1
= 1368.4
𝐻𝐿0
= 263.15
𝑅𝑚𝑖𝑛 =
𝑄𝐶𝑚𝑖𝑛
′
− 𝐻𝑉1
𝐻𝑉1
− 𝐻𝐿0
= 0.332
c. Usando 2.0 veces la razón de reflujo mínimo, determine el número teórico de platos
que se necesitan.
Si 𝑅 = 2.0𝑅𝑚𝑖𝑛
𝑅 = 2(0.332) = 0.664

6. 𝑅 =
𝑄𝐶
′
− 𝐻𝑉1
𝐻𝑉1
− 𝐻𝐿0
𝑄𝐶
′
= 2102.286
Localizamos en el diagrama H-xy
∆𝐷{
𝑧𝐷 = 0.85
𝑄𝐶
′
= 2,102.86
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Extrapolamos la recta ∆𝐷, 𝐹 hasta llegar a 𝑥𝑊 así encontramos ∆𝑊
∆𝑊{
𝑥𝑊 = 0.02
𝑄𝐵
′
= −4000
𝐾𝐽
𝐾𝑔
Número de etapas: 6
d. Calcula las cargas de calor en el condensador y del hervidor:
𝑄𝐶
′
= 𝐻𝐷 +
𝑄𝐶
𝐷
𝑄𝐶
′
= 2,102.86
𝐾𝐽
𝐾𝑔
𝐻𝐷 = 258.4
D = 6987.95
𝐾𝑔
ℎ
𝑄𝐵
′
= 𝐻𝑊 −
𝑄𝐵
𝑊
𝑄𝐵
′
= −4000
𝐾𝐽
𝐾𝑔
𝐻𝑊 = 314
𝐾𝐽
𝐾𝑔
𝑊 = 3012.05
𝐾𝑔
ℎ
e. Determine el número mínimo de platos teóricos con reflujo total
4 etapas
Qc = 12,888,994 KJ/h
QB = 12,993,983.7 KJ/h

7. 4.- Una alimentación liquida de 100 kg mol/h de benceno-tolueno en el punto de ebullición
contiene 55% mol de benceno y 45% mol de tolueno. Se destila a presión atmosférica para
dar un destilado de 0.98 y un residuo de 0.04. Utilizando una razón de reflujo de 1.3 veces el
mínimo, calcular por el método de Ponchon-Savarit.
a. Determine el número teórico de platos necesarios
b. Calcule las cargas de calor en el condensador y en el hervidor
c. Determine el número mínimo de platos teóricos a reflujo total
Datos (A= benceno, B=Tolueno)
𝐹 = 100 Kgmol/h
𝑧𝐹 = 0.55
𝑥𝑊 = 0.04
𝑧𝐷 = 0.98
(I) Balance de Materia total
𝐹 = 𝐷 + 𝑊
(II.1)
(II) Balance del componente
𝑧𝐹𝐹 = 𝑧𝐷𝐷 + 𝑥𝑊𝑊

8. (II.2)
Despejamos D de la ecuación (II.1) y la sustituimos en la ecuación (II.2)
𝐷 = (
𝑧𝐹 − 𝑥𝑊
𝑧𝐷 − 𝑥𝑊
) 𝐹 = 54.25
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑊 = 45.75
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
a. Determine el número teórico de platos necesarios Utilizando una razón de
reflujo de 1.3 veces el mínimo:
b. 𝑧𝐹 = 0.55
c. 𝑦𝐹 = 0.76
d. En el diagrama H-xy extrapolamos la recta de reparto hasta cortar con 𝑧𝐷 y leemos
e. 𝑄𝐶𝑚𝑖𝑛
′
= 67,500
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
f. Leemos en el Diagrama, esos valores:
g. 𝐻𝑉1
=32,500
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
h. 𝐻𝐿0
= 1430
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
𝑅𝑚𝑖𝑛 =
𝑄𝐶𝑚𝑖𝑛
′
− 𝐻𝑉1
𝐻𝑉1
− 𝐻𝐿0
= 1.12
Si 𝑅 = 1.3𝑅𝑚𝑖𝑛
𝑅 = 1.3(1.12) = 1.456
𝑅 =
𝑄𝐶
′
− 𝐻𝑉1
𝐻𝑉1
− 𝐻𝐿0
𝑄𝐶
′
= 77,740
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
Localizamos en el diagrama H-xy
∆𝐷{
𝑧𝐷 = 0.98
𝑄𝐶
′
= 77,740
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
Extrapolamos la recta ∆𝐷, 𝐹 hasta llegar a 𝑥𝑊 así encontramos ∆𝑊
∆𝑊{
𝑥𝑊 = 0.04
𝑄𝐵
′
= −102,700
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
Número de etapas: 15

9. b) Calcula las cargas de calor en el condensador y del hervidor:
𝑄𝐶
′
= 𝐻𝐷 +
𝑄𝐶
𝐷
𝑄𝐶
′
= 77,740
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
𝐻𝐷 = 1428.57
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
D = 54.25
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑄𝐵
′
= 𝐻𝑊 −
𝑄𝐵
𝑊
𝑄𝐵
′
= −102,700
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
𝐻𝑊 = 2142.857
𝐾𝐽
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
𝑊 = 45.75
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
c. Determine el número mínimo de platos teóricos a reflujo total
8 etapas
Qc = 4,139,895.077 KJ/h
QB = 4,796,560.708 KJ/h

10. 5.- Una columna de rectificación se alimenta con 100 kg mol/h de una mezcla de 50% mol
de benceno y 50% mol de tolueno a presión atmosférica. La alimentación es un líquido en su
punto de ebullición. El destilado debe contener el 90% mol de benceno y el residuo 10 %
mol de benceno. Con un reflujo de 4.52. Calcule los kg mol/h de destilado, el residuo y el
número de platos teóricos por medio del método de McCabe-Thiele.
Datos (A=Benceno, B=Tolueno)
𝐹 = 100
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑧𝐹 = 0.50
𝑥𝑊 = 0.1
𝑧𝐷 = 0.90
a) Cantidad de destilados y fondos
COLUMNA COMPLETA
(I) Balance de Materia total
𝐹 = 𝐷 + 𝑊
(II.1)
(II) Balance del componente
𝑧𝐹𝐹 = 𝑧𝐷𝐷 + 𝑥𝑊𝑊
(II.2)

11. Despejamos D de la ecuación (II.1) y la sustituimos en la ecuación (II.2)
𝐷 = (
𝑧𝐹 − 𝑥𝑊
𝑧𝐷 − 𝑥𝑊
) 𝐹 = (
0.5 − 0.1
0.90 − 0.1
) (100
𝐾𝑔 𝑚𝑜𝑙
ℎ
) = 50
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
De la ecuación (II.1) despejamos 𝑊
𝑊 = 100
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
− 50
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
= 50
𝐾𝑔 𝑚𝑜𝑙
ℎ
b) Número de platos teóricos
c) Si R= 4.52
𝑅𝑖 =
𝑅
𝑅 + 1
=
4.52
4.52 + 1
= 0.818
La pendiente de la L.O.E.
𝑚𝐿.𝑂.𝐸 = (
𝐿
𝑉
) = 𝑅𝑖 = 0.818
𝑦 =
𝑧𝐷
𝑅 + 1
=
0.90
4.52 + 1
= 0.163
Podemos sacar la ecuación de la pendiente… y trazar la recta
Con ayuda de la ecuación L podemos obtener
𝑦2 = 0.818(𝑥2 − 𝑧𝐷) + 𝑧𝐷
Dado que se trata de una mezcla líquida en el punto de burbuja, decimos que q=1 y se observa
como una línea recta vertical en la gráfica.
X2 Y2
0 0.1638
0.1 0.2456
0.2 0.3274
0.3 0.4092
0.4 0.491
0.5 0.5728
0.6 0.6546
0.7 0.7364
0.8 0.8182
0.9 0.9
1 0.9818

12. Observamos también el punto de intersección de la L.O.E con la de alimentación y vemos
que las coordenadas Xa y Ya corresponden a:
Xa= 0.5
Ya= 0.57
Podemos entonces determinar la pendiente de la recta que une el punto q y el origen de la
L.O.A considerando que:
X1 y Y1 = 0.1
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.28
0.32
0.36
0.4
0.44
0.48
0.52
0.56
0.6
0.64
0.68
0.72
0.76
0.8
0.84
0.88
0.92
0.96
1
0 0.040.080.120.16 0.2 0.240.280.320.36 0.4 0.440.480.520.56 0.6 0.640.680.720.76 0.8 0.840.880.920.96 1
Benceno-Tolueno

13. Por lo tanto
m=(y2-y1) /(x2-x1)
m= 1.14
Y dado que, para la sección de agotamiento:
Entonces:
𝐿
𝐿 − 𝑊
= 1.175
𝐿 = (1.175)(𝐿 − 50)
𝐿 = 1.175𝐿 − 58.75
1.175𝐿 − 𝐿 = 58.75
𝐿(1.175 − 1) = 58.75
𝐿 =
58.75
1.175 − 1
= 335.714
Sustituyendo este valor en:
XA L.O.A
0
-
0.01750002
0.1 0.1
0.2 0.21750002
0.3 0.33500004
0.4 0.45250005
0.5 0.57000007
0.6 0.68750009
0.7 0.80500011
0.8 0.92250012
0.9 1.04000014
1 1.15750016

14. Podemos finalmente hallar los valores correspondientes a la Línea de Operación de
Agotamiento:
Cabe mencionar que utilizamos un valor de pendiente de 1.175 ya que con este valor nuestras
líneas de operación intersecan exactamente en nuestra línea de alimentación y así pudimos
trazar las etapas correspondientes.
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.28
0.32
0.36
0.4
0.44
0.48
0.52
0.56
0.6
0.64
0.68
0.72
0.76
0.8
0.84
0.88
0.92
0.96
1
0 0.040.080.120.16 0.2 0.240.280.320.36 0.4 0.440.480.520.56 0.6 0.640.680.720.76 0.8 0.840.880.920.96 1
Benceno-Tolueno

15. Obtenidas nuestras líneas de operación, podemos trazar nuestras etapas.
Obtenemos un total de 5 etapas teóricas.
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0.2
0.24
0.28
0.32
0.36
0.4
0.44
0.48
0.52
0.56
0.6
0.64
0.68
0.72
0.76
0.8
0.84
0.88
0.92
0.96
1
0 0.040.080.120.16 0.2 0.240.280.320.36 0.4 0.440.480.520.56 0.6 0.640.680.720.76 0.8 0.840.880.920.96 1
Benceno-Tolueno

16. 6.- Una columna de destilación separa dicloruro de etileno y cloro etano, los datos de
equilibrio se representan por 𝛼 = 2.4. La columna tiene un condensador total y un ebullidor
parcial. El reflujo regresará como liquido saturado. La alimentación contiene 60% de
dicloruro de etileno, que es el componente más volátil. La tasa de alimentación es de 100 Kg
mol/h. La fracción mol de dicloruro de etileno es de 0.92 en el destilado y 0.08 en las colas.
Suponga un derrame molar constante. La presión es de 1 atm.
a) Calcule los flujos de destilados y colas
b) Si la relación de reflujo externo L/D=2 y la relación de vaporización al fondo
V/W=1.2, determine la etapa optima y la cantidad total de etapas de equilibrio necesarias
c) Cuál es el valor de q
d) Que tipo de alimentación es?
Datos (A= Dicloruro de Etileno, B= Cloro Etano)
𝐹 = 100
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑧𝐹 = 0.6
𝑥𝑊 = 0.08
𝑧𝐷 = 0.92
𝛼 = 2.4

17. XA YA
0 0
0.1 0.20869565
0.2 0.36923077
0.3 0.49655172
0.4 0.6
0.5 0.68571429
0.6 0.75789474
0.7 0.8195122
0.8 0.87272727
0.9 0.91914894
1 1
a) Cantidad de destilados y fondos
COLUMNA COMPLETA
(I) Balance de Materia total
𝐹 = 𝐷 + 𝑊
(II.1)
(II) Balance del componente
𝑧𝐹𝐹 = 𝑧𝐷𝐷 + 𝑥𝑊𝑊
(II.2)
Despejamos D de la ecuación (II.1) y la sustituimos en la ecuación (II.2)
𝐷 = (
𝑧𝐹 − 𝑥𝑊
𝑧𝐷 − 𝑥𝑊
) 𝐹 = (
0.6 − 0.08
0.92 − 0.08
) (100
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
) = 61.9
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
De la ecuación (II.1) despejamos 𝑊
𝑊 = 100
𝐾𝑔𝑚𝑜𝑙
ℎ
− 61.9
𝐾𝑔 𝑚𝑜𝑙
ℎ
= 38.1
𝐾𝑔 𝑚𝑜𝑙
ℎ
b) Si la relación de reflujo externo L/D=2 y la relación de vaporización al fondo
V/W=1.2, determine la etapa optima y la cantidad total de etapas de equilibrio
necesarias:
Tenemos que:
L/D = 2

18. Y L/D = R, y Ri= R/1+R; entonces Ri= 0.666
Sustituimos estos valores en la siguiente expresión para obtener la L.O.E:
XA L.O.E
0 0.30666667
0.1 0.37333333
0.2 0.44
0.3 0.50666667
0.4 0.57333333
0.5 0.64
0.6 0.70666667
0.7 0.77333333
0.8 0.84
0.9 0.90666667
1 0.97333333
Dado que se trata de una mezcla líquida en el punto de burbuja, decimos que q=1 y se
observa como una línea recta vertical en la gráfica
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Título del gráfico

19. Xa= 0.6, Ya= 0.707
Podemos entonces determinar la pendiente de la recta que une el punto q y el origen de la
L.O.A considerando que:
X1 y Y1= 0.08
Por lo tanto:
m= (Y2-Y1)/(X2-X1)
m= 1.20
sustituimos en la expresión para obtener la sección de agotamiento:
Sustituimos en:
XA L.O.A
0
-
0.01661538
0.1 0.10415385
0.2 0.22492308
0.3 0.34569231
0.4 0.46646154
0.5 0.58723077
0.6 0.708
𝐿
𝐿 − 𝑊
= 1.2096154
𝐿 = (1.2096154)(𝐿 − 38.0952381 )
𝐿 = 1.2096154𝐿 − 46.08058667
1.2096154𝐿 − 𝐿 = 46.08058667
𝐿(1.2096154 − 1) = 46.08058667
𝐿 =
46.08058667
1.2096154−1
= 221.56

20. Ahora ya podemos calcular el número de etapas.
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Título del gráfico

21. Número de etapas de equilibrio:11
Etapa óptima: 6
c)Cuál es el valor de q: si; 𝑚 = 1.2096154
𝑚 =
𝑞
𝑞 − 1
q = 0.545
Podemos mencionar que no utilizamos el valor m= 1.207692308 debido a que no coincidía
con la línea de alimentación y utilizamos m= 1.2096154.
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Título del gráfico