PRI problemes destillacio PDF

Preview

Summary

Download PRI problemes destillacio PDF

Description

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI) Problemes 5

Grau en Biotecnologia

PROBLEMES DESTIL·LACIÓ (ampliació) 1.- Una barreja de n-hexà i ciclo-hexà es pot considerar que formen una mescla ideal. A partir de les pressions de vapor de cada component s’ha determinat les composicions a l’equilibri a 1 atm. de pressió, que es presenta en el següent gràfic. Tenint en compte aquestes dades: a) Quina és la temperatura a la qual bullirà una mescla que conté un 25% molar de n-hexà a 1 atm.? Quina serà la composició d’aquest vapor ? b) Quina és la composició de la mescla que bull a 75oC i 1 atm. c) Quina és la temperatura a la qual començarà a condensar un vapor que conté un 25% molar de nhexà? Quina serà la composició del condensat? d) Si la mescla de l’apartat a) s’escalfa a 78oC en un recipient tancat on la pressió total és de 1 atm, quina serà la composició de les dues fases? Quina proporció vapor/líquid trobarem?

82

80

Temperatura (o C)

78

76

74

72

70

68 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

xn-hexà i yn-hexà

0.7

0.8

0.9

1.0

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI) Problemes 5

Grau en Biotecnologia

2.- Una mescla de 50% en mols de benzè i 50% de toluè es sotmeten a destil.lació flash operant amb una pressió de 1 atm. a) b) c) d)

Si V/F és de 0,4, quina serà la composició del vapor i el líquid? I la temperatura d’operació? Si vull un destil·lat amb una composició del 90% de benzè, quina fracció de vapor recupero (V/F) Compara els resultats dels apartats a) i c) i fes-ne una valoració

Les dades d’equilibri de la taula següent són composicions de benzè expressades en fraccions molars. Composició en el vapor 0,2 0,38 0,51 0,63 0,71 0,79 0,85 0,9 0,96

Composició en el líquid 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Temperatura (oC) 106 102,5 99 95 92,5 90 87,5 85 83

1,0 0,9 0,8 0,7

Y Data

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

X Data

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI) Problemes 5

Grau en Biotecnologia

3.- Dues cambres de destil.lació flash connectades en sèrie, de forma que el líquid que surt de la primera cambra és l’aliment de la segona cambra de destil.lació, s’utilitzen per a tractar una mescla binària de metanol i aigua que conté 55% en mols de metanol essent el cabal de 10.000 kmols/h. La segona cambra opera amb una relació (V/F) de 0,7 i la composició és del 25% en metanol en el residu. Ambdues columnes operen a 1 atm de pressió. a) Quantitat de vapor s’obté en la primera cambra i la temperatura. b) Composicions del destil.lat d’ambdues cambres i la temperatura de la segona cambra Dades de l’equilibri metanol-aigua a 1 atm expressades com a fraccions molars de metanol i la temperatura en oC. x

0,0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,15

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0,95

1,00

y

0,0

0,13

0,23

0,30

0,36

0,42

0,52

0,58

0,66

0,73

0,78

0,82

0,87

0,91

0,96

0,98

1,00

T

100

96,4

93,5

91,2

89,3

87,7

84,4

81,7

78,0

75,3

73,1

71,2

69,3

67,6

66,0

65,0

64,5

1,0 0,9 0,8 0,7

Y

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

X

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI) Problemes 5

Grau en Biotecnologia

4.- La producció d’etanol a partir de materials lignocel·lulòsics es basa amb un procés d’hidròlisi i fermentació seguint l’esquema general presentat a la Figura.

La concentració d’alcohol en els caldos de cultiu resultants dels processos de fermentació oscil·len entre un 2,5 i un 10% (p/p, percentatges en massa), pel que és necessari concentrar l’alcohol fins a valors superiors al 99% per a obtenir l’alcohol anhidre. La primera etapa per l’obtenció d’alcohol és una destil·lació convencional que permet assolir concentracions d’alcohol del 45-50% (p/p). Llavors s’envia a una columna de rectificació per aconseguir una concentració de del 90-92% (p/p) d’etanol. Centrant-nos es la rectificació, dissenyeu aquesta columna determinant el número de plats tenint en compte que el corrent entra com a líquida saturat amb una composició del 47%. La composició del destil·lat és del 90% (p/p). Es vol recuperar el 51% de l’aliment pel destil·lat (D/F)

a) Dibuixa el gràfic T en funció de les composicions líquid i vapor, i el gràfic d’equilibri líquid vapor (y = f(x)). b) A quina temperatura entra l’aliment? c) Si la relació de reflux (LD/D) és de 2,43, quin és el número de plats teòrics per dur a terme la separació desitjada? Entre quins plats entre l’aliment? d) Determinar la relació de reflux mínima. Si treballéssim amb aquesta relació de reflux quin és el número d’etapes d’equilibri teòriques? Justifica la resposta e) Quina temperatura té el destil·lat? I el vapor que entra al condensador? f)

Per què no arribem amb la rectificació a la concentració desitjada d’etanol, és a dir a concentracions superiors al 99%?

g) Quina/es operacions proposaries per assolir aquestes concentracions?

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI)

Grau en Biotecnologia Curs 2015-2016

Dades d’equilibri (fracció màssica d’etanol):

T (oC)

Líquid

Vapor

100,0

0

0

102

98,9

0,01

0,103

100

98,1

0,02

0,192

98

97,2

0,03

0,263

96,0

0,04

0,325

95,2

0,05

0,377

91,8

0,1

0,527

87,3

0,2

0,656

84,7

0,3

0,713

83,2

0,4

0,746

82,0

0,5

0,771

81,0

0,6

0,794

80,1

0,7

0,822

79,1

0,8

0,858

78,3

0,9

0,912

78,2

0,94

0,942

78,2

0,96

0,959

78,2

0,98

0,978

78,3

1

1

Temperatura (oC)

96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

xiy

1,0 0,9 0,8 0,7

Y

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

X

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,8

0,9

1,0

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI)

Grau en Biotecnologia Curs 2015-2016

5. Es vol rectificar una mescla de cloroform i metanol amb un cabal de 100 kmols/h en una columna de rectificació de plats. L’aliment està format per líquid i vapor a parts iguals i conté una fracció molar del component més volàtil (cloroform) de 0,3. Es vol obtenir un destil.lat format pel 55% de cloroform, mentre que el residu contindrà un 98% de metanol. a) Quants kmols de residu s’obtindran per hora? b) Quina serà la relació de reflux mínima? c) Per a una relació de reflux (LD/D) de dues vegades la mínima, quin serà el nombre de plats teòrics necessaris? d) Quina serà l’equació de la recta operativa d’esgotament sense basar-se en la representació gràfica? Dades d’equilibri (les composicions estan referides al cloroform i es donen en % en mols)

Líquid

0

3,6

10

13,7

20

30,4

40

50

63

Vapor

0

10

23,4

30

39,8

50

54,4

58,4

58,4

1,0 0,9 0,8 0,7

Y

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

X

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Processos, productes i projectes biotecnològics (PRI)

Grau en Biotecnologia Curs 2015-2016

6. Es separa una mescla benzè-toluè en una columna de plats, arribant a cada etapa a l’equilibri. El destil.lat descarrega amb un cabal de 100 kmols/h i conté un 95% molar de benzè. El líquid que surt del pis 9è (contat a partir de la caldera) conté un 58,6% molar de benzè i el que surt del 8è el 50%. Tots dos pisos estan a la zona d’enriquiment. Calculeu: a) Cabal de reflux (en kmols/h), LD b) Composició del vapor que surt del pis 10è. c) Calor eliminat al condensador suposant que el calor latent de vaporització d’una mescla toluè-benzè d’igual composició que el destil.lat és de 7000 kcal/kmol Dades i Notes: Calculeu les dades d’equilibri considerant que la mescla es comporta idealment essent la volatilitat relativa de 2,46

1,0 0,9 0,8 0,7

Y

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

X

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0...