Problemas+Unitarias+II

=Problemas=

1.-Un evaporador continuo de efecto simple concentra 9 072 kg/h de una solución de sal al 1.0 % en peso que se encuentra a 311.0 K (37.8 °C), hasta una concentración final de 1.5% en peso. El vapor en el evaporador esta a 101.325 kPa (1.0 atm abs) y el vapor de agua que se introduce está saturado a 143.3 kPa. El coeficiente total U = 1 704 W/m2 · K. Calcule las cantidades de vapor y de producto liquido, así como el área de transferencia de calor que se requiere. Puesto que se trata de una solución diluida, suponga que su punto de ebullición es igual al del agua. ** Respuesta: ** S= 4108 kg de vapor de agua/h; A=149.3 m2

2.-Una alimentación de 4535 kg/h de solución de sal al 2.0% en peso a 311 K, entra continuamente a un evaporador de efecto simple para concentrarse a 3.0 %. La evaporación se lleva acabo a presión atmosférica y el área del evaporador es 69.7 m2. El calentamiento se logra con vapor saturado a 383.2 K. Puesto que la solución es diluida, se puede suponer que tiene el mismo punto de ebullición del agua. Se estima que la capacidad calorífica de la alimentación es cp= 4.10 kJ/kg·K. Calcule las cantidades de vapor y de liquido producidas y el coeficiente total de transferencia de calor U.   ** Respuesta: ** U= 1 823 W/m2·K

3.- **Efectos de una alimentación más rápida en el evaporador.** Con los mismos valores del área, //U//, presión de vapor de agua, presión del evaporador y temperatura de alimentación del problema anterior (2), calcule las cantidades de liquido y de vapor que salen y la concentración del liquido de salida cuando la velocidad de alimentación se aumenta a 6 804 kg/h. ** Respuesta: ** V= 1 256 kg/h; L= 5 548 kg/h, xL= 2.45 %

4. **Efecto de la temperatura de alimentación en la evaporación de una solución de NaOH.** Un evaporador de efecto simple concentra una alimentación de 9072 kg/h de una solución de NaOH al 10% en peso en agua para obtener un producto con 50% de sólidos. La presión del vapor de agua saturado es 42 kPa (manométricas) y la presión en el evaporador es 20 kPa (abs). El coeficiente total de transferencia de calor es 1988 W/m2 - K. Calcule la cantidad de vapor de agua que se usa, la economía de vapor en kg vaporizados/kg vapor y el area para las siguientes condiciones: a) Temperatura de alimentación a 288.8 K (15.6 °C)  b) Temperatura de alimentación a 322.1 K (48.9 °C) **Respuesta: ** a) S = 8959 kg/h de vapor de agua, A = 295.4 m2    5. **Coeficiente de transferencia de calor para evaporar NaOH.** Para concentrar 4536 kg/h de una solución de NaOH al 10% en peso hasta el 20% en peso, se usa un evaporador de efecto simple con área de 37.6 m2. La alimentación entra a 21.1 °C (294.3 K). Se usa vapor de agua saturado a 110 °C (383.2 K) como medio de calentamiento y la presión en el evaporador es de 5 1.7 kPa. Calcule los kg/h de vapor de agua utilizado y el coeficiente total de transferencia de calor.

II. Absorcion de Gases
//**2.1 Contacto de etapa de equilibrio para un sistema gas-liquido.**// Una mezcla gaseosa a 2.026 x 10^5 Pa de presión total, que contiene aire y SO2, se pone en contacto en un mezclador de equilibrio de una sola etapa con agua pura a 293 K. La presión parcial del SO2 en el gas original es 1.52 x 10^4 Pa. El gas de entrada contiene 5.70 kg mol totales y el agua de entrada, 2.20 kg mol totales. El gas y el agua de salida están en equilibrio. Calcule las cantidades y las composiciones de las fases de salida. (Use datos de equilibrio de la figura anteriormente vista en clase)

Respuesta: XA1= 0.00495; yA1= 0.0733; L1= 2.211 kg mol; V1=5.69 kg mol

//**2.2 Diseño de torres de relleno.**// Una columna de 8 pies de diámetro rellena con 20 pies de monturas Berl 1 1/2 in opera con flujo de aire a 1,5 atm y 40 °C. La torre está aparentemente próxima a la inundación, puesto que Δp = 24 pulg de agua. La velocidad másica del líquido es 8,5 veces la del gas.

(a) Si la torre se rellenase de nuevo con monturas Intalox de 1 1/2 pulg ¿Cuál sería la caída de presión? (b) Si la caída de presión fuese la misma que con las monturas Berl, ¿Cuánto se podría aumentar la velocidad de flujo de operación? //2.3 Absorcion de acetona en una torre con etapas a contracorriente.// Se desea absorber 90% de la acetona de un gas que contiene 1.0% mol de acetona en aire en una torre de etapas a contracorriente. El flujo gaseoso total de entrada a la torre es 30.0 kg mol/h, y la entrada total de flujo de agua pura que se usará para absorber la acetona es 90 kg mol H2O/h. El proceso operará isotérmicamente a 300 K (80 °F) y a presión total de 101.3 kPa. La relación de equilibrio para la acetona (A) en el gas-líquido es yA = 2.53xA. Determine el número de etapas teóricas requeridas para esta separación. 2.4 En una torre de platos se absorbe alcohol etilico de una corriente de gas inerte usando agua pura a 303 K y 101.3 KPa. La velocidad de flujo de la corriente de gas de alimentacion es de 100.00 kg, mol/h y contiene 2.2 % mol de alcohol. Se desea recuperar 90% de alcohol. La relación de equilibrio es y=mx=0.68x para esta corriente diluida. Usando 1.5 veces la velocidad minima de flujo de liquido determine el numero de platos necesarios.

ye = 1,9xe. Represéntese gráficamente la línea de operación y determínese el número de etapas ideales.
 * 2.5** Utilizando una columna de platos, se ha de absorber acetona desde una mezcla con aire en un aceite de absorción no volátil. El gas que entra contiene 25 moles por 100 de acetona mientras que el líquido absorbente a la entrada contiene 1.5% mol de acetona. Ha de absorberse el 90 por 100 de la acetona contenida en el aire y la disolución concentrada que saldrá por el fondo de la torre contendrá 8 moles por 100 de acetona. La relación de equilibrio es

=**III. DESTILACION**=

1. Una columna de rectificación que opera en continuo trata una mezcla constituida por un 40% en peso de benceno y un 60% en peso de tolueno, a la velocidad de 4 kg/s, separándola en producto de cabeza que contiene un 97% de benceno y un producto de cola con un 98% de tolueno. La alimentación es líquido a su temperatura de ebullición. Calcular: a) los pesos de destilado y residuo por unidad de tiempo; b) el número de platos teóricos requeridos en la columna de rectificación; c) el número real de platos si la eficacia de los mismos es del 60%. Relación de Reflujo: 3,5. ** (R: 1,6 kg/s y 2,4 kg/s; 10; 17). ** __ Fracción molar de benceno __   2. La tabla adjunta da la relación entre la fracción molar de sulfuro de carbono en el líquido y en el vapor procedente de una mezcla de sulfuro de carbono y tetracloruro de carbono durante su destilación:    (X): 0 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00    (Y): 0 0,445 0,650 0,795 0,910 1,00    Determinar el número de platos teóricos requeridos para las secciones de rectificación y agotamiento de la columna, utilizando los siguientes datos: relación de reflujo 3, pendiente de la línea de agotamiento 1,4, pureza del producto 99%, porcentaje de sulfuro de carbono en el producto de cola 1%. Calcular también la pendiente mínima de la línea de rectificación. (R: 6 y 6; 0,51). 3. Una mezcla equimolecular heptano-octano entra como alimentación en un plato intermedio de una columna de rectificación que trabaja a presión atmosférica normal. Se desea obtener un producto destilado que contenga 98% moles de heptano y un producto de colas que sólo contenga un 5% molar de heptano. La alimentación entra en la columna a su temperatura normal de ebullición. La relación de reflujo es 3. Determinar el número de platos teóricos necesarios en la columna y la posición del plato de alimentación. Los datos de equilibrio para esta mezcla son los siguientes. (R: 14, 9).
 * (X) ||  0,1  ||  0,2  ||  0,3  ||  0,4  ||  0,5  ||  0,6  ||  0,7  ||  0,8  ||  0,9  ||
 * (Y): ||  0,22  ||  0,38  ||  0,51  ||  0,63  ||  0,70  ||  0,78  ||  0,85  ||  0,91  ||  0,96  ||
 * X 0,00 || 0,10 || 0,22 || 0,35 || 0,50 || 0,65 || 0,73 || 0,82 || 0,92 || 1,00 ||
 * y || 0,00 || 0,18 || 0,38 || 0,54 || 0,68 || 0,80 || 0,86 || 0,91 || 0,96 || 1,00 ||