ingenieria de procesos

FONAMENTS D’ENGINYERIA DE PROCESSOS

PROBLEMES
En un recipient de volum constant i
igual a 20.0L de capacitat on prèviament s’ha fet el buit, s’afegeix una determinada quantitat
d’una mescla de benzè (C6H6), toluè (C7H8) i o-xilè (C8H10). A continuació s’escalfa tot el
sistema fins a una temperatura de 92.0°C amb la qual cosa part de la mescla es vaporitza
quedant una quantitat de líquidque ocupa un volum de 100. cm3 i que presenta una composició
màssica de 30.0% en benzè, 55.0% en toluè essent la resta o-xilè.
a) Determina el nombre de mols de benzè, toluè i o-xilè presents a la fase líquida.
b) Calcula la pressió final assolida en el recipient.
c) Troba el nombre de mols de benzè, toluè i o-xilè que s’han afegit inicialment a l’interior del
recipient.
d) Calcula la fraccióvaporitzada de la mescla inicial.
Dades i notes:
Massa
Temp (°C) Densitat
Coef A Coef
B Coef
C
Molecular
ebullició
líquid
Antoine
Antoine
Antoine
BENZE
78
80.1
880
6.89272
1203.531
219.888
TOLUE
92
110.6
866
6.95805
1346.773
219.769
o-XILE
106
144.4
879
7.00154
1476.393
213.872
Paràmetres de l'equació d'Antoine on la pressió de vapor resulta en mm Hg, ellogaritme és
decimal i la temperatura cal posar-la en ºC
Les dades de massa molecular i de densitat de líquid venen donades en SI, es a dir kg/kmol i
kg/m3 respectivament
Hom pot considerar volums additius per les barreges líquides d’aquests compostos

A) Nombre de mols de cada component a la fase líquida:
Càlcul de la densitat de la mescla líquida
mescla = wi 1/i =0.30×1/880+0.55×1/866+0.15×1/879  mescla = 872 kg/m3
Volum de líquid = 100 cm3

massa de líquid = 100×872 /1000 = 87.2 g

Massa de benzè líquid = 87.2×0.300 = 26.1 g
≡ 26.1/78.0 = 0.335 mol
Massa de toluè líquid = 87.2×0.550 = 48.0 g
≡ 48.0/92.0 = 0.521 mol
Massa de o-xilè líquid = 87.2×0.150 = 13.1 g
≡ 13.1/106.0 = 0.123 mol
Nombre total de mols a la fase líquida = 0.335+0.521+0.123= 0.979
mols benzè=0.335 mol;Composició molar benzè líquid= 0.335/0.979 = 34.2%
mols benzè=0.521 mol; Composició molar toluè líquid = 0.521/0.979 = 53.2%
mols benzè=0.123 mol; Composició molar o-xilè líquid = 0.123/0.979 = 12.6%

FONAMENTS D’ENGINYERIA DE PROCESSOS

PROBLEMES

B) Calcula la pressió final assolida en el recipient.
Temperatura d’operació = 92.0°C
Segons Antoine, la pressió de vapor de cada componenta aquesta temperatura
és :
Benzè: log10 Pv = 6.89272-1203.531/(92.0+219.888)  Pv = 1081. mmHg
Toluè : log10 Pv = 6.95805-1346.773/(92.0+219.693)  Pv = 433. mmHg
o-Xilè : log10 Pv = 7.00154-1476.393/(92.0+213.872)  Pv = 149 mmHg
I segons les relacions d’equilibri tenim
Benzè : Pparcial = Pvapor×Xliq = 1081×0.342 = 370. mmHg ≡ 493 hPa
Toluè : Pparcial = Pvapor×Xliq = 433×0.532 = 231. mmHg≡ 307 hPa
Toluè : Pparcial = Pvapor×Xliq = 149×0.126 = 18.8 mmHg ≡ 25.1 hPa
I la pressió total serà : 370+231+19=620. mmHg ≡ 826 hPa
C) Troba el nombre de mols de benzè, toluè i o-xilè que s’han afegit inicialment
a l’interior del recipient.
El nombre de mols de cadascun d’ells a la fase gas serà :
Benzè : Ngas = Pparc×V / RT = 49300×20/(8.314×(92+273.2))= 0.325 mol
Toluè : Ngas = Pparc×V/ RT = 30700×20/(8.314×(92+273.2))= 0.203 mol
o-Xilè : Ngas = Pparc×V / RT = 2510×20/(8.314×(92+273.2))= 0.016 mol
Nombre total de mols a la fase gas = 0.325+0.203+0.016=0.544 mol
i per tant els afegits inicialment seran :
Benzè : Ninic = Nliq+Ngas = 0.335+0.325 = 0.660 mol
Toluè : Ninic = Nliq+Ngas = 0.521+0.203 = 0.724mol
o-Xilè : Ninic = Nliq+Ngas = 0.123+0.016 = 0.140mol
Nombre total demols afegits = 0.660+0.724+0.140=1.524 mol
D) Calcula la fracció vaporitzada de la mescla inicial.
Fracció vaporitzada = mols gas/mols tot × 100 = 35.7%

FONAMENTS D’ENGINYERIA DE PROCESSOS

PROBLEMES

Problema B.9. En un procés de producció de metanol per hidrogenació catalítica de monòxid
de carboni s’obté a la sortida del reactor un corrent de 100.0 kmol/h d’un producte gasos...