ejercicios de torres complejas

Una columna opera en la forma que se indica en la figura. El sistema es benceno - tolueno a 1 atm.
Se introduce una corriente de vapor sobrecalentado directamente por debajo del plato inferior y el
líquido procedente de este plato es el producto de residual. Determine:
a. La relación (L/D)min de reflujo mínima de la torre. Utilice las ecuaciones que se muestran a
continuación.
b. El numerototal de etapas teóricas que se requieren para una R = 1,72Rmin. Utilice las
ecuaciones generales.
c. Flujos de liquido y vapor en cada entorno, utilice los balance de materia por entorno
Flujo de calor en el condensador.
d. Flujo de calor en el condensador.
e. 1. Si ambas alimentaciones se unen y se introduce por el fondo de la columna con un
sobrecalentamiento de 55,6 ºC. Explique queocurriría en la separación, utilice los cálculos
que considere necesarios y el diagrama de equilibrio.
e.2. El proceso de separación no es factible al unir las dos corrientes de alimentación. Explique
porque e indique las posibles recomendaciones para que ocurra la separación.
Datos:
CP, 40% benceno = 37,1 kcal/kmol.ºC @ 17,2 ºC
HVapor de agotamiento, 10% benceno = 15538,889 kcal/kmol
x

hL(kcal/kmol)

HV (kcal/kmol)

0,0

0,00

4479,62

12140,75

0,1

0,21

4227,21

11907,75

0,2

0,38

3983,12

11702,49

0,3

0,51

3763,99

11497,24

0,4

0,62

3583,69

11291,98

0,5

0,72

3420,05

11083,94

0,6

0,79

3267,49

11878,69

0,7

0,85

3123,25

10673,43

0,8

0,91

2984,57

10465,39

0,9

0,96

2848,6510262,01

1,0

x int

y

1,00

2718,28

10057,65


 j 1
  Fk . x Fk   D. x D
k 1


j 1


  Fk   D
 k 1 

C P  1  1  C Po 

x
xo

(3)

j 1

xD 
y o  

(1)

q

 Fk 

  D . x k
 
k 1

F



R  1    Fk qk  1
 
D

 k 1 

H V  hF
H V  hl

j 1



(4)

(2)

A = 68,182 kmol/hLiquido frío
(55,6 ºC inferior al punto
de ebullición)
60 % moles de benceno

S = 90,909 kmol/h
Vapor sobrecalentado
(111,11 ºC de sobrecalentamiento)
10 % moles de benceno

D=?
Liquido saturado
95 % moles de benceno

L = 22,727 kmol/h
Vapor saturado
35% moles de benceno

C =?
Liquido saturado
5 % moles de benceno

Figura 1. Esquema del proceso

Solución:
Balance globalde materia en la columna:
A+S=D+L+C
68,182 kmol/h + 90,909 kmol/h = D + 22,727 kmol/h + C
136,364 kmol/h = D + C

(1)

Balance de material en el componente mas volátil:
A.xA +S.xS = D.xD + L.xL + C.xC
68,182(0,60) + 90,909(0,10) = 0,95.D + 22,727(0,35) + 0,05.C
42,046/h = 0,95.D + 0,05.C
De (1): D = 136,364 – C
Sustituyendo en (2) resulta:
42,046 = 0,95(136,364 – C) + 0,05.C
42,046 =129,546 – 0,95.C + 0,05.C
C = 97,222 kmol/h
D = 39,142 kmol/h
a. Relación de reflujo mínimo, Rmin.
- Determinación de la condición térmica de las corrientes de entrada:
Del diagrama T-x-y se obtiene:
Tb,A = 89,5 ºC y TA = 33,9 ºC
TR,S = 108,2 ºC y TS = 219,31 ºC
Cp,40% = 37,1 kcal/kmol.ºC @ 17,2 ºC
CP,60% = 1 – (1 – 37,1)*(0,60/0,40) = 55,15 kcal/kmol.ºC

(2)

hA = 55,15 kcal/kmol.ºC*(33,9 – 17,2)ºC = 921,005 kcal/kmol
De la tabla se obtiene:
hL,60% = 3267,49 kcal/kmol

qA 

Hv,60% = 10878,69 kcal/kmol y λA = 7611,20 kcal/kmol

HV , A  hA
10878,69  921,005

 1,308  1,31
H V , A  hL , A 10878,69  3267,49

De la tabla se tiene:
HV,S = 11907,75 kcal/kmol

qS 

HV ,S  H S
H V , S  hL , S

hL,S = 4227,21 kcal/kmol y λS = 7680,54 kcal/kmol







 15538,889 kcal
kmol
kmol  0,47

11907,75 kcal
 4227,21 kcal
kmol
kmol
11907,75 kcal









qS = -0,47
mA 

1,31
 4,23
1,31  1

mS 

0,47
 0,32
 0,47  1

Determinadas las condición térmica y la composición de las corrientes de entrada, salida se ubican
en el diagrama de equilibrio, como se observa en la figura 2.

0,05

0,35...