Equilibrio entre fases

Termodinámica aplicada a la  Ingeniería Química
 

Problemas Tema 4 Equilibrio entre fases

4.1 Para diferentes mezclas de n‐hexano(1) y n‐heptano(2), y suponiendo que se comportan  como soluciones ideales, calcúlese:  1) La presión de saturación y composiciones de vapor en equilibrio con un líquido de  x1=0.5 a 75ºC.  2)La presión de saturación y composiciones de líquido en equilibrio con un vapor de  y1=0.2 a 180ºC.   3) La temperatura de ebullición y composiciones del vapor en equilibrio con un líquido de  x1=0.7 a 700 mmHg .  4) La temperatura de condensación y composiciones del líquido en equilibrio con un  vapor de y1=0.8 a 2 bar.  5) Las composiciones de vapor y líquido en equilibrio en que se escinde una mezcla de x1=0.45 a 135 mmHg y 35ºC, y las proporciones de vapor y líquido formados. ¿Y a 200  mmHg?  [ 1) 641.6 mmHg, y1=0.718 2) 5608.9 mmHg, x1=0.1173  3) 72.6ºC, y1=0.8572  4) 101ºC, x1=0.6338     5) x1=0.3920, y1=0.6666, L=0.789, V=0.211 molg/molg mezcla  6) Sin solución ]  4.2 Un carburador trabaja evaporando con aire (79/21 en moles) una corriente de  combustible  mezcla de iso‐octano(2,2,4‐trimetilpentano ,1)+n‐octano(2), que podemos considerar solución ideal. Produce una corriente gaseosa saturada en los dos alcanos, de fracción molar 0.7 en aire,  0.25 en n‐octano y 0.05 en iso‐octano. Las presión de operación es 1.7 bar. Calcúlese la  temperatura de salida y la composición del combustible en el interior del carburador.  [ T=99.7ºC, x1=0.0828 ]  4.3 Calcular y representar los diagramas Txy a 760 mmHg y Pxy a 25ºC de las soluciones ideales de Cl3CH y Cl4C. (Puntos de composición x1=0.1, 0.2 ... 0.9)    4.4 Una corriente de metano(1), etileno(2), benceno(3), tolueno(4) y etil‐benceno(5) de  composición x1=0.6  , x2=0.15  , x3=0.1  , x4=0.05  , x5=0.1 se somete a una etapa de flash que opera  a 1 bar y 50ºC. Suponiendo que las mezclas son ideales, calcule:   1) Las composiciones de las corrientes de vapor y líquido.  2) La fracción de líquido y vapor.   [y1 =0.6934, y2 =0.1731, y3 =0.0808, y4 =0.0255, y5 =0.0273  x1 =0.0008, x2 =0.0019, x3 =0.2233, x4 =0.2074, x5 =0.5665]    4.5 Calcular 1) la temperatura a la que habrá que de refrigerar una mezcla de etanol(1)‐ isopropanol(2)‐n‐propanol(3) (x1=0.5  , x2=0.3  , x3=0.2) en el condensador de una columna de  rectificación para obtenerla completamente líquida. La cabeza de la torre opera a la presión atmosférica. ¿ Cuales son 2) la temperatura y 3) la composición del vapor (saturado) que llega  desde la torre? Supóngase comportamiento ideal.    

© Fidel Mato – U.Va 2003

4.6 Con vistas al diseño de un condensador parcial (desflegmador) de una torre de rectificación  que trabaja a la presión de 500 mmHg con una mezcla de etanol(1)‐n‐propanol(2)‐n‐butanol(3), se necesitan las representaciones de temperatura vs. L, entalpía de refrigeración vs. L y fracción  molar de etanol en la fase vapor vs. L, siendo L la fracción líquida condensada. Prepárense  dichas gráficas (de L 0.1 en 0.1) suponiendo que las soluciones son ideales. Las entalpías de  vaporización (en J/kmol) pueden calcularse en función de la temperatura reducida mediante la  expresión ∆Hv=C1(1‐Tr)exp (donde exp=C2+C3Tr) y considerarse aditivas. Hágase para una mezcla que llega de la torre con una composición x1=0.5  , x2=0.3  , x3=0.2 .      C1  C2  C3  ‐7  Etanol 5.239x10 0.3359  0  n‐Propanol 6.33x10‐7  0.3575  0  ‐7  n‐Butanol 6.739x10 0.173  0.2915   4.7 Prepárese la curva de enfriamiento (T vs. ∆H) para la condensación a 40 bar de un gas  natural (supuesto solución ideal) de composición: metano 94.9, etano 2.5, propano 0.3, nitrógeno 1.6, CO2 0.7 (en % en moles)de 0.1 en 0.1 en fracción líquida condensada. Para las  entalpías de vaporización (en J/kmol) puede utilizarse la expresión   ∆Hv=C1(1‐Tr)exp (donde exp=C2+C3Tr+C4Tr2 , Tr=temperatura reducida) y considerarse  aditivas.      C1  C2  C3  C4  ‐7  0.26087 Metano  1.0194x10 ‐0.14694  0.22154  Etano  2.1091x10‐7  0.60646...