1. Educación

EL EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR
El equilibrio líquido-vapor (II)
Problemas
PROBLEMA 1. Una mezcla acetona (A) / agua (B) al estado líquido, de concentración en acetona
0,4 fracción másica, está en equilibrio con su vapor a 101,3 kPa de presión. Calcular la concentración
en la fase vapor, expresada en fracción másica. Dado que la solución no es ideal, puede usar las
siguientes constantes de van Laar: A’12 = 0,89 y A’21 = 0,65. Explique si el modelo de gas ideal y
solución ideal representa bien este equilibrio. La tabla muestra datos experimentales del equilibrio
acetona/agua a P = 101,3 kPa.
Temperatura (ºC)
56,129
56,415
56,799
57,231
57,687
58,156
58,633
59,117
59,608
60,106
60,612
y1
1,00
0,96
0,94
0,92
0,90
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,83
x1
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
Temperatura (ºC)
61,129
61,661
62,217
62,822
63,531
64,474
65,975
68,917
76,184
100,011
y1
0,83
0,82
0,81
0,80
0,79
0,78
0,76
0,73
0,62
0,00
x1
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
PROBLEMA 2*. La mezcla que se indica en la tabla se condensa parcialmente y se separa en dos
fases, en las condiciones que se muestra en el diagrama de flujo. Calcúlense las cantidades y
composiciones de las fases en equilibrio, V y L.
F
H2
N2
benceno
ciclohexano
kmol/h
72,53
7,98
0,13
150,00
PROBLEMA 3*. Una mezcla de n-butano (A), isopentano (B) y n-octano (C) están en ELV a la
presión absoluta de 1 479 kPa. La composición de la fase líquida es 0,05 fracción molar de A, 0,25 de
B y 0,70 de C. Determinar la composición de la fase vapor.
NOTA: Para determinar los valores Ki puede usar el gráfico Ki = f(T)|P de Principios de Operaciones Unitarias
(Foust y col., 2000).
Problemas de Operaciones Unitarias II - 2014 – Ingeniería Química
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EL EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR
PROBLEMA 4*. Se alimenta un líquido que contiene 45 % mol de n-butano, 35 % mol de n-pentano
y 20 % mol de n-hexano, con un flujo de 1 kmol/min, a un tambor de evaporación instantánea que
opera a 50 ºC y 200 kPa. Calcule V/F y la composición del líquido y del vapor usando las gráficas de
De Priester. Compare los resultados usando la siguiente correlación (McWilliams, 1973):
ln K i 
Compuesto i
n-butano
n-pentano
n-hexano
aT 1
T
2

a
aT 2
a
 aT 3  a P1 ln P  P22  P 3 , [T] = R y [P] = psia
T
P
P
aT1
-1 280 557
-1 524 891
-1 778 901
aT3
7,94986
7,33129
6,96783
aT2
0
0
0
aP1
-0,96455
-0,89143
-0,84634
aP2
0
0
0
aP3
0
0
0
PROBLEMA 5. Una mezcla de hidrocarburos se procesa en el diagrama que se muestra. Calcule la
pureza y recuperación de n-pentano en la corriente de producto.
PROBLEMA 6. Se tiene un vapor formado por una mezcla de benceno (A) y tolueno (B) cuyas
composiciones molares son 20 y 80 %, respectivamente. Esta mezcla se comprime isotérmicamente
hasta que la mitad del benceno presente se condense. Si la temperatura a la cual se lleva a cabo la
operación es de 104 ºC, determinar la presión a la que se obtiene tal condición.
PROBLEMA 7*. Una mezcla líquida benceno (1)/etanol (2) que contiene 25 % en moles de benceno,
se calienta, a presión constante de 101,3 kPa, de 60º a 90 ºC.
(a) ¿A qué temperatura comienza la vaporización?
(b) ¿Cuál es la composición de la primera burbuja de vapor que se forma?
(c) ¿Cuál es la composición del líquido residual cuando se ha evaporado el 25 % de los moles?
Utilice los datos de presión de vapor que se dan más abajo, juntamente con las leyes de Raoult y
Dalton, para construir el diagrama T-(x,y), y compárese éste con el que resulta a partir de los datos
experimentales a 1 atm.
Presión de vapor
[mmHg]
etanol, ºC
benceno, ºC
20
40
60
100
200
400
760
8
-2,6
19,0
7,6
26,0
15,4
34,9
26,1
48,4
42,2
63,5
60,6
78,4
80,1
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EL EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR
Temperatura (ºC)
78,4
77,5
75
72,5
70
68,5
67,7
68,5
72,5
75
77,5
80,1
y1
0
7,5
28
42
54
60
68
73
82
88
95
100
x1
0
1,5
5
12
22
31
68
81
91
95
98
100
Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán llevarse
resueltos a la clase de problemas.
Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3
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