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Solucionario Capitulo 12 Geankoplis
Solucionario Capitulo 12 Geankoplis
En este artículo, vamos a presentar algunas soluciones de los ejercicios del capítulo 12 del libro "Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias" de Geankoplis, que trata sobre la destilación multicomponente. Este libro es un clásico en la ingeniería química y abarca temas fundamentales como el transporte de fluidos, el calor y la masa, así como las operaciones unitarias más comunes en la industria química.
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Método de McCabe-Thiele
El método de McCabe-Thiele es una herramienta gráfica para diseñar columnas de destilación binaria, es decir, que separan dos componentes. Consiste en trazar una curva de equilibrio entre las composiciones del líquido y el vapor en cada etapa de la columna, y luego dibujar líneas rectas que representan las operaciones de vaporización y condensación. El número de etapas necesarias para lograr una separación deseada se determina por el número de intersecciones entre las líneas rectas y la curva de equilibrio.
Ejercicio 12.10-4
Este ejercicio se encuentra en la página 581 del libro y plantea el siguiente problema: Se desea separar una mezcla de benceno (B) y tolueno (T) que contiene 45% mol de benceno por medio de una columna de destilación con reflujo total. La presión de operación es de 1 atm. Se desea obtener un destilado con 95% mol de benceno y un residuo con 5% mol de benceno. Calcular el número mínimo de etapas teóricas y el número real de etapas si la eficiencia global es del 60%.
Para resolver este ejercicio, se puede seguir el siguiente procedimiento:
Obtener los datos del equilibrio líquido-vapor para el sistema B-T a 1 atm. Estos datos se pueden encontrar en tablas o gráficos, o se pueden estimar mediante ecuaciones como la ley de Raoult o el modelo UNIFAC.
Trazar la curva de equilibrio en un diagrama x-y, donde x es la fracción molar de benceno en el líquido y y es la fracción molar de benceno en el vapor.
Trazar una línea recta que pase por los puntos (xD, xD) y (xB, xB), donde xD es la composición del destilado y xB es la composición del residuo. Esta línea se llama línea q y representa el balance de materia global.
Trazar una línea horizontal que pase por el punto (xD, xD). Esta línea se llama línea de alimentación y representa la composición de la mezcla que entra a la columna.
Trazar una línea vertical que pase por el punto (xB, xB). Esta línea se llama línea base y representa la composición del vapor que sale del rehervidor.
Trazar una línea recta que pase por el punto (xD, xD) y tenga una pendiente igual al cociente L/D, donde L es el flujo molar de líquido que recircula en la columna y D es el flujo molar de destilado que se obtiene. Esta línea se llama línea de operación del rectificador y representa las operaciones de condensación y reflujo en la parte superior de la columna.
Trazar una línea recta que pase por el punto (xB, xB) y tenga una pendiente igual al cociente V/B, donde V es el flujo molar de vapor que recircula en la columna y B es el flujo molar de residuo que se obtiene. Esta línea se llama línea de operación del agotador y representa las operaciones de vaporización y rehervido en la parte inferior de la columna.
Determinar el punto de intersección entre la línea q y la línea base. Este punto se llama punto pinch o punto crítico y representa el punto donde la separación es más difícil.
Determinar el punto de intersección entre la línea de alimentación y la línea de operación del rectificador. Este punto se llama punto de alimentación y representa el punto donde la mezcla entra a la columna.
Desde el punto de alimentación, trazar una línea horizontal hasta que corte con la curva de equilibrio. Desde este punto, trazar una línea vertical hasta que corte con la línea de operación del rectificador. Repetir este proceso hasta llegar al punto (xD, xD). El número de intersecciones entre las líneas horizontales y verticales y la curva de equilibrio es el número mínimo de etapas teóricas necesarias para lograr la separación deseada.
Para calcular el número real de etapas, se debe dividir el número mínimo de etapas teóricas entre la eficiencia global de la columna. La eficiencia global es un factor que toma en cuenta las pérdidas de separación debidas a factores como la resistencia al flujo, las fugas, las mezclas imperfectas, etc.
En el siguiente video se puede ver una solución gráfica de este ejercicio usando el método de McCabe-Thiele. El resultado es que se necesitan 8 etapas teóricas y 13 etapas reales para lograr la separación deseada.
Otros ejercicios resueltos
En el siguiente enlace se puede descargar un documento con soluciones de otros ejercicios del capítulo 12 del libro de Geankoplis. Estos ejercicios abordan temas como la destilación multicomponente, el método del plato a plato, el método de Fenske-Underwood-Gilliland, el método gráfico de Ponchon-Savarit, etc.
Conclusión
En este artículo, hemos presentado algunas soluciones de los ejercicios del capítulo 12 del libro "Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias" de Geankoplis, que trata sobre la destilación multicomponente. Hemos usado el método de McCabe-Thiele para resolver un ejercicio de destilación binaria y hemos proporcionado un enlace para descargar soluciones de otros ejercicios. Esperamos que este artículo sea útil para los estudiantes y profesionales de la ingeniería química que quieran profundizar en este tema tan importante.