Problema N° 1
Valor: 10 puntos
Fuente: Problema 16.D1 Wankat (2008)
Un sistema de permeación de gases con membrana de acetato de celulosa, se usará para purificar una corriente de dióxido de carbono y metano. Las permeabilidades son 15,0 barrer para el CO2 y 0,48 barrer para el CH4. El espesor efectivo de la membrana es tms = 1.0 µm. La operación es a 35 °C, la presión del retenido pR = 12 atm y del permeado pP = 0.2 atm (es un vacío). La alimentación contiene 15 % mol de dióxido de carbono. Suponga que los gases son ideales.
- Se usará un separador con membrana, bien mezclado y con una etapa. Trabaje con un corte θ = 0.32. Calcule yP, yR y el flujo de dióxido de carbono. Si se alimenta 1 kmol/h de la mezcla, calcule el área necesaria de la membrana, FP y FR.
- Diseñe un sistema de permeación de gases con dos etapas y flujo cruzado. Cada etapa está bien mezclada. Use la misma alimentación de la parte (a). Las presiones y la fracciones molares en la alimentación son iguales son iguales que en la parte (a). Haga que FP1 = FP2 = 0.5 FP,parte a (por lo que FR2 = FR,parte a). Calcule yP1, yP2, yR1 = yF2, yR2 y FR1. Calcule los flujos por las membranas de ambas etapas, y las áreas de membrana que se requieren.
Solución
Parte a) Una etapa mezcla perfecta
Parte b) Dos etapas flujo cruzado
Problema N° 2
Valor: 10 puntos
Fuente: Problema 16.D2 Wankat (2008)
Estamos separando una corriente gaseosa por permeación de gases en un sistema perfectamente mezclado. La alimentación contiene 20 % mol de dióxido de carbono y 80 % mol de metano. Las permeabilidades de la membrana son PCO2 = 15.0 barrer y PCH4 = 0.48 barrer. La selectividad es 31.25. El espesor efectivo de la piel de membrana es tms = 1.0 μm. Se trabaja con pP = 3.3 atm, pR = 60 atm, Fent = 2 mol/s y FP/FF = 0.3. Calcule:
- yP , yR.
- El área necesaria de la membrana, en m2.
Solución
Problema N° 3
Valor: 10 puntos
Fuente: Problema 14.10 Seader, Henley, & Roper (2011)
Una mezcla de 60 % propileno y 40 % propano (fracciones molares) a un flujo de 45 kmol/h a 25 °C y 2.07 MPa se va a separar con una membrana de poliviniltrimetilsilano. La piel de la membrana es de 0.1 µm de espesor, y se usarán módulos en espiral con una presión de 103 kPa del lado del permeado.
Calcule el balance de materia y el área de la membrana en m² como función de la tasa de corte para (a) modelo de mezcla perfecta y (b) flujo cruzado.
Las permeabilidades son:
Propano = 2.8 barrer
Propileno = 9 barrer
Observaciones
- 1 barrer = 10-10 cm³ (STP)/(cm² s cmHg) = 3.348*10-16 kmol m/(s m² kPa)
- Recuerde hacer uso correcto del SI, esto implica corregir el texto original si es el caso.
- Puede subir su tarea en formato digital (hoja de cálculo, documento de texto, PDF, imagen escaneada, etc.) o solamente presentarla en papel.