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PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE MASA II
DESTILACIN FRACCIONADA BINARIA MTODO Mc CABE THIELE
I.- PROBLEMAS DE LA HOJA
01.- Se alimentan 100 mol lb/hr de una mezcla que contiene 40
moles % de benceno y 60 moles % de tolueno, a una atmsfera de
resin, ara obtener un roducto destilado con una ureza de
!" moles % de benceno y un roducto de fondos con !6 moles % de
tolueno.
#a columna de destilacin estar$ roista de un recalentador y
de un condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o ensu unto de burbu&a.
'eterminar(
a) #os flu&os de los roductos destilado y de fondos.
b) *l orcenta&e de benceno recuerado.
c) *l n+mero mnimo de etaas ideales.
d) Si la mezcla se suministra a la columna de destilacin a una
temeratura de 100 y ara una relacin de reflu&o iual a 1."
mndeterminar(
d1) #os flu&os de lquido y aor tanto or encima como or
deba&o del lato de cara.
d) #a relacin de reflu&o mnimo.
d) *l n+mero de latos ideales requeridos y la osicin tima
del lato de cara, ara efectuar la searacin deseada.
d4) *l n+mero de latos reales si la eficiencia lobal de la
columna es del "" %.
d") #a cantidad de calor a retirar en el condensador 23c).
d6) #a cantidad de calor que se debe suministrar en el
recalentador 23).
d) #a cantidad de aua de refrieracin a utilizar en el
condensador, si 5sta inresa a una temeratura de " y sale a
una temeratura de " .
d) #a cantidad de aor de aua a 40 78/mque se requiere en
el recalentador.
e) eetir los mismos c$lculos en el inciso 2d) cuando la
alimentacin se introduce a la columna de destilacin(
e1) *n su unto de burbu&a
e) *n su unto de roco.
e) 9 una temeratura de " .
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0.- Se dise:ar$ una columna de destilacin ara searar
metanol y aua continuamente, a la resin atmosf5rica.
Se alimentar$n 100 moles/se de una solucin que contiene 40
moles % de metanol y 60 moles % de aua, cuya condicin t5rmica
es la de lquido saturado.
a) #a alimentacin se introduce or la osicin tima del
lato de cara, obteni5ndose un roducto destilado con unaureza de ! moles % de y recuerando el !" % del metanol
carado a la columna.
*l reflu&o es un lquido saturado y se emlea una relacin de
reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o a la que le
corresonde un n+mero infinito de etaas.
9sumiendo flu&os molares constantes, determinar el n+mero de
etaas ideales requeridas.
b) ;na alternatia al caso anterior consiste en utilizar unacolumna ya e
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04.- Se caran a una columna de destilacin, la cual oera a la
resin atmosf5rica, 100 moles/hr de una mezcla que contiene "
moles % del comonente 9 y 6" moles % del comonente A.
#a columna est$ roista de un recalentador y de un condensador
total, retorn$ndose la corriente de reflu&o en su unto de
burbu&a.
Bara las condiciones en que oera la columna, las lneas de
oeracin tienen la siuiente e
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tima, ba&o estas condiciones determine la comosicin de los
roductos que ueden obtenerse.
'atos de equilibrio(
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0.- ;na columna de fraccionamiento que oera a 1 atmsfera de
resin, recibe una mezcla de 100 moles lb/hr de una corriente
cuya condicin t5rmica es " moles % de aor saturado y "
moles % de lquido saturado. *sta mezcla tiene una comosicin
total de 40 moles % de etanol y 60 moles % de aua y se
alimenta or la osicin tima.
*l roducto de toe de&a el condensador como lquido saturado
que contiene 0 moles % de etanol y el roducto de fondostambi5n es un lquido saturado que contiene " moles % de
etanol.
#a columna oera con flu&os molares constantes y con una
relacin de reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o
mnimo, calcular(
a) #os flu&os de aor y lquido en cada una de las secciones
de la columna.
b) #as caras de calor en el condensador y en el recalentador.
c) *l n+mero de etaas ideales requeridas.
0.- ;na solucin acuosa que contiene 0 mol % de etanol,
disonible a 60 G, se debe searar en una columna de
destilacin fraccionada que oera a 1 atm de resin= ara
roducir un destilado de comosicin 0 % molar de etanol y un
residuo de comosicin % molar de etanol.
Se disone de una columna de destilacin equialente a latos
tericos, encontrar la relacin de reflu&o que debe emlearse.
0!.- ;na mezcla de tetracloruro de carbono y disulfuro de
carbono, conteniendo "0 % en eso de cada uno, ser$ fraccionada
en forma continua a la resin atmosf5rica con un r5imen de
4000 lb/hr.
Se utilizar$ un condensador total y el roducto destilado
contiene !" % en eso de disulfuro de carbono, mientras que el
residuo contiene 0." % en eso.
Si la alimentacin estar$ aorizada en un 0 % antes de
inresar a la columna, determinar(
a) *l n+mero mnimo de etaas ideales, r$fica y
analticamente.
b) *l n+mero necesario de etaas ideales ara una relacin de
reflu&o iual al doble de la mnima.
10.- Se alimenta en forma continua una mezcla de aua e
isoroanol, que contiene 10 moles % de isoroanol, a unacolumna que oera a la resin atmosf5rica= ara roducir un
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destilado que contiene 6." moles % de isoroanol.
#a cara se introduce a la columna en su unto de ebullicin y
debe recuerarse el !6 % del isoroanol que inresa &unto con
la alimentacin.
a) Si se utiliza una relacin de reflu&o iual a 1." eces la
mnima, determine la comosicin del roducto de fondos y el
n+mero de etaas ideales requeridas.b) Si en luar de utilizar un recalentador, se introduce aor
saturado a la resin atmosf5rica directamente or el fondo de
la columna, determine la comosicin del roducto de fondos y
el n+mero de etaas ideales requeridas.
11.- ;na mezcla binaria ha de seararse en una columna de
destilacin equialente a " latos ideales m$s el recalentador,
utiliz$ndose un condensador total de modo que la corriente de
reflu&o se retorna en su unto de burbu&a.
#a cara es un lquido saturado a la resin a la cual oera la
columna, de comosicin "0 % molar de 9, se introduce or el
recalentador a razn de 100 mol/hr= mientras que la corriente
de reflu&o se retorna a la columna a razn de "0 mol/hr
Si el roducto destilado tiene una comosicin !0 % molar de 9,
calcular la comosicin del roducto de fondos as como el
flu&o de los roductos.
'ato de equilibrio( ? @ .0"
1.- 9 una columna de deso&amiento 2Striin column) se
suministra or el toe 100 lb mol/hr de una mezcla de
comosicin 0 % molar de 9 y 0 % molar de A, en la condicin
de lquido saturado.
*l roducto de toe que es el aor que de&a el lato suerior,
tiene una comosicin de 0 % molar de 9, mientras que el
roducto de fondos se obtiene a razn de 1" lb mol/hr.
*ncontrar el n+mero de etaas de equilibrio requeridas ara
obtener la searacin deseada, asumiendo flu&os molares
constantes.
'ato de equilibrio( ? @ .0
1.- Se alimenta en forma continua una mezcla de aua e
isoroanol, que contiene 10 moles % de isoroanol, a una
columna que oera a la resin atmosf5rica= ara roducir un
destilado que contiene 6." moles % de isoroanol.
#a cara se introduce a la columna en su unto de ebullicin y
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debe recuerarse el !6 % del isoroanol que inresa &unto con
la alimentacin.
Si se utiliza una relacin de reflu&o iual al doble de la
relacin de reflu&o mnima, encontrar(
a) #a comosicin del roducto de fondos.
b) *l n+mero de etaas ideales requeridas.
Si en luar de utilizar un recalentador, se introduce aor
saturado a la resin atmosf5rica directamente or el fondo de
la columna, encontrar en este caso(
a) #a comosicin del roducto de fondos.
b) *l n+mero de etaas ideales requeridas.
14.- #as ecuaciones ara las lneas de oeracin de una columna
de destilacin que oera a la resin atmosf5rica, son(
Cona de enriquecimiento ........ ynD1 @ 0.60
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#a cara es alimentada en su unto de burbu&a a una columna que
tiene un reboiler y un condensador total.
#os datos de equilibrio a la resin de 10 sia son(
H,
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II.- PROBLEMAS DICTADOS EN CLASE DE TEORIA
01.- ;na solucin acuosa de metanol en su unto de burbu&a y
con un contenido de "0 % molar de metanol se suministra a una
columna de destilacin que oera a la resin atmosf5rica. Se
utiliza aor de aua a 14. sia inyectado directamente or el
fondo de la columna y un condensador total, retorn$ndose la
corriente de reflu&o en su unto de burbu&a.
Se requiere obtener un roducto destilado con ! % molar de
metanol y un roducto de fondos con % molar de metanol, si se
emlea una relacin de reflu&o iual a 1." , determinar(
a) *l n+mero de etaas ideales requeridas.
b) *l flu&o de aor a suministrar or el fondo de la columna.
0.- 100 mol lb/hr de una mezcla de metanol y aua conteniendo
40 % molar de metanol y 60 % molar de aua, ser$n searados enuna columna de destilacin continua que oera a 1 atm de
resin ara obtener un destilado que contena !6 % molar de
metanol y un roducto de fondos con " % molar de metanol.
#a columna est$ roista de un condensador total retorn$ndose
la corriente de reflu&o como liquido saturado y de un
recalentador . #a alimentacin disonible a una temeratura de
". , se introduce or la osicin m$s tima.
a) 'etermine los flu&os en mol lb/r del destilado y del
roducto de fondos.b) 'etermine el % de recueracin de metanol en el destilado.
9sumiendo flu&os molares constantes en cada zona de la columna
es decir or el m5todo de Kc abe Hhiele, determine(
c) *l n+mero mnimo de etaas de equilibrio.
d) #a relacin de reflu&o mnimo.
Si se emlea una relacin de reflu&o iual a 1. eces la
relacin de reflu&o mnimo.
e) *l n+mero de etaas de equilibrio requeridas.
f) #os flu&os de lquido y de aor en cada zona de la columna.
) #as caras calricas en el condensador y en el recalentador.
h) Si en luar de utilizar un recalentador se inyecta aor de
aua a 1 atm absoluta, directamente or el fondo de la columna,
determine en este caso el n+mero de etaas de equilibrio.
i) eetir los c$lculos desde 2d) hasta 2) si las temeraturas
de la alimentacin fuese 1. , 60.0 .
0.- ;na solucin acuosa de etanol que contiene 0 mol % de
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etanol, se debe fraccionar a 1 atm de resin ara dar un
destilado con 0 mol % de etanol y un residuo con mol % de
etanol, ara tal efecto se disone de una columna de
destilacin equialente a latos tericos a la cual se
suministra aor de aua a 1 atm de resin directamente or el
fondo de la columna.
Si la cara, disonible a 60 G, se introduce or la osicin
tima, determinar la relacin de reflu&o que se debe emlear.
04.- Se desea searar una mezcla de benceno y tolueno con una
comosicin 40 % molar de benceno en una columna de destilacin
continua que oera a la resin atmosf5rica.
#a columna de destilacin est$ roista de un condensador total
retorn$ndose la corriente de reflu&o en su unto de burbu&a y
de un recalentador.
Se desea obtener un roducto destilado con ! % molar debenceno y un roducto de fondos con % molar de benceno.
#a alimentacin, disonible a " se introduce a la columna
or la osicin tima.
Si se emlea una relacin de reflu&o iual a , determine
tomando como base 100 mol lb/hr de alimentacin(
a) *l n+mero de etaas de equilibrio requeridas ara efectuar
la searacin deseada.
b) #as caras calricas en el condensador y el recalentador.
0".- *l roileno, uno de los roductos etroqumicos de mayor
roduccin a niel industrial es utilizado ara una serie de
rositos que incluyen la roduccin de oliroileno,
isoroanol y $cido de roileno, la etaa final requerida ara
la roduccin de roileno consiste en la searacin del
roileno y roano or destilacin.
;na rueba de camo efectuada en una columna de destilacine
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#a columna utilizada tiene un di$metro interno de 1.1 m, con
!0 bande&as tio criba, siendo la searacin entre bande&as de
46 cm. 'etermine la eficiencia lobal de la columna.
'atos de equilibrio(
Graccin molar de roileno Lolatilidad relatia
roileno y roano
0.0 1.166
0. 1.1"
0.4 1.141
0.6 1.10
0. 1.11!
1.0 1.10!
06.- Se alimentan 100 mol lb/hr de una solucin que contiene 40
% molar de benceno y 60 % molar de tolueno en una columna dedestilacin que oera a la resin de 1 atm y que est$ roista
de un reboiler y de un condensador total retorn$ndose la
corriente de reflu&o en su unto de burbu&a.
*l roducto destilado debe tener una ureza de !" moles % de
benceno y recuer$ndose el !0." % del benceno carado a la
columna.
a) 'eterminese los flu&os del roducto destilado y roducto de
fondos.
b) 'eterminar la comosicin del roducto de fondos.c) 'eterminar el n+mero mnimo de etaas de equilibrio.
d) Si la cara se alimenta en su unto de burbu&a, ara una
relacin de reflu&o iual a determinar(
d1) #os flu&os de lquido y aor tanto or encima como or
deba&o del lato de cara.
d) 'eterminese la relacin de reflu&o mnimo.
d) *l n+mero de etaas ideales necesarias ara lorar la
searacin deseada.
d4) #a osicin tima del lato de cara.
d") #a cantidad de calor retirado en el condensador.
d6) #a cantidad de aua de refrieracin a utilizar, si 5sta
llea al condensador a una temeratura de 6 G y sale del mismo
a 14. G.
d) #a cantidad de calor a arear en el reboiler.
e) eetir los mismos c$lculos en el inciso 2d) cuando(
e1) #a cara se introduce en su unto de roco y se utiliza una
relacin de reflu&o iual a 6.
e) #a cara se aoriza en un "0 % 2en moles) y si la
relacin de reflu&o es iual a 4."
0.- ;na mezcla que contiene 0 mol % de metanol, y 0 mol % de
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aua debe fraccionarse la resin atmosf5rica ara lo cual se
suministra a razn de 100 lb mol/hr a una columna de
destilacin que tiene un condensador total y un recalentador.
#a columna oera de manera tal que se obtiene un destilado con
una ureza de !" mol % de metanol mientras que en el roducto
de fondos se elimina el ! % de las moles de aua caradas a la
columna.
#a alimentacin se encuentra disonible a una temeratura de
!. y se introduce or la osicin tima.
Bara lorar 5sta searacin se disone de una columna de
destilacin equialente a latos ideales y que el
recalentador tiene una eficiencia del 100 %, determinar(
a) #os flu&os de los roductos.
b) #a comosicin del roducto de fondos.
c) #a relacin de reflu&o que debe emlearse ara obtener la
searacin deseada.d) #os flu&os de lquido y aor en cada zona de la columna.
e) #as caras calricas en el condensador y en el recalentador.
0.- Se dise:ar$ una columna de destilacin ara searar
metanol y aua continuamente, a la resin atmosf5rica.
Se alimentar$n 100 moles/se de una solucin que contiene 40
moles % de metanol y 60 moles % de aua, cuya condicin t5rmica
es la de lquido saturado.
a) #a alimentacin se introduce or la osicin tima del
lato de cara, obteni5ndose un roducto destilado con una
ureza de ! moles % de y recuerando el !" % del metanol
carado a la columna.
*l reflu&o es un lquido saturado y se emlea una relacin de
reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o mnima.
9sumiendo flu&os molares constantes, determinar el n+mero de
etaas ideales requeridas.
b) Se est$ considerando utilizar una columna ya e
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mencionada en el inciso 2b), es el instalar un sistema ara
recalentar la alimentacin, de manera que 5sta inresa
arcialmente aorizada a la columna.
Si el flu&o de aor enerado or el recalentador es de !0
moles/se, y si la alimentacin uede introducirse or
cualquier unto de la columna= determine que orcenta&e de
alimentacin debe ser aorizada ara obtener un roducto
destilado con una ureza de ! moles % y un orcenta&e derecueracin de !" % del metanol en el destilado.
0!.- Se ha de royectar una columna de destilacin ara searar
000 I/hr de una mezcla de metanol y aua de comosicin 0 %
en eso de metanol, en un roducto de cabeza de comosicin !"
% en eso de metanol y un roducto de cola de comosicin
inferior al 4 % en eso de metanol.
#a alimentacin entra en un lato intermedio de la columna como
mezcla lquido-aor en la roorcin de a 1.
'eterminar(
a) #a relacin de reflu&o mnimo.
b) *l n+mero de latos necesarios ara efectuar la searacin,
si se emlea una relacin de reflu&o 4 % suerior a la mnima.
10.- Se ha de dise:ar una columna de destilacin fraccionada
ara searar "00 I/hr de una mezcla que contiene "0 % en eso
de metanol y "0 % en eso de aua, con la finalidad de obtenerun roducto destilado con ! % en eso de metanol y un residuo
con !6 % en eso de aua.
#a columna estar$ roista de un recalentador y de un
condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o en su
unto de burbu&a.
#a alimentacin inresa a la columna or la osicin tima a
.4 y se utiliza una relacin de reflu&o iual a 1. eces
la relacin de reflu&o mnimo.
Jallar(
a) *l n+mero de latos requeridos.
b) #os flu&os de lquido y aor en cada zona.
c) #a cantidad de calor a suministrar en el recalentador.
11.- Se ha de royectar una columna de destilacin fraccionada
ara searar 10000 lb/hr de una mezcla de benceno y tolueno de
comosicin 40 % molar de benceno que inresa a la columnaaorizada en un "0 %.
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#a columna oera a 1 atm y est$ roista de un recalentador y
de un condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o en
su unto de burbu&a.
Si se desea obtener un roducto destilado de comosicin !0 %
molar de benceno y un roducto de fondos de comosicin 4 %
molar de benceno, calcular(
a) #os flu&os de alimentacin, destilado y roducto de fondos
en mol lb/hr.
b) *l n+mero de etaas ideales.
c) Si el n+mero de etaas ideales, incluyendo el recalentador
es iual a , determinar la relacin de reflu&o a emlear.
d) #os flu&os de lquido y aor dentro de la columna.
e) #a temeratura a la que inresa la cara G.
1.- Se ha de royectar una columna de destilacin fraccionada
ara searar 10000 lb/hr de una mezcla de benceno y tolueno decomosicin 40 % molar de benceno que inresa a la columna
aorizada en un "0 %.
#a columna oera a 1 atm y est$ roista de un caldern y de un
condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o en su
unto de burbu&a.
Si se desea obtener un roducto destilado de comosicin !0 %
molar de benceno, utilizando una relacin de reflu&o iual 4.4"
y si la columna tiene etaas ideales incluyendo el caldern,
hallar(
a) #a comosicin del roducto de fondos.
b) #os flu&os de lquido y aor en cada zona de la columna.
e) #a temeratura a la que inresa la alimentacin.
1.- Se alimentan 100 mol lb/hr de una solucin que contiene 0
% molar de benceno y 0 % molar de tolueno en una columna de
destilacin que oera a la resin de 1 atm y que est$ roista
de un reboiler y de un condensador total retorn$ndose la
corriente de reflu&o en su unto de burbu&a.
*l roducto destilado debe tener una ureza de !" moles % de
benceno y el roducto de fondos debe tener una ureza de 4
moles % de benceno.
#a alimentacin inresa como aor saturado.
a) 'eterminese la relacin de reflu&o mnimo.
b) 'eterminar el n+mero de etaas ideales r$ficamente y
analticamente.
c) Glu&os de destilado y roducto de fondos.
Si la relacin de reflu&o es iual a determinar(
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d) #os flu&os de lquido y aor or encima y deba&o del lato
de cara.
e) elacin de reflu&o interno.
f) *l n+mero de etaas ideales.
) #a osicin del lato de cara.
h) antidad de calor a retirar en el condensador.
i) antidad de aua de refrieracin en el condensador si
inresa a 6 G y sale a 1". G.
&) antidad de calor que debe suministrarse en el recalentador.Si la cara se introduce or el lato n+mero 4 contada a artir
del toe, determinar(
I) *l n+mero de etaas ideales.
14.- Se caran 10000 I/hr de una mezcla de benceno y tolueno a
una columna de destilacin la cual oera a 1 atmsfera de
resin . #a mezcla se comone de 40 % en eso de benceno y
60 % en eso de tolueno y debe seararse en un roducto
destilado que contiene !6 % en eso de benceno y un roducto de
fondos que contiene % en eso de benceno.
#a solucin se alimenta a la torre en su unto de ebullicin y
se utiliza una relacin de reflu&o iual a ." eces la
relacin de reflu&o mnimo. onsiderando que la mezcla es ideal
es decir son alidas las leyes de aoult y 'alton, hallar(
a) *l n+mero de etaas mnimas ideales.
b) *l n+mero de etaas ideales si la cara se introduce or la
osicin tima.
c) *l n+mero de etaas ideales si la cara se introduce or el
lato n+mero 6.
1".- ;na columna de fraccionamiento que oera a 1 atmsfera de
resin recibe una cara 100 mol/hr de una corriente cuya
comosicin es " moles % de aor saturado y " moles % de
lquido saturado, 5sta cara tiene una comosicin total de 40
moles % de etanol y 60 moles % de aua y se introduce or la
osicin tima.
*l roducto destilado de&a el condensador como lquido saturado
que contiene 0 moles % de etanol y el roducto de fondos
tambi5n es un lquido saturado que contiene " moles % de
etanol.
#a columna oera con flu&os constantes y con una relacin de
reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o mnimo,
calcular(
a) #a relacin de reflu&o mnimo.
b) Glu&os de aor y lquido tanto or encima como or deba&o
del lato de cara a la relacin de reflu&o esecificada.c) #as caras de calor al reboiler y del condensador en AH;/hr.
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d) *l n+mero de etaas de equilibrio requeridas ara efectuar
la searacin deseada.
16.- ;na mezcla acuosa de metanol, en su unto de burbu&a y con
un contenido de "0 moles % de metanol, se suministra a razn de
100 moles/hr a una columna de destilacin que oera a la
resin atmosf5rica.
Se utiliza aor de aua a 14. sia, inyectado directamente
or el fondo de la columna, y un condensador total,
retorn$ndose la corriente de reflu&o en su unto de burbu&a.
Se requiere obtener un roducto destilado con un contenido de
! moles % de metanol y un roducto de fondos con moles % de
metanol.
Si la columna emleada es equialente a ! etaas ideales,
determinar(
a) *l flu&o de aor en el toe de la columna.
b) #os flu&os de los roductos destilado y de fondos.
c) *l flu&o de aor a suministrar or el fondo de la columna.
d) #a ubicacin del lato de cara.
1.- 'emostrar que ara el caso en que la cura de equilibrio
uede enerarse or la e
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9, se cara a la columna 1000 mol/hr de una mezcla de los
comonentes 9 y A la cual tiene una comosicin de 0 % molar
del comonente 9.
#a cara se introduce or el lato timo de cara y antes de
inresar a la torre se eaora el 40 % de las moles totales,
inresando como una mezcla lquido-aor.
#a columna oera a 14. sia, y tiene un recalentador y uncondensador total y el reflu&o se retorna en su unto de
burbu&a.
Bara una relacin de reflu&o iual a , determinar(
a) omosicin del lquido roeniente del lato M .
b) antidad del roducto destilado y el roducto de fondos.
c) Bosicin del lato timo de cara.
d) Glu&o de aor en el toe de la columna.
e) elacin de reflu&o interno.
f) elacin de reflu&o mnimo.) 8+mero de etaas ideales necesarias.
dato de equilibrio( ? @ .0"