Estime el punto de rocío y los grados de sobrecalentamiento del aire a 90ºC



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EQUIPO 5

6.15

El aire con humedad relativa de 50% se enfría de 90ºC a 25ºC a presión constante de 1atm.



  1. Estime el punto de rocío y los grados de sobrecalentamiento del aire a 90ºC

Usando la ley de Raoult

Si Hr=50%=0.50

P(90ºC) = 525.76 → Tabla B.3

Punto de Roció= (0.34588)(760)=262.869mmHg

Según la tabla B.3 Tpr= 72.5ºC

Grados de sobrecalentamiento= 90ºC-72ºC= 18ºC



  1. ¿Cuánta agua se condensa (mol) por metro cúbico de aire alimentado? (Vea el ejemplo 6.3-2)

1m3 x (103 L/m3) x (273K/363K) x (mol/22.4L)= 33.57mol

Condición de saturación

Y1 = P*H2O (25ºC)/ 760 = 23.56/760=0.031mol H2O /mol

Balance de aire seco

0.654 (33.57)= n1 (1-0.031)

N1= 22.7 mol

Balance general

33.57 =22.7 + n2

n2= 10.8 mol H2O condensada /m3


  1. Suponga que una muestra del aire a 90ºC se coloca en una cámara cerrada de volumen variable que contiene un espejo y la presión se incrementa a temperatura constante hasta que se forma vaho sobre el espejo. ¿A qué presión (atm) se formara el vaho? (suponga comportamiento de gas ideal

P= Pi* (90ºC)/YH2O

P= 525.76mmHg/ 0.346=1520mmHg = 2atm

6.55

Un sistema cerrado contiene una mezcla equimolar de n-pentano e isopentano.

a) suponga que el sistema es líquido en su totalidad al principio, a 120ºC y alta presión, y que ésta última se reduce poco a poco a temperatura constante. Estime la presión a la cual se formara la primera burbuja de vapor y aquella a la que se evaporara la última gota de líquido. Calcule, además, las composiciones del líquido y el vapor (fracciones molares) bajo ambas condiciones. (Sugerencia: emplee una hoja de cálculo)

Usando la ecuación de Antoine podemos obtener las presiones de vapor (estoy utilizando la los valores de la tabla B-4, aunque el valor de 120ºC supera los rangos para los dos compuestos)

n-pentano Log10 P= 6.84471 –(1060.793/120+231.541)= 3.82716

P= 103.82716 = 6716.74

Isopentano Log10 P= 6.73457-(992.019/120+229.564)= 3.89669

P= 103.89669= 7883.06

Xnp = 0.5mol de np L /mol Xip=0.5 mol de ip L/mol

Presión total

P= Xnp P*np + Xip P*ip

P= (0.5 x 6716.7) + (0.5 x 78893.06) =7299.88



Yip = 1-Ynp

Yip= 1-0.460058= .539942 mol ip V/mol

Cuando la última gota de líquido se evapora

Ynp= 0.5 mol de np V/mol Yip=0.5 mol de ip V/mol







b) ahora suponga que el sistema se inicia como vapor a 1200 mmHg manométricos y altas temperaturas y que esta se reduce en forma gradual a presión constante. Estime la temperatura a la cual se formara la primera gota de líquido y aquella a la cual se condensara la última burbuja de vapor. Calcule, además, la composición de líquido y del vapor (fracciones molares) bajo ambas condiciones.

Cuando la primera gota de líquido se forma

Ynp= 0.5 mol de np V/mol Yip=0.5 mol de ip V/mol

Tdp= 63.1ºC

P*np= 1758mmHg

P*ip= 2215mmHg



Xip = 1-Xnp = 0.44 mol de ip L /mol

Cuando la última burbuja de vapor se condensa

Presión total

P= Xnp P*np + Xip P*ip

1960= 0.5 () + 0.5(

T= 62.6°C

Yip= 1-0.44= .056mol de ipV/mol



6. 25

Un adulto respira cerca de 12 veces por minuto, inhalando casi 500mL por vez. En los pulmones se intercambian oxígeno y dióxido de carbono. La cantidad de nitrógeno exhalada es igual a la inhalada y la fracción molar de nitrógeno en el aire exhalado es 0.75. El aire exhalado está saturado con vapor de agua a la temperatura corporal, 37°C. Estime el incremento en la velocidad de perdida de agua cuando una persona que respira aire a 23°C y humedad relativa de 50% entra a un avión donde laa temperatura también es de 23°C, pero la humedad relativa es de 10%.


T= 23°C P=1atm

0.79 N₂/mol

Hr=10%

n₁=?


T=37°C P=1atm

0.75 N₂/mol

n₂=?
pulmones2.png (320×213)

Aire inhalado: n₁=











6.35

El n-Hexano se utiliza para extraer aceite del frijol de soya. El residuo solido de la unidad de extracción, que contiene 0.78 kg de hexano liquido/hg de solidos secos, se pone en contacto en un secador con nitrógeno que entra a 85°C. Los sólidos salen del secador conteniendo 0.05 kg de hexano liquido/kg de solidos secos, y el gas sale de dicho secador a 80°C y 1 atm, con saturación relativa de 70%. A continuación, el gas se alimenta a un condensador donde se comprime a 5 atm y se enfría a 28°C, permitiendo así la recuperación de parte del hexano como condensado.

  1. Calcule la recuperación fraccionaria del hexano

  2. Se hace una propuesta para separar la corriente de gas que sale del condensador, combinando 90% de ella con nitrógeno fresco, calentando la corriente combinada a 85°C y recirculándola ya caliente hacia la entrada del secador. ¿Qué fracción del nitrógeno requerido en el proceso del inciso anterior se ahorraría al introducir la recirculación?



Para obtener la saturacion de la salida utilizamos la ecuación de Antuan









Inciso B








Ecuaciones 1 a 3









Problema 6.65

Una mezcla de vapor que contiene 30 moles % de benceno y 70 moles % de tolueno a 1atm se enfría en forma isobárica en un recipiente cerrado desde una temperatura inicial de 115 °C. Emplee el diagrama de Txy de la figura 6.4-1 para responder a las siguientes preguntas:

  1. ¿A qué temperatura se forma la primera gota de condensado? ¿Qué composición tiene?

  2. En un punto durante el proceso, la temperatura del sistema es de 100 °C. Determine las fracciones molares de benceno en las fases de vapor y líquido y la proporción (moles totales en vapor/ moles totales en liquido) en este punto.

  3. ¿A qué temperatura se condensa la última burbuja de vapor? ¿Cuál es su composición?

Respuesta:

  1. Intersección de la curva de vapor con yB= 0.30 la temperatura es de 105 °C y tiene una composición de aproximadamente 13 % de benceno (l) y de 87 % de tolueno (l).

  2. A la temperatura de 100 °C la composición del líquido es de xB= 0.25 % mol B/ mol de líquido mientras el vapor cuenta con yB= 0.50 % mol B/ mol de vapor.

  3. Intersección de la curva de líquido con xB= 0.30 la temperatura es de 99 °C y la composición es de aproximadamente 50 % de benceno (v) y de 50 % de tolueno (v).


nv (mol de vapor)
Esto para el inciso b)


0.50 mol B (v)/ mol

Base: 1mol



nl (mol de líquido)



0.30 mol B (v) /mol



0.25 mol B (l)/ mol

Balances:

Moles totales: 1 = nv + nl nl = 0.8 mol

Benceno: 0.30 =0.50 nv + 0.25 nl nv =0.2 mol



Problema 6.85

Una solución acuosa de urea (PM= 60.06) se congela a -4.6 °C y 1 atm. Estime el punto de ebullición normal de la solución; después, calcule la masa de urea (gramos) que sería necesario agregar a 1.00 Kg de agua para elevar el punto de ebullición normal de 3°C.

Respuesta:























6.95



Una solución acuosa de acetona se alimenta a velocidad a un tanque con agitación. También se alimenta en este tanque una corriente de metil isobutilcetona pura y la mezcla resultante se envía a un separador que opera a 25°C. Una de las fases formadas tiene velocidad de flujo de y contiene 70% por peso de MIBK. Emplee la figura 6.6-1 para determinar la velocidad de flujo y la composición de la segunda corriente de producto y la velocidad a la cual se alimenta MIBK a la unidad.


Tanque con agitación.

XA (lbm A/lbm)

Xw (lbm W/lbm) XASalida, XwSalida

0.70 MIBK

m1 lbm M/h m2 lbm/h

XASalida, XWSalida, XM

Mediante la figura 6.6-1

Fase 1: XM = 0.70, XWEntrada = 0.05, XAEntrada = 0.25

Fase 2: XMSalida = 0.03, XWSalida = 0.81, XASalida = 0.81

Balance de Masa:

Balance de Metil isobutilcetona (MIBK):

6.45 Indique si usaría la Ley de Raoult o la de Henry para realizar cálculos de equilibrio vapor-líquido para cada componente de las siguientes mezclas líquidas: a) agua y nitrógeno disuelto, b) hexano, octano y decano, c) agua mineral o cualquier otra bebida carbonada.

Tomando en consideración que la Ley de Raoult es válida cuando el líquido es casi puro y para mezclas de hidrocarburos parafínicos de pesos moleculares semejantes; y la Ley de Henry da relaciones para soluciones diluidas con solutos que no reaccionen ni se ionicen , se concluye lo siguiente:

a) Ley de Henry. Porque el nitrógeno está disuelto en el agua.

b) Ley de Raoult. Porque los componentes son de pesos moleculares similares.

c) Ley de Raoult. Porque el ácido carbónico sí reacciona con el agua en fase líquida.

6.75

Se alimenta una solución acuosa de hidróxido de potasio a razón de 875kg/hr en un cristalizador evaporativo que opera a 10°C y produce cristales de KOH2H2O. Una alícuota de 5g de la solución de alimentación se titula hasta la neutralidad con 22.4 ml de H2SO4 0.85 molar. La solubilidad del KOH a 10°C es 103 kg KOH/100 kg H2O. ¿A qué velocidad se debe evaporar el agua para que cristalice 60% del KOH en la alimentación?

- Vv= ?









Por lo tanto:





Para la salida (cristalización)

60% KOH de entrada

Por la solubilidad del KOH a 10°C tenemos:



Si se tiene un proceso contiguo, el balance de es:



Expresado en kg de :



Así se obtiene Vv ()



Debido a que





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