lUNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA
PROBLEMAS DE CONTAMINACION DEL AIRE
CATERA:
Ciencias Ambientales PRESENTADO A:
Ing. José Pomalaya Valdez REALIZADO POR:
ALFARO ASTOHUAMÁN, Ángel
ALUMNO DEL VIII SEMESTRE DE LA FIQ-UNCP FIQ-UNCP
Ciudad Universitaria – Huancayo Pe Julio del 20 rú 8
1
18
1. Convierta los siguientes valores: S olución:
a. 500 ppb de CO, medidos a 293K y 101,3 Kpa a mg CO/m3 500 ppm T
500
cm 3 m3
0,5
l m3
293 K
P 101.3 Kpa 1atm M
gCO 28 mol
pv
nRT
w M
RT ⇒
w
PM
v
RT
1at m x 28 g / mol 0.082
atmxl
1.165
x293 K molxK
gSO 2 l
g 10 3 mg mgCO l 0.5 3 x1.165 x 582,7 ⇒ m l g m3 b. 500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg SO3/Nm 3 3 cm l 500 ppm 500 3 0,5 3 m m T 293 K P 101.3 Kpa 1atm gSO3 64 mol w w pv n RT RT ⇒ M v
M
P M RT
1at m x 64 g / mol Atmxl 0.082 x293 K molxK
2,66
gSO2 l
3
1 g 10 mg mgSO2 0.5 3 x2.66 x x1331.89 ⇒ m l g m3 c. 500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm3 Solución:
500 ppm M
cm 3 500 3 m
gCO 28 mol
0,5
28 gCO mol
x 3
l m3 1mol 22,4l / mol
g 1.25 l
1 g 10 mg mgCO 0.5 3 x1.25 x 625 ⇒ m l g m3 d. 500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO2/Nm3 Solución:
2
18
500 ppm T
cm 3 500 3 m
0,5
l m3
293 K
P 101.3 Kpa 1atm M
gSO2 64 mol
28 gSO2 mol
x
1mol 22,4l / mol
g 2.85 l
3
⇒
3
18
1 g 10 mg 0.5 3 x2.857 x m l g
1428.57
mgSO2 m3
2. Exprese las concentraciones de contaminantes que se indican en los valores que se piden: S olución:
a. 250 mgC6H6/Nm3 en ppm. 1molC 6H 6 mg 1 g 22.4l 103cm3 cm3 250 x x x x 71.79 3 71.79 ppm Nm 2 103mg 78 g 1molC6 H 6 1l m b. 420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C6H6/Nm3
420 ppm
420
T
293 K
P
101.3 Kpa
M pv
cm 3 3 m
0,42
l 3 m
1atm
gC 6 H 6 78 mol w nRT RT M
⇒
w
PM
v
RT
1atmx64 g / mol 0.082
Atmxl
3.246
gC 6 H 6
x293 K molxK mgC 6 H 6
l
1 g 10 3 mg 0.42 3 x3.246 x 1363.5 ⇒ m l g m3 c. 350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO2/Nm3 cm 3 350 ppm 350 3 m gNO2 M 46 mol ⇒
cm3 1l 46 gNO2 mg 1mol 103 mg 350 3 x 3 3 x x x m 10 cm 1mol 22.4l 1 g
718.75363.5
mgNO2 m3
d. 250 mg deNO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO2. 250mgNO2 T
293 K
P
101.3 Kpa 1atm
M pv
⇒
4
18
0.25 gNO2
g N O2 mol w nRT RT M
46
1l 0.25 g 1.915 g
⇒
w v
PM RT
1at m x 46 g / mol Atmxl 0.082 x293 K molxK
lNO2 0.1305 3 m .aire
cm 3 NO 2 130.5 m3
gNO2 1.915.246 l
130.5 ppmNO2
2. En una estación Municipal de control de contaminación media d ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 g / m3 a 25ºc y 1 Bar. ¿Cuá será la concentración de ozono expresado en ppm? S olución:
25 g Concentración = m3 T
298 K
P
1bar
pv
⇒
5
18
nRT
750mmmhg w M
RT
⇒
cm 3 1 g 500 3 x 6 m 10 ug
0.5
1 m3
0 9861atm
w
PM
v
RT
0.986at m x 46 g / mol Atmxl 0.082 x293 K molxK
g 1 103cm3 x 25 *104 3 x m 1.937 g 1l
cm 3 0.0129 3 m
48 g
gg 1.937 298 Kxmol l
0.0129 ppm.ozono
3. Una norma de calidad fija para el monóxido de carbono un concentración media de 11 ppm medidos durante un periodo d muestreo de 24 horas. ¿Cual será la concentración equivalente en mg/m3 S olución:
11 ppm 1 ⇒
6
18
cm3 m3
cm3 1mol 28 gCO 1l 103 cm3 11 3 x x x 3 x m 22,4l 1mol 10 cm3 1 g P
1.05bar
T
500 ª C
pv
nRT
13.75
mg Nm 3
1.036atm 273 K w M
RT
⇒
w
PMv RT
0.986at mx 46 g / mol Atmxl 0.082 x293 K mol xK
48 g 298 Kxmol
1.937
g l
4. En una planta de producción de energía , el gas de chimenea sale a 500C y contiene las cantidades de bióxido de azufre que a continuación se indica según sea la calidad de combustible quemado: a. 2100 ppm b. 1900ppm. Si la emisión de gases es de 30000m3/min cual será la emisión de gas de SO2/5? Dato: La presión de los gases a la salida de la chimenea es de 1.05 bar. S olución: a.
2100 ppm
b. 1900 ppm
cm3 l 2.1 m3 m3 cm3 l 1900 1.9 m3 m3
2100
a. w
PMv RT
1.0364atm 2 M 64 gSO2 x 3 x Atmxl m 1molx273 K 0.082 molxK g 30000m3 1min gSO2 2.196 x x 1098 m3 min 60 seg m3
2,196
b. 1.0364atm 1.9l 64 gSO2 gSO2 x 3 x 1.987 Atmxl m 1molx273 K m3 0.082 molxK g 30000m3 1min gSO2 w 1.987 x x 993.5 m3 min 60 seg m3 w
7
18
gSO2 m3
5. Una norma de calidad del aire fija para el dióxido de azufre un concentración de 85ug/m3 a 20·C y 1.1 bar de promedio anual. ¿cua será la concentración equivalente en ppb ? S olución:
Concentración =
T
20º C
P 1.1bar pv
⇒
8
18
273 K
ug 85 g 1 g 85 3 x 6 3 m m 10 ug
85 *10
6
g m3
293 K
1.0855atm
1.0855at m x64 gSO 2 / mol Atmxl M v RT 0.082 x293 K molxK 1 10 3 cm 3 10 3 mm 3 mm 3 6 g x x x 29.40 3 85 *10 1l 1cm3 m 3 2.891 g m nRT
w
RT
⇒
w
PM
64 g 298 Kxmol
g 2.891 l
0.0129 ppb.SO 2
6.
Un método muy frecuente de obtención de cobre es el tratamiento d sulfuro de cobre (I) con oxigeno, proceso en el cual se libera e cobr metálico y se genera dióxido de azufre. Si de desea fabricar diariamente 40Tn de una aleación Cu-Ni con un contenido de cobre de 18%. Calcule: a. La cantidad diaria de mineral de cobre , con un contendido de sulfuro d cobre (I) del 32% que abra que tratar, si el proceso de obtención de cobre transcurre con un rendimiento del 78% b. Si todo el azufre contenido en el minera procesado se emitiera a l atmósfera como SO2,. ¿Cual serán las emisiones diarias de est compuesto a la atmósfera expresada en Kg SO2/dia? c. ¿ Cual seria la concentración de este compuesto en las bases de emisió si se liberan a la atmósfera 6.2*104 Nm3 de gas por tonelada de minera procesado?. Exprésala en ppm y mg SO2/Nm3. S olución:
a. La reacción: Cu 2 S
O2
2Cu
SO2
Aleación CU-Ni: 18%Cu Producción: 40OM/día Cu en la aleación: 0.18 (40) = 7.2TM/día 7.27TM / dia Rendimiento: 9.23TM / dia 0.78 La cantidad de mineral de cobre: 1molCu2 S 1molCu 159 gCu 2 S 9.237TM x x x 2molCu 63.5 gCu 1molCu2 S dia
11.55
TM dia
11.55TM / dia 0.32
36.11TM / dia.deCu 2 S
b. De la reacción:
Cu 2 S O 2
2Cu
SO 2
1molCu 2 S 64gSO 2 11,55TM C u 2 S 1mol SO 2 x x x 1molSO 2 dia 1molCu 2 S 159g C u 2 S
4.649TM/día
c.
4649
kgSO 2 día
se tiene: 4.649 x10 4 Nm 3 gas / TM mi ner al
6.2 x10 4 nm 3 gas x 36.11 TM mineral 223.882 x 10 4 Nm 3 gas TMminer al 9
18
4649 kg 10 4 mg = x 223,882 x 10 4 Nm 3 1Kg
= 2076,54
mg SO 2
Nm 3
4649 kg 22,4l 1mol 10 3 cm 3 10 3 g = x x x x 223,882 x 10 4 Nm 3 1mol 64g 11 1kg
= 726,79
10
18
cm 3 Nm 3
= 726,79 ppm SO 2
7. Para generar electricidad, se queman en una central térmica 4000 TM dí de un carbón que tiene una riqueza en carbón del 80 y un contenido d azufre de un 1.1 %. calcule: a. Las toneladas de dióxido de azufre emitidas a la atmósfera al año. b. ¿Que cantidad mensual de caliza del 85 de riqueza de carbonato d calcio, será necesario añadir a los gases de escape para reducir en un 8 las emisiones de dióxido de azufre, precipitándolo en forma de sulfato d calcio? c. Las emisiones de dióxido de azufre, una vez depurado, expresadas e ppm y en mg/Nm3, si el volumen total de gases emitidos es de 4.10 4 Nm 3 / día. S olución:
a. Carbón: 4000TM I día C = 0.80(4000)
= 3200 TM / dia
S = 0.011(4000) = 44 TM / dia En la reacción: S O 2
SO 2
La cantidad de SO2 emitidas:
64g SO 2 TM SO 2 365 Dias 1mol SO 2 1mol S x x x 44 TM de S 88 x 32g S 1mol SO 2 dia año 1mol S
32120
TM SO 2
2676, 67
año
TM SO 2 mes
b. Se tiene la reacción: 2Ca CO 3 2SO 2 2mol CaCO 3 2mol SO 2
x
18
2 CaSO 4
2CO 2
1mol SO 2 100g CaCO 3 0.80(2676, 67) TM SO 3 x x 64g SO 2 1mol Ca CO 3 mes
La cantidad de caliza:
11
O2
3345,83 TM CaCO 3 (0.85) mes
3936.27
TMC aCO 3 me s
c. Las emisiones de SO2 = 88 TM SO2 88 TM SO 2 dia 10 6 mg 22,4L 1mol SO2 10cm 3 x x x x x Dia mol 64g L 4x 10 3 m3 TM 770 ppm SO 2
88TM SO 2 dia 10 6 mg mg SO2 x x = 2200 3 3 dia 4x10 m 1 TM Nm 2
12
18
770 cm3
m3
8. Una industria utiliza como combustible 21/día de un carbón qu contiene 90% de C y un 2% de S y emite gases a las atmósfera con u caudal de 1500 Nm3 /h. a. Calcular la concertación de partículas en le gas de emisión si un 5% del contenido de C del carbón se forma de partículas inquemadas. b. Calculas el contenido de SO2 en los gases de emisión, expresado como mg/ Nm3, suponiendo que no se aplica ningún sistema de depuración. c. Si para depurar las emisiones de partículas se instala un filtro de mangas que tiene una eficacia teórica de 99%, calcular la concentración final de la partícula que se emite en el exterior. S olución:
a. Cantidad de carbón: 2 TM I día C = 90% = 0.90 (2) = 1.80 TM/ día S = 2% = 0.02 (2) = 0.047 TM /día
Gases a las atmósferas: 1500 Nm3 / h
Partículas: 5% de C = 0.05 (1.8) = 0.09 TM/día = 3.75kg/h La concentración: 3.75 kg/h 10 4 mg mg C x 2500 3 kg 1500Nm / h Nm 3
b. Contenido de SO2 en la atmósfera: S = 0.04 TM día = 1.6667 kg/día
La reacción de emisión: S O2
?
SO 2
1mo l SO 2 1mo l S 64g SO 2 1.667 kg/h 10 4 mg x x x x 2 kg 1molS 32g S 1mo l SO 2 1500Nm /h
c. Partículas al exterior: eficiencia de filtro 99% 13
18
2222.22
mg SO2 Nm 3
Al exterior: 1% 0.01(2500) 25
14
18
mg particulas
Nm 3
9. Si durante un proceso de producción se genera 3 kg de partículas po tonelada de producto fabricado, y la administración le permite una emisiones máximas de 110 mg/ m3, calcule cual debe ser el rendimient mínimo del sistema de depuración de partículas a instalar si el cauda de gases es de 1400 m3 por tonelada de producto fabricado. S olución:
Producción:
3
par tículas TM Prod. Fabricado
Emisión máxima:
Flujo de gases:
110
mg
m3
1400
m3 TM prod. Fabricado
Relacionando:
3
10 6 mg 3Kg. Partículas x TM Prod. Fabricado 1kg 3
1400
m TM Prod. Fa br icado
Rendimiento:
2147.85mg/m 3
110 x 100% 5.12% 2147.85
Rendimiento mínimo: (100 - 5.12) = 94.88% (que falta para sistema de depuración)
15
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10.Un garaje posee unas dimensiones de 5 m de largo, 4m de ancho y 2.8 de altura. Si un coche permaneciera en marcha dentro del e, calcul cual seria la concentración en mg/ m3 de monóxido de carbono en e interior al cabo de 3 horas, sabiendo que la concentración de est compuesto en los gases de escape es de 8g CO/m 3 y que el motor de coche al ralentí emite 2.4 m3/h de gases de escape. Calcule también e cuanto tiempo se llegaría a alcanzar la concertación de 1500 ppm de Co considerada inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IPVS). S olución:
Volumen del garaje: = 5m x 4m x 2.8m = 56 m3 Presión: 1atm. Temperatura: 20º C =293 k 8 g CO Gas de escape: : tiempo 3h m3 Emisión: 2.4 m3/h Concentración de CO: 1500 ppm = 1500 cm3/m3 = 1.5 L/m3 CO en el garaje: = 8000mg/m3 x 2.4 m3/56m3 x 1028,57 mg CO/m3 La concentración de CO: w w PM pv nRT RT ⇒ M v RT 1atmx28g 1.1654g/l 0.082 atm x 1 x293 K molxK
1.1654
g l
x1.5
1 m3
1.7481g/m 3
1748.1
mg C O m3
Calculo del tiempo:
3h 1028.57mgCO/m3
16
18
x 1748.1
mg CO
m3
5.09h
5h5min.
11.Sabiendo que le valor limite umbral (VLU) que indica el porcentaje de oxigeno en el aire ambiente por debajo del cual pueden ocasionars efectos perjudiciales para la salud es de 18% en volumen, calcule si s correría el riesgo de alcanzar en un laboratorio de dimensiones 8m d largo, 5m de ancho y 3m de altura en el que se produce una fuga tota del nitrógeno contenido en 4 botellas de 20 litros cada uno, a un presión d 180 atm. Y situados en el interior del laboratorio. Considere que el laboratorio se encuentra a una presión de 1atm. Y 22 C de temperatura, y que la composición de aire es de un 21% de oxigeno y un 79% de nitrógeno en volumen.
S olución:
Efecto perjudicial (18% de O2 en el aire Laboratorio P= 1Atm T= 22C Volumen total de laboratorio (aire) = 8mx5mx3m = 120m3 Fuga de nitrogeno: P s1= 4x20l=80l Ps2 = 180atm. Aplicando la ley de Boyle: P1 V1 V2
P2 V2 180atmx80L 1atm
14400L 14.4 m 3 N 2
Volumen de aire: 120 m 2
25,2 m 3
Vol.O 2
0,21(120)
Vol.N 2
0.79 (120) 94,8 m
Volumen de N 2
3
94.8 14.4 (fuga) 109.2 m3 N2
Volumen Total del aire : Vol.O 2
17
18
Vol.N 2
25.2
109.2
134.4m 3
Vol.O 2
Vol. N 2
25.2 x 100% 18.75% O 2 134.4 109,2 x 100% 81.25% N 2 134.4
Por lo tanto al ser: 18.75%. 18% no supone riesgo aunque este muy próximo.
18
18
