UNIVERSIDAD 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 Ángel
ALUMNO DEL VIII SEMESTRE DE LA FIQ-UNCP
Ciudad Universitaria – Huancayo Perú Julio del 2008
1
18
1. Convierta los siguientes valores: Solución:
a. 500 ppb de CO, medidos a 293K y 101,3 Kpa a mg CO/m 3 500 ppm = 500
cm 3 m
3
=
0,5
l m
3
T = 293K P = 101.3Kpa = 1atm M = 28
gCO mol
pv = nRT =
⇒=
0.5
l m
w M
RT ⇒
x1.165 3
g l
x
w
PM
=
v
=
RT
10 3 mg
=
g
gSO2 1atmx 28 g / mol = 1.165 atmxl l x 293K 0.082 molxK mgCO
582,7
m
3
b. 500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg m g SO3 /Nm 3 500 ppm = 500
cm m
3
3
=
0,5
l m3
T = 293K P = 101.3Kpa = 1atm M = 64
gSO3 mol
pv = nRT =
⇒=
0 .5
1 m
3
w M
RT ⇒
x 2.66
g l
x
w
=
v
PM
=
RT
103 mg g
gSO2 1atmx64 g / mol = 2,66 Atmxl l x 293K 0.082 molxK
x1331.89
mgSO 2 m3
c. 500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm3 Solución: 500 ppm = 500
cm 3
=
0,5
l
m3 m3 gCO 28 gCO 1mol = M = 28 x mol mol 22,4l / mol
g 10 3 mg x1.25 x ⇒= 0.5 m3 l g
1
=
625
=
1.25
g l
mgCO m3
d. 500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO2 /Nm3 Solución: 2
18
500 ppm = 500
cm 3 m
3
=
0,5
l m
3
T = 293K P = 101.3Kpa = 1atm M = 64
gSO2 mol
=
28 gSO2 mol
x
1mol 22,4l / mol
g 10 3 mg x 2.857 x ⇒= 0.5 m3 l g
1
3
18
=
=
2.85
1428.57
g l
mgSO 2 m3
2. Exprese las concentraciones de contaminantes contaminantes que se indican en los valores que se piden: Solución:
a. 250 mgC6H6 /Nm3 en ppm. 250
mg
1g
x x Nm 2 103mg
1molC 6 H 6 78 g
x
22.4l 1molC 6 H 6
x
103cm3
=
1l
71.79
cm3 m3
=
71.79 ppm
b. 420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C6H6 /Nm3
cm 3
420 ppm = 420
m3
=
l
0,42
m3
T = 293K P
=
101.3Kpa
M = 78
=
1atm
gC 6 H 6
mol w w pv = nRT = RT ⇒ M v
⇒=
0.42
1
g
m
l
x3.246 3
x
PM
=
=
RT
10 3 mg
=
g
gC 6 H 6 1atmx64 g / mol = 3.246 Atmxl l x293K 0.082 molxK
1363.5
mgC 6 H 6 m3
c. 350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO2 /Nm3 cm3
350 ppm = 350 M = 46 ⇒=
350
m3
gNO2 mol cm3 m3
x
1l 103 cm
x 3
46 gNO2 mg 1mol
x
1mol 22.4l
x
103 mg
=
1g
718.75363.5
mgNO2 m3
d. 250 mg deNO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO 2. 250mgNO2
=
0.25 gNO2
T = 293K P = 101.3Kpa = 1atm M = 46
gNO2 mol
pv = nRT =
⇒=
4
18
0.25 g
w M
RT ⇒
1l 1.915 g
=
w v
PM
=
=
RT
0.1305
gNO 2 1atmx 46 g / mol = 1.915.246 Atmxl l x 293K 0.082 molxK
lNO 2 m 3 .aire
=
130.5
cm 3 NO2 m3
=
130.5 ppmNO2
2. En una estación Municipal Municipal de control de contaminación contaminación media de ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 µ g / m3 a 25ºc 25ºc y 1 Bar. ¿Cuál será la concentración de ozono expresado en ppm? Solución:
Concentración =
25 µ g m
3
=
500
cm3 m
3
x
1g 6
10 ug
=
0.5
1 m3
T = 298K P = 1bar = 750mmmhg pv = nRT =
⇒=
5
18
w M
25 *104
RT ⇒
g m
3
x
=
w
0 − 9861atm =
v
1 1.937 g
PM RT
x
=
gg 0.986atmx 46 g / mol 48 g = 1.937 Atmxl l 298Kxmol x 293K 0.082 molxK
103cm3 1l
=
0.0129
cm 3 m
3
=
0.0129 ppm.ozono
3. Una norma de calidad fija para el monóxido de carbono una concentración media de 11 ppm medidos durante un periodo de muestreo de 24 horas. ¿Cual será la concentración equivalente en mg/m3. Solución:
11 ppm = 1
cm3 m3
cm3 1mol 28 gCO mg 1l 103 cm3 = 13.75 ⇒= 11 x x x 3 x 3 3 22,4l 1mol 10 cm3 1g m Nm P
=
1.05bar = 1.036atm
T = 500 ª C + 273K pv = nRT =
6
18
w M
RT ⇒ w =
PMv RT
=
g 0.986atmx 46 g / mol 48 g = 1.937 Atmxl l 298Kxmol x 293K 0.082 molxK
4. En una planta de producción producción de energía , el gas de chimenea chimenea sale a 500C y contiene las cantidades de bióxido bióxido de azufre que a continuación 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. Solución:
a. 2100 ppm = 2100 b. 1900 ppm = 1900
cm3
m3 cm3 m3
=
=
2.1
1.9
l m3 l
m3
a. gSO2 1.0364atm 2 M 64 gSO2 = 2,196 x 3 x Atmxl m RT m3 1molx 273K 0.082 molxK g 30000m3 1 min gSO2 x x = 2.196 = 1098 min 60 seg m3 m3 w=
PMv
=
b. gSO2 1.0364 atm 1.9l 64 gSO2 = 1.987 x 3 x 3 Atmxl m 1molx 273K m 0.082 molxK g 30000m3 1 min gSO2 w = 1.987 x x = 993.5 m3 m3 min 60 seg w=
7
18
5. Una norma de calidad del aire fija para el dióxido de azufre una concentración de 85ug/m3 a 20·C y 1.1 bar de promedio anual. ¿cual será la concentración equivalente en ppb ? Solución:
Concentración =
85 µ g m
3
=
85
ug m
3
x
1g 6
=
10 ug
85 *10
g
6
−
m
3
T = 20º C + 273K = 293K P
=
1.1bar = 1.0855atm
pv = nRT =
⇒=
8
18
85 * 10
−
w M
6
RT ⇒
g m3
x
w
=
v
1 2.891g
PM RT
x
=
1.0855atmx64 gSO 2 / mol Atmxl x 293K 0.082 molxK
10 3 cm 3 1l
x
10 3 mm 3 1cm3
=
29.40
mm 3 m3
=
64 g 298Kxmol
=
=
2.891
0.0129 ppb.SO2
g l
6. Un método muy frecuente de de obtención de cobre es el tratamiento tratamiento de sulfuro de cobre (I) con oxigeno, proceso en el cual se libera e cobre metálico y se genera dióxido de azufre. Si de desea fabricar diariamente 40Tn de una aleación aleación Cu-Ni con un contenido contenido de cobre de 18%. Calcule: a. La cantidad diaria de mineral de cobre , con un contendido de sulfuro de cobre (I) del 32% que abra que tratar, si el proceso de obtención del cobre transcurre con un rendimiento del 78% b. Si todo el azufre contenido en el minera procesado se emitiera a la atmósfera como SO2,. ¿Cual serán las emisiones diarias de este compuesto a la atmósfera expresada en Kg SO2 /dia? c. ¿ Cual seria la concentración de este compuesto en las bases de emisión si se liberan a la atmósfera 6.2*104 Nm3 de gas por tonelada de mineral procesado?. Exprésala en ppm y mg SO2 /Nm3. Solución:
a. La reacción: Cu2 S + O2
2Cu + SO2
→
Aleación CU-Ni: 18%Cu Producción: 40OM/día
Cu en la aleación: 0.18 (40) = 7.2TM/día Rendimiento:
7.27TM / dia
=
0.78
9.23TM / dia
La cantidad de mineral de cobre: =
TM 1molCu 2 S 1molCu 159 gCu2 S 9.237TM = 11.55 x x x 2molCu 63.5 gCu 1molCu 2 S dia dia
=
11.55TM / dia 0.32
36.11TM / dia.deCu 2 S
b. De la reacción:
=
1mol SO 2
x
Cu 2 S + O 2
1molCu 2 S
1molCu 2 S 159g Cu 2 S =
4.649TM/dí a
=
4649
x
→ →
2Cu + SO 2
64gSO 2 1molSO 2
x
11,55TM Cu 2 S dia
kgSO 2 día
c. se tiene: =
=
4.649 x10 4 Nm 3 gas / TM mineral 6.2 x10
4
nm 3 gas
TMmineral 9
18
x 36.11 TM mineral = 223.882 x 10
4
Nm 3 gas
=
=
4649 kg 223,882 x 10 4 Nm 3 4649 kg 223,882 x 10
= 726,79
10
18
cm 3 Nm 3
4
Nm 3
x
x
10 4 mg 1Kg 22,4l 1mol
x
= 726,79 ppm SO 2
= 2076,54
1mol 64g
x
mg SO 2 Nm 3
10 3 cm 3 11
x
10 3 g 1kg
7. Para generar electricidad, electricidad, se queman en una central central térmica 4000 TM día de un carbón que tiene una riqueza en carbón del 80 y un contenido de 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 de calcio, será necesario añadir a los gases de escape para reducir en un 80 las emisiones de dióxido de azufre, precipitándolo en forma de sulfato de calcio? c. Las emisiones de dióxido de azufre, una vez depurado, expresadas en ppm y en mg/Nm3, si el volumen total de gases emitidos es de 4.10 4 Nm 3 / día. Solución:
a. Carbón: 4000TM I día C = 0.80(4000)
= 3200 TM / dia
S = 0.011(4000) = 44 TM / dia → SO 2 En la reacción: S + O 2
La cantidad de SO2 emitidas:
=
1mol SO 2 1mol S
=
32120
x
1mol S 32g S
TM SO 2
=
año
x
64g SO 2 1mol SO 2
2676, 67
x 44 TM de S = 88
TM SO 2 dia
x
365 Dias año
TM SO 2 mes
b. Se tiene la reacción: 2Ca CO 3 =
2mol CaCO 3 2mol SO 2
x
18
2SO 2
1mol SO 2 64g SO 2
La cantidad de caliza:
11
+
x
+
O2
→ →
2 CaSO 4
100g CaCO 3 1mol Ca CO 3
x
+
2CO 2
0.80(2676, 67) TM SO 3 mes
=
3345,83 TM CaCO 3
=
(0.85) mes
3936.27
TMCaCO 3 mes
c. Las emisiones de SO2 = 88 TM SO2
=
88 TM SO 2 Dia
=
88TM SO 2 dia
18
3
4x 10 m3
x
10 6 mg TM
x
22,4L mol
x
1mol SO 2 64g
770 ppm SO 2
=
12
x
dia
x
dia 4x10 3 m 3
x
10
6
mg
1 TM
= 2200
mg SO 2 Nm 2
x
10cm 3 L
=
770 cm3
m3
8. Una industria utiliza como combustible 21/día de un carbón que contiene 90% de C y un 2% de S y emite gases a las atmósfera con un caudal de 1500 Nm 3/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. Solución:
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 Nm 3 / h
Partículas: 5% de C = 0.05 (1.8) = 0.09 TM/día = 3.75kg/h 3.75kg/h La concentración: =
3.75 kg/h 3
1500Nm / h
x
4
10
mg
kg
=
2500
mg C Nm 3
b. Contenido de SO2 en la atmósfera: S = 0.04 0.04 TM día = 1.6667 kg/día kg/día
La reacción de emisión: S + O2
=
1.667 kg/h 2
1500Nm /h
x
10 4 mg kg
x
1mol SO 2 1molS
x
? →
SO 2
1mol S 32g S
x
c. Partículas al exterior: eficiencia de filtro 99% 13
18
64g SO 2 1mol SO 2
=
2222.22
mg SO 2 Nm 3
Al exterior: 1% =
14
18
0.01(2500) = 25
mg particulas Nm
3
9. Si durante un proceso de producción producción se genera 3 kg de partículas por tonelada de producto producto fabricado, y la administración le permite unas emisiones máximas de 110 mg/ m3, calcule cual debe ser el rendimiento mínimo del sistema de depuración de partículas a instalar si el caudal de gases es de 1400 m 3 por tonelada de producto fabricado. Solución:
Producción:
3
partículas TM Prod. Fabricado
Emisión máxima:
Flujo de gases:
110
mg m3
1400
m
3
TM prod. Fabricado
Relacionando: 3Kg. Partículas =
3
TM Prod. Fabricado 1400
m
x
10
6
mg
1kg
3
=
2147.85mg/ m 3
TM Prod. Fabricado
Rendimiento: =
110 2147.85
x 100% = 5.12%
sistema de Rendimiento mínimo: (100 - 5.12) = 94.88% (que falta para sistema depuración)
15
18
10. Un garaje posee unas dimensiones de 5 m de largo, 4m de ancho y 2.8m de altura. Si un coche permaneciera en marcha dentro del e, calcule cual seria la concentración en mg/ m 3 de monóxido de carbono en el interior al cabo de 3 horas, sabiendo que la concentración de este compuesto en los gases de escape es de 8g CO/m 3 y que el motor del coche al ralentí emite 2.4 m3/h de gases de escape. Calcule también en cuanto tiempo se llegaría a alcanzar la concertación de 1500 ppm de Co, considerada inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IPVS). Solución:
•
Volumen del garaje: = 5m x 4m x 2.8m = 56 m3 Presión: 1atm. Temperatura: 20º C =293 k
•
Gas de escape:
• • •
•
: tiempo 3h
•
CO en el garaje: = 8000mg/m3 x 2.4 m3 /56m3 x 1028,57 mg CO/m3 La concentración de CO:
•
pv = nRT =
•
=
m3
Emisión: 2.4 m3 /h Concentración de CO: 1500 ppm = 1500 cm3/m3 = 1.5 L/m3
•
=
8 g CO
w M
RT ⇒
w
=
v
PM RT
1atmx28g = 1.1654g/l 0.082 atm x 1 x293K molxK
1.1654
g l
x1.5
1 m3
=
1.7481g/m 3
=
1748.1
mgCO m3
Calculo del tiempo:
=
3h 1028.57mgC O/m3
16
18
x 1748.1
mg CO m
3
=
5.09h
=
5h5min.
11. Sabiendo que le valor limite umbral (VLU) que indica el porcentaje del oxigeno en el aire ambiente por debajo del cual pueden ocasionarse efectos perjudiciales para la salud es de 18% en volumen, calcule si se correría el riesgo de alcanzar en un laboratorio de dimensiones 8m de largo, 5m de ancho y 3m de altura en el que se produce una fuga total del nitrógeno contenido en 4 botellas de 20 litros cada uno, a una 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.
Solución:
Efecto perjudicial (18% de O2 en el aire Laboratorio P= 1Atm T= 22C Volumen total de laboratorio (aire) (aire) = 8mx5mx3m = 120m 120m3 Fuga de nitrogeno: P s1= 4x20l=80l Ps2 = 180atm. Aplicando la ley de Boyle: P1 V1 V2 =
=
P2 V2
180atmx80L
=
1atm
14400L
=
3
14.4 m N 2
Volumen de aire: 120 m2
Vol.O2
=
0,21(120) = 25,2 m3
Vol.N 2
=
0.79 (120) = 94,8 m 3
Volumen de N 2
=
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.O2 Vol. N 2
25.2
=
134.4 109,2
=
134.4
x 100% = 18.75% O 2 x 100% = 81.25% N 2
Por lo tanto al ser: 18.75%. 18% no supone riesgo aunque este muy próximo.
18
18
