Descripción: Ejercicios resueltos de balances de materia (Himmelblau y felder)
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Descripción: Balances de Materia Termoelectrica
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Ejercicios resueltos de balances de materia (Himmelblau y felder)
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Departamento de Ingeniería Química Grado en Ingeniería Química Fundamentos Ingeniería Química 2014/2015 Quinta Relación de problemas
43. Calcular Calcular la variació variación n de entalpía entalpía asocia asociada da al proceso proceso siguiente siguiente a 500 K. C(s) + 1/2O 2(g) → CO(g) Datos: ΔHf ⁰ (CO)= (CO)= -110’54 -110’54 kJ/mol kJ/mol Cp[C(s)]=16’86+4’77.10-3 T J/mol K Cp[O2(g)]=29’96+4’19.10-3 T J/mol K Cp[CO(g)]=28’41+4’10.10-3 T J/mol K. 44. Se alimen alimenta ta contínu contínuament amente e a un recipiente recipiente una mezcla mezcla equimola equimolarr de benceno benceno y tolueno a 10ºC donde se calienta la mezcla a 50ºC. 50ºC. El producto líquido líquido contiene 40% en mol de benceno y el producto vapor vapor 68.4% en mol de benceno. ¿Cuánto calor calor debe transferirse por mol a la mezcla de alimentación? 45. Se alimenta vapor a una una presión de 10 bar absoluta absoluta a 370ºC a una una turbina con una velocidad de flujo flujo másico de 2000 kg/h. La operación operación de la turbina es adiabática adiabática y el efluente es vapor saturado, saliendo éste en un punto situado a 5m por debajo de la entrada del vapor en la turbina. Calcule el trabajo producido por la turbina en kilowatios, despreciando los cambios de energía cinética. 46. Una turbina funciona con 500 kg/h de vapor. vapor. El vapor entra a la turbina a 44 atm y 450ºC a una velocidad lineal de 60 m/s y sale en un punto 5 m por debajo de la entrada a la turbina a presión atmosférica y a una velocidad de 360m/s. La turbina produce un trabajo externo a una velocidad de 70kW y se estima que la pérdida pér dida de calor de la turbina es de 104 kcal/h. Calcule el el cambio de entalpía asociada al proceso. proceso. 47. 47. Se quema metanol líquido líquido con 100% de aire en exceso. exceso. El ingeniero ingeniero que diseña el horno debe calcular la temperatura más alta (temperatura adiabática de llama) que deben soportar las paredes del mismo para poder seleccionar el material adecuado. Efectúese ese cálculo suponiendo que se suministra metanol a 25ºC y q ue el aire entra a 100ºC. Cp (J/molºC) CO2 = 36.11 + 4.233.10-2 T H2O (g) = 33.46 + 0.688.10 -2 T O2 = 29.10 + 1.158.10-2 T N2 = 29 + 0.2199.10-2 T
48. Un volumen volumen (medido (medido a 820 820 K y 1 atm) atm) de 3850 m3 de gases con la siguiente composición molar: 8’0% de CO 2, 18’0% de H2O, 9’0% de O2 y 65’0% de N2 liberados durante el proceso de combustión de un horno, es enviado a un intercambiador de calor con el fin de aprovechar su energía y precalentar el aire en entrada a dicho horno. Calcular la cantidad de calor calor que cederán dichos gases gases al aire que circula por el interior de los tubos del intercambiador si entran a una temperatura de 800 K y salen con una temperatura de 390 K en un proceso que se produce a presión constante de 1 atm. Los valores valores correspo correspondien ndientes tes a la entalpía entalpía de cada cada component componente e del gas a las dos temperaturas son: Gas CO2 H2O N2 O2
ΔH (kJ/mol) 390 K 800 K 3’404 23’710 3’456 18’823 4’511 15’756 3’946 16’564
Departamento de Ingeniería Química Grado en Ingeniería Química Fundamentos Ingeniería Química 2014/2015 Quinta Relación de problemas
49. De una unidad de síntesis sale vapor de metanol (CH 3OH) a una temperatura de 800 ºF y pasa a través de un intercambiador de calor en la que la corriente se enfría; generándose en este proceso vapor saturado a 70 psia. La alimentación de agua al intercambiador es a 70 ºF y 70 psia. Si el cociente entre la alimentación molar del agua y del metanol es 0’2 y se supone un comportamiento adiabático, ¿cuál es la temperatura de salida del metanol? Dato: para el metanol tómese Cp=10,54+9,2exp -3 T (Btu/lbmolºF) 50. Una corriente de metano a 100ºC se quema con un 100% en exceso de aire a 25ºC en un horno adiabático. Calcule la temperatura adiabática de llama. CH4(g)
51. En un reactor adiabático se efectúa la reacción de deshidrogenación de etanol (C2H5OH) para la obtención de acetaldehído (CH 3CHO): C2H5OH (g)
CH3CHO (g) + H 2 (g)
Hro(25
ºC)=+68’95 kJ mol -1
El reactor se alimenta con vapor de etanol a 300 ºC y se alcanza una conversión del 30%. Calcúlese la temperatura de salida de los productos considerando constantes los siguientes valores de capacidades caloríficas: C 2H5OH (g): Cp= 0’110 kJ mol -1 ºC-1; CH3CHO (g) : Cp= 0’080 kJ mol -1 ºC-1 y H2 (g) : Cp= 0’029 kJ mol -1 ºC-1. 52. Un gas natural contiene 85% de metano y 15% de etano en volumen. Calcule el poder calorífico de este combustible en kJ/g siendo las entalpías estándar de combustión del metano y del etano -802 kJ/mol y -1428 kJ/mol respectivamente.
Ejercicios propuestos para casa 53. Cuando reacciona el monóxido de carbono con agua en exceso del 100% se produce hidrógeno y dióxido de carbono. La pérdida de calor del reactor es de 120.2 kJ/kmol de CO. Sabiendo que la temperatura de salida del reactor es de 800K y la presión es 1 atm ¿Cuál es la temperatura a la que se introducen los reactivos? Asumir que la reacción es completa y que no hay cambios de estado. ∧ o
La entalpía de reacción es
ΔH r
Cp H2O (v) = 36.30 kJ/kmol K Cp H2 = 28.84 kJ/kmol K Cp CO = 28.95 kJ/kmol K CpCO2 = 36.11 kJ/kmol K
= 41.17 10 3 kJ/kmol CO. Los valores de Cp medio son:
