TEMA:
RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS
CÁTEDRA
:
CIENCIAS AMBIENTALES
RESPONSABLE
:
Ing. José POMALAVA VALDÉZ
ALUMNO
:
CORIÑAUPA ZEVALLOS ROBERTO
SEMESTRE
:
IX
H U A N C A Y O – P E R Ú
RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS PROPUESTOS CAPÍTULO I: CONTAMINACION DEL AGUA 1.1. Calcular la dureza de las siguientes aguas , ricas en sales de magnesio, cuyo análisis dan los siguientes resultados :
1.2. Un agua industrial tiene una concentración de 4x10-4M en Ca+2 ¿Cuál es su dureza?
1.3. ¿Cuál es la dureza de un agua agua natural que tiene una concentración concentración de 80 ppm en CaCO3? = 80mg/L CaCO 3 = 80ppm CaCO 3 1.4. Cual será la dureza de un agua industrial que tiene la concentración de 60 ppm en Ca+2
1.5. Un agua de un manantial fue tratada con Na2CO3. Para reducir su dureza. Después de del tratamiento la dureza se ha reducido 10ppm de CaCO3 ¿Cuál será la concentración de CO3-2 en el equilibrio? Conociendo la reacción de precipitación del CaCO3 y el equilibrio de solubilidad del mismo, podemos calcular la concentración del anión carbonato existente en el equilibrio.
RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS PROPUESTOS CAPÍTULO I: CONTAMINACION DEL AGUA 1.1. Calcular la dureza de las siguientes aguas , ricas en sales de magnesio, cuyo análisis dan los siguientes resultados :
1.2. Un agua industrial tiene una concentración de 4x10-4M en Ca+2 ¿Cuál es su dureza?
1.3. ¿Cuál es la dureza de un agua agua natural que tiene una concentración concentración de 80 ppm en CaCO3? = 80mg/L CaCO 3 = 80ppm CaCO 3 1.4. Cual será la dureza de un agua industrial que tiene la concentración de 60 ppm en Ca+2
1.5. Un agua de un manantial fue tratada con Na2CO3. Para reducir su dureza. Después de del tratamiento la dureza se ha reducido 10ppm de CaCO3 ¿Cuál será la concentración de CO3-2 en el equilibrio? Conociendo la reacción de precipitación del CaCO3 y el equilibrio de solubilidad del mismo, podemos calcular la concentración del anión carbonato existente en el equilibrio.
1.6. El análisis de un agua natural indica que es 4x10-4 M, Mg+2, 6x10-4 M Ca+2 y 8x10-4 M HCO-3. Si se quiere ablandar dicha agua por el método de la cal y de la sosa [Ca(OH) 2 y Na2CO3] calcule la cantidad de hidróxido de calcio y de carbonato de sodio que ser necesario emplear por cada m3 de agua. Para calcular la cantidad de Na2CO3 Calculando la adición de sosa:
Calculando la Cal necesaria:
Para precipitar el exceso de Ca+2 con Na2CO3.
1.7. Una muestra de agua residual que llega a una depuradora fue sometida al ensayo de incubación reglamentario para la determinación del parámetro DBO5. Para ello, y dado que previsiblemente el valor de DBO5 será alto, se diluyeron 25 ml del agua residual hasta un litro con agua exenta de oxígeno. o xígeno. En esta nueva disolución se determina la concentración del oxígeno disuelto antes del ensayo de incubación y al finalizar el mismo, después de 5 días, obteniéndose los valores de 9 y 1 mgO2/l respectivamente. ¿Cuál es el valor del parámetro DBO5? Sabiendo que la DBO5 es la diferencia entre la concentración inicial y final de oxígeno disuelto, considerando el grado de dilución:
1.8. Una muestra de 50 ml de un agua residual se diluyó hasta hasta 500 ml con agua exenta exenta de oxígeno y se determinó la concentración en oxígeno disuelto de la muestra diluida, que resultó ser de 6 ppm. Al cabo de 5 días de incubación volvió a repetirse la determinación de
oxígeno disuelto, siendo el valor hallado en esta ocasión DBO5 del agua residual
1.9. Un vagón cisterna de 60 m 3 acaba de realizar un transporte con etanol. Para limpiarlo se llena completamente de agua. ¿Cómo variará la DBO total del agua si habían quedado en el fondo del vagón 10 litros de etanol? Supóngase que el etanol puede sufrir oxidación total por degradación biológica con el oxígeno. Dato: Densidad del etanol 0.87 g/cm3 a 20 ºC. Planteando la reacción: Entonces determinando estequiométriamente la cantidad de oxígeno a consumirse:
1.10. Una muestra de 100 ml de una muestra de agua residual consume en total para su oxidación 30 ml de una disolución de dicromato de potasio 0.15N, Calcule la DQO de dicha agua residual.
1.11. Una industria química que produce ácido acético CH3-COOH, evacua un caudal de agua residual de 100 l/s con una concentración en dicho ácido de 300 mg/l. Si se elimina el ácido acético, oxidándolo hasta CO2 con dicromato de potasio 1 M, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr +3, calcule el volumen diario de la solución de dicromato, expresado en m3, que será preciso emplear El número de equivalentes del agente oxidante deben de ser iguales a los del Oxígeno. La ecuación sería: Luego calculando el peso equivalente del Oxígeno:
Calculando los demás equivalentes:
1.12. Calcule cual será el DQO de un agua residual que contiene una concentración de 5 ppm del pesticida baygon (C11H15O3 N). considere que el nitrógeno se oxida totalmente hasta ión nitrato. La Reacción Química es:
1.13. La DBO total de una determinada agua es de 60 ppm de oxígeno mientras que para la oxidación total de una muestra de 50 cm3 de dicha agua se precisa 4 cm3 de dicromato de potasio 0.12 N. Calcule el DQO del agua mencionada e indique si la materia orgánica que predomina es de naturaleza biodegradable o no biodegradable. Sabemos que:
Calculando el peso equivalente del oxígeno en la reacción:
La disminución de Oxígeno será:
0.78 < 1 , por lo tanto predomina la materia orgánica biodegradable. 1.14. La DBO total de una determinada agua es de 60 ppm de oxígeno mientras que para la oxidación total de una muestra de 50 cm3 de dicha agua se precisa 4 cm3 de dicromato de
potasio 0.12 N. Calcule el DQO del agua mencionada e indique si la materia orgánica que predomina es de naturaleza biodegradable o no biodegradable. a) Carbón activo necesario.
b) Volumen a tratar de agua.
1.15. En las aguas del mar del pacifico, un mar interior, la cantidad total de sólidos disueltos en el agua es del orden del 50 g/l. Para desalinizar esta agua utilizando un proceso de ósmosis inversa, ¿Cuál será la presión Mínima necesaria a la temperatura de 25 ºC? Dato: Suponga el Factor i de Van Hoff = 1.75 y que los sólidos disueltos La P min. Corresponde a la presión osmótica del agua a tratar, por tanto relacionaremos esta presión con la concentración
La presión es menor a 35.7 atmósferas 1.16. Un agua residual contiene 120ppb de Al (III). Calcule cual será el pH mínimo al que comenzara a precipitar el citado contaminante en forma de hidróxido de aluminio, por adición progresiva de una base fuerte. Dato: Ks Al(OH)3=1.9x10-33 En base a este dato, calcularemos la cantidad de Al+3 que contendrá el agua
Para al agua tenemos:
Comenzará a precipitar a partir de un PH de 4.87 1.17. A un agua residual que se encuentra a pH = 8 se le incorpora por un nuevo vertido, 13 ppm de Cr(III). ¿Precipitara el citado metal en forma de hidróxido de cromo (III)? Dato: Ks/Cr(OH)3/ = 6.7 x 10-31 Comenzaremos con la ecuación de equilibrio:
1.19. Una empresa dedicada al sector de recubrimientos electrolíticos tiene dos corrientes de aguas residuales procedentes de su proceso productivo perfectamente segregados y diferenciados con las siguientes características: corriente A: carácter ácido, caudal 120l/s, 60mg/l de CrO4-2. corriente B: carácter básico, caudal 100l/s, 5mg/l de CN a. Si para depurar la corriente A se pretende como primer paso reducir el cromato (CrO2 ) hasta Cr -2, Calcular la cantidad diaria que se necesitara de sulfito se sodio (Na2SO3) si se utiliza este compuesto como reductor.
b. Su se pretende precipitar como hidróxido todo el Cr +3 , obtenido en el paso anterior , calcular la cantidad de cal apagada(hidróxido de calcio de 85% de pureza que será) necesario emplear diariamente.
c. Si para depurar la corriente B se pretende oxidar al Ion cianuro (CN -) hasta dióxido de carbono y nitrógeno elemental, mediante una disolución 5M de hipoclorito de sodio ( NaOCl), proceso en el cual el hipoclorito se reduce hasta ión cloro. Calcular los lodos diarios de dicha solución oxidante que se necesitaran.
1.20. Una industria química genera un agua residual que posee las siguientes características media: Caudal = 80l/s Etanol = 130mg/l Ácido metanoico =400mg/l Sólidos en suspensión=500mgl [Pb+2]= 3mg / l Para esta agua indique: a. La DBO total del agua residual debida a la presencia de etanol y del ácido metanoico
Calculando la DBO causada por el etanol:
Calculando la DBO causada por el acido metanoico:
b. Si se pudiese eliminar selectivamente solo el ácido metanoico, oxidándolo hasta CO2 con bicromato de potasio en medio ácido, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr+2, ajuste la ecuación iónica de oxidación-reducción que tendría lugar y calcule el volumen diario de la solución de bicromato de potasio 2M, expresado en m3. Que seria preciso emplear. Basados en esta reacción Iónica tenemos:
c. Las toneladas anuales de lodos húmedos, retiradas con un 40% de humedad, que se producirán si los sólidos e suspensión se reducen hasta 30mg/l. d. Si se disminuye la concentración de Pb+2 precipitándolo por adición estequiometrica
de una solución de carbonato de sodio. ¿cual será el consumo diario de carbonato de sodio sólido de pureza de 95%¿ cual será la concentración de Pb+2, expresada en ppb, en el agua residual una vez tratada? Balance de Materia: SOLIDOS QUE SE ELIMINAN = SOLIDOS INICIALES – SOLIDOS FINALES
De esta ecuación determinaremos la cantidad de carbonato de sodio:
Finalmente para la concentración de Pb:
CAPÍTULO II CONTAMINACIÓN DEL AIRE 2.1 Convierta los siguientes valores: a) 500 ppm de CO, medidos a 293K y y 101.3 kPa a mg CO/m 3
b) 500 ppm de SO2, medidos a 293K y y 101.3 kPa a mg SO2/m3
c) 500 ppm de CO, medidos a condiciones normales a mg CO/m3
d) 500 ppm de SO3, medidos a condiciones normales a mg SO2/m3
2.2 Exprese las concentraciones de contaminación en los valores que se piden: a) 250 mg C6C6 Nm3 en ppm
b) 420 ppm de C6H6 medidos a 293 K y 101.3 kPa en mg C 6H6/m3
c) 350 ppm de NO2 medidos a condiciones normales a mg NO2/Nm3
d) 250 mg NO2 medidos a 293 K y 101.3 KPa a ppm NO 2
2.3 En una estación Municipal de control de contaminación media de ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 mg /m3 a 25ºc y 1 Bar. ¿Cuál será la concentración de ozono expresado en ppm?
2.4 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/Nm3.
2.5 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
2.6 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. ¿Cuál será la concentración equivalente en ppb ?
2.7 Un método muy frecuente de obtención de cobre es el 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 Cu-Ni con un 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%. Planteando la ecuación: Producción 400 /día entonces con el cobre a 0.18 de puerza : 9.23 TM/dia Tendríamos:
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.
2.8 Para generar electricidad, se queman en una 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.
Calculemos ahora la cantidad de anhídrido emitido:
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? De acuerdo a la reacción hallemos la cantidad de caliza:
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 Nm3 / día.
2.9 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 Nm3/h.
a. Calcular la concertación de partículas en el gas de emisión si un 5% del contenido de C del carbón se forma de partículas inquemadas. Basados en los porcentajes de pureza tendremos que hay 1.80 TM/ día de C y 0.047 TM/día de S, con estos datos tenemos la concentración de gases a la atmósfera de 1500 Nm3/h, considerando las partículas (un 5%) de C tendríamos 3.75Kg/h
b. Calculas el contenido de SO2 en los gases de emisión, expresado como mg/ Nm3, suponiendo que no se aplica ningún sistema de depuración. Cantidad de S = 0.04 TM/día = 1.667 Kg/día Tenemos la reacción:
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.
2.10 Si durante un proceso de producción se genera 3 kg de partículas por tonelada de 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 m3 por tonelada de producto fabricado. Relacionaremos la producción, la emisión máxima y el flujo de gases:
Luego considerando el rendimiento: Que también será el rendimiento mínimo. 2.11 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/ m3 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/m3 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). NOTA: Considere condiciones de 1 atm de presión y 20ºC de Temperatura para el tratamiento de los gases. Expresando la concentración de CO = 1.5 L/metro cúbico Partiendo de ella y la ley de los gases:
2.12 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 un79% de nitrógeno en volumen. Calculando el volumen del laboratorio = 8x5x3=120metro cúbicos Aplicando la ley de los gases isotérmicamente:
Como ya conocemos el volumen:
Calculando las fracciones en volumen:
Los valores se encuentran dentro de los límites. CAPÍTULO III CONTAMINACIÓN CON SÓLIDOS
3.1. En una determinada incineradora se queman diariamente 45 ton de unos residuos que contienen varios compuestos mercúricos, con una concentración total de 2 g de mercurio por kg de residuo. Si en el proceso de incineración el mercurio se emitiera en forma de átomos gaseoso, expresado tanto en ppm como en mg/Nm3, si el caudal de gases es de 15 Nm3/kgde residuo incinerado. Cantidad de mercurio: Total de Gases: Calculando la concentración:
3.2. Al hacer una auditoria ambiental en una empresa se detecta que sus problemas medio ambientales son fundamentalmente: · Emisiones de óxidos de nitrógeno (medidos como dióxido de nitrógeno) de 400mg/Nm3. · Aguas con 60mg/l de butanol y un contenido de zinc de 250ppm. a. ¿Cual debiera ser la eficacia del sistema de eliminación de óxidos de nitrógeno a instalar si sus emisiones deben reducirse a 20 ppm?
b. ¿Cuál será el DBO del agua residual si se considera que se debe exclusivamente al butanol?
c. ¿Cuántos ml de disolución 0.1 M de fosfato de sodio habrá que añadir, por litro de agua residual, para eliminar el zinc que contiene, precipitándolo como fosfato de zinc, si el rendimiento del proceso es del 78 %? La eliminación del zinc, ¿Será completa? Justifique la respuesta. Planteando la reacción:
Rendimiento del 78% El Zn no se elimina completamente, ya que el producto de solubilidad hace que permanezca una cantidad de Zn. d. Si el fosfato de zinc generado en el apartado se retira en forma de lodos con un 46% de humedad, y sabiendo que el caudal de agua residual es de 0.5 m3/h ¿Cuál será el peso mensual de lodos retirados?
3.3. Las aguas residuales del prensado de pulpas de una industria azucarera tienen un contenido de sacarosa (C12O22H11) de 2000mg/l y de sólidos en suspensión de 12 g/l. Sabiendo que su caudal es de 0.6 m3/ton de azúcar producido. Calcule para una azucarera que produzca 2000 ton mensuales de azúcar: a. ¿Cuál seria la DBO total de esta agua suponiendo que se produce una oxidación completa de sacarosa?
DATOS: La reacción de oxidación de la sacarosa: Entonces obteniendo el DBO:
b. Si para depurar las aguas residuales se opta por un proceso anaeróbico, logrando que el carbono de la sacarosa se transforme en metano con un rendimiento del 70%. Calcule la cantidad de metano generado mensualmente, expresado en m3medidos en condiciones normales. Partiendo de la reacción de un proceso anaeróbico:
c. Si los sólidos en suspensión se reducen hasta 30mg/l, retirándose como lodos húmedos con una humedad de 65%. Calcule el peso mensual de lodos producidos. 12 g/l = 12000mg/l Lodo retirado = 12000-30 = 11970 mg/l
d. ¿Qué cantidad de carbón, de PCI 7300kcal/kg y contenido de azufre de 1.8 % se podría ahorrarse mensualmente empleando en su lugar el metano generado en el proceso de depuración? Calculando la cantidad de metano:
Y en la reacción calcularemos la cantidad de C:
e. ¿Cuáles serian las emisiones de SO2 a la atmósfera (expresado en ppm y en mg/Nm3) si en lugar del metano generado se emplea el carbón mencionado en el apartado d, teniendo en cuneta que las emisiones de gases a la atmósfera son de 8000 Nm3/tonelada de carbón?
Tenemos la Reacción: Calculando los Flujos:
3.5. Una ciudad de 200000 habitantes genera 1.25 Kg. de residuos urbanos por persona y día, que se someten a un tratamiento de incineración. La densidad de los mismos es de 0.18 g/cm3 y el contenido de azufre es de un 0.5%. Calcule: a. Si todo el azufre se transforma durante la incineración en SO2 ¿Qué cantidad estequiómetrica de caliza, del 82% de pureza en carbonato de calcio, debe emplearse diariamente para eliminar, en forma de sulfato de calcio, el 96% de los óxidos de azufre generados? Exprese el resultado en toneladas.
Teniendo la reacción:
En el SO2:
b. ¿Cuál será la concentración de SO2 en los gases de emisión depurados si para cada kg. de residuo incinerado se genera 13 Nm3 de vertido cascajo? Exprésela en ppm y en mg/Nm3
Teniendo la reacción de emisión:
c. Si las aguas residuales generadas en la misma planta arrastran 600 mg/l de un compuesto orgánico biodegradable de fórmula C2H4O2, ¿cuál será la OBO total de dichas aguas originadas por el compuesto citado? Tenemos en la reacción:
d. Las aguas residuales contienen también 300 ppm de Pb -2. Para eliminar se precipita como sulfato de plomo (II), añadiendo la cantidad estequiométrica de ión sulfato, a pesar de ello. ¿Cuánto Pb-2 quedará en el agua residual (exprésalo en ppm) Teniendo la reacción ajustada:
e. Si el 15% del vertido incinerado permanece como cenizas de densidad 1.2 gcm3 ¿Qué volumen mínimo, expresado en m3, debiera tener el vertedero en el que van a depositarse si se pretende que tenga una vida útil de 60 años?
3.6. El vertido liquido de una industria posee la siguiente carga contaminante: · 400ml/l de ácido láctico (C3H6O3). · 800ml/l de sólidos en suspensión. · 300ml/l de Cd(II) Si el caudal del vertido líquido es de 15 litros es de 15 litros por segundo, calcule: a. La DQO del vertido, atribuible al ácido láctico. Partiendo de la reacción:
b. Si los sólidos en suspensión se eliminan por decantación, con un rendimiento del 94%, generando unos lados de densidad 1.07% g/cm3 y humedad del 76% ¿Qué volumen anual de lados, expresada en m3 se obtendrá?
c. Si el Ca(II)se precipita con hidróxido de cadmio, mediante alcalinización del vertido hasta pH = 8. ¿Cuál será la concentración residual del metal en el vertido una vez tratado? Expréselo en ppm.
3.7. Los factores de emisión establecidos por la EPA indican que un proceso de incineración de bacterias producirá, por tonelada de basura incinerada, las siguientes emisiones: · 1.25kg de dióxido de carbono
· 1.6kg de óxidos nitrosos · 0.75kg de hidrocarburos. · 14kg de partículas · 18kg de monóxido de carbono. Si una incineradora .no tuviera sistema alguno de tratamiento de gases ¿Cuál seria la concentración de cada uno de los contaminantes producidos en los gases de chimenea, sabiendo que se emiten 1250Nm3 de gas pro tonelada de basura incinerada. Considere los óxidos de nitrógeno como dióxido de nitrógeno y exprese losresultados que sean posibles en ppm y en mg/Nm3.
3.8. Una industria utiliza como combustible 500kg/dia de un gasóleo que contiene 0.4%de azufre y emite a la atmósfera 1.5nm3de gas pro Kg. De gasóleo. a. Calcular la concentración de SO2 en los gases de emisión expresándolo en mg/Nm3
b. Si para depurar las emisiones se emplea un m étodo “seco”, utilizando caliza,
3.9. Una industria tiene un ritmo de producción de 5000 unidades de producto por día y genera unas aguas residuales con caudal de 20 l por unidad de producción y unas emisiones en la atmósfera con un caudal de Nm3 de gas por unidad de producción a. si las aguas residuales poseen una DBO de 200 ppm de O2 y es atribuida a la concentración de ácido propanóico, calcule la concentración de este compuesto en el vertido.
b. Calcular la cantidad diaria de hipoclorito de sodio necesaria para eliminar completamente dicho DBO. Considere el proceso se realiza en medio básico consideraciones en q el hipoclorito se reduce hasta un Ion cloruro.
c. Si se estima una emisión a la atmósfera se 108 partículas por día. Calcular la concentración de partículas en el gas de emisión.
3.10. Una industria agraria quema diariamente 100 toneladas de un carbón que contiene 75% de carbono, un 4% de azufre y un 0.2% de cromo. Las emisiones de gas a la atmósfera procedentes a dicha combustión equivalen a 5500Nm3/hora determine. a. La concentración de dióxido de azufre en el vertido gaseoso tanto en ppm y en mg/Nm3, si no se dota a la industria de un sistema de tratamiento de gases. Tomando una Base de cálculo de 1000T/día Hallando el flujo de cada uno de los componentes:
Emisor de gases: 5500 Nm3/día Teniendo la reacción: S + O2 SO2
b. Si el factor de emisión de óxidos de nitrógeno es de 1.8 kg de NO2 por tonelada de carbón, y considere que el 90% corresponde a monóxido de nitrógeno NO, calcule la concentración de NO y NO2 en los gases de emisión expresándolas en mg/Nm 3 si se realiza depuración alguna.
c. Se genera 14 kg de escoria por cada 100 kg de carbón quemado, calcule el volumen anual de escoria producido, sabiendo que su densidad es de 0.85 g/cm3. d. Suponiendo que el cromo presente en el carbón se emitiese en un 1% a la atmósfera’ en forma de partículas de oxido de cromo y que el resto fuera arrastrado por aguas lavadas del horno y de las instalaciones de combustión, cuya caudal es de 80m3/dia, en forma de anion cromato. Calcule: · La concentración de partículas de oxido de cromo (VI) en los gases de combustión. · La concentración del cromato en el vertido. Expresada en ppm. · La cantidad diaria de cloruro de calcio dihidratado, expresado en kg. Necesaria para precipitar estequiometricamente en anión cromato en forma de cromato de calcio. Teniendo en cuenta estos datos y los cálculos realizados:
6.1.
6.2.
CAPÍTULO VI: PROBLEMAS PROPUESTOS FeS + 2 HCl FeCl2 + H2S Cl2 + 2 KOH KCl + KClO3 + H2O MnO2 + 2 NaCl + 2 H2SO4 MnSO4 + 2H2O + Cl2 + Na2SO4 9 H2C2O4 + KMnO4 + 2 H2SO4 9 CO2 + MnSO4 + K 2SO4 +6 H2O 2 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 2 Fe(OH)3 Calcule la velocidad de ascenso de una burbuja de aire de 100um de diámetro en un tanque de agua a 20 ºC. 2
g .d P
P t
18
…………………….
(1)
Datos: P
1.204 Kg / m3 998 Kg / m3
g
9.8m / s 2 3
1*10 Kg / m. s Remplazando valores en la ecuación (1)
1.204 998 * 9.8 * (100 *10 6 ) 2 t
6.4.
3
t
18(1*10 3 )
5.43 *10 m / seg
Determine la velocidad de sedimentación Terminal, en agua 20 ºC, de una partícula de arena esférica de 0.07 mm de diámetro. P
998 Kg / m3
H 2O , 20 º C
g
9.8m / s 2 1*10 3 Kg / m. s
H 2O , 20 º C
P
998 * 9.8 * (0.07 *10 3 ) 2
t
t
6.6.
2.67 * 10 6 (
18(1*10 3 ) P
998 )m 4 / Kg . seg
La siguiente información procede de una prueba de laboratorio que se llevo a cabo para determinar la concentración de sólidos suspendidos de una muestra de aguas residuales no tratadas. Una muestra de 100 mL se filtra a través de una almohadilla de filtración. El peso de la almohadilla y el crisol limpios, los cuales se secaron, se dejaron enfriar y se pesaron, es de 48.610 g. después de filtrar, secar a 104 ºC y dejar enfriar, el peso del crisol, la almohadilla de filtración y los sólidos secos es de 48.903 g. ¿Cuál es la concentración de sólidos suspendidos en la muestra de aguas residuales, en mg/L?
Concentracion
Concentracion 6.8.
(48.903 48.610) g
0.293 *10 6 mg
100mLmuestra
100 L
2930mg / L
Una planta generadora de energía eléctrica de 1,000MW que consume carbón consume antracita, que contiene 5% de cenizas y 2.5% de azufre, con una eficiencia térmica de 40%. El contenido calorífico del carbón es de 31.280 KJ/Kg. Si el 99.5% de las cenizas y el 88% del so2 se capturan antes de que se emitan por la chimenea, calcule: (a) la taza de alimentación de carbón al horno (Kg/dia) (b) la taza de emisión de cenizas y SO2 hacia la atmósfera (Kg/dia) (c) el volumen de SO2 que se emite (m3/dia) a 20 ºC y presión atmosférica SOLUCION:
Si 1000Mw = 109 J/seg
(a) F: Kg Carbon/Dia = ? F
6.10.
1
6
(31280 KJ / Kg ) *10 * (0.4) *
86400 seg 1dia
F 1104859.83 Kg / dia
Por accidente se derrama etanol a un rió, la acción microbiana lo degrada de acuerdo con la ecuación de reacción C 2 H 5OH 3O2
(a)
2CO2 3 H 2O
¿Cuántos kilogramos de oxigeno se consumen en el proceso si se derramaron 500 Kg de etanol? 500 KgC 2 H 5OH *
1molC 2 H 5OH 46 Kg
*
3molO2
*
32 KgO2
Im olC 2 H 5OH Im olO2
KgO2 1043.47
(b)
¿Cuántos kilogramos de CO2 se producen?
500 KgC 2 H 5OH * KgCO2
1molC 2 H 5OH 46 Kg
*
2molCO2 1molC 2 H 5OH
*
44 KgCO2 Im olO2
986.52
6.20. Se ha analizado una muestra de agua obteniendo los siguientes resultados: Cantidad (mg / L) Ca+2 104 Mg+2 38 Na+ 19 Calcule el número de miliequivalentes por litro de cada cation, la dureza total y la alcalinidad como mg/L de CaCO3. Cation
1eq
103
L
Ca 2 .
1eq L
meq
1eq
L
m
104mg 2
52
eq
1eq
3
L
52000meq / L
L
L Ca 2 .
104 mg
Mg 2 .
Na .
L 38 mg L
19 mg L
0.104 g / L
10 3 g / mg
0.0052
20 g / eq 0.038 g / L
10 3 g / mg
0.0031
12 .18 g / eq 0.019 g / L
10 3 g / mg
0.000826
23 g / eq
eq L eq L eq L
5.2meq / L 3.128 meq / L
0.826 meq / L
6.22. Un análisis de una muestra de agua proporciona los siguientes resultados: Alcalinidad total
72mg/L como CaCO3
Temperatura
25 ºC
pH
9.8
Calcule las alcalinidades de carbonato, bicarbonato e hidróxido. SOLUCION:
9.8
log H 3O
H 3O
10
1.585 *10
10
8.9
mol L
H 3O
Donde: 2
mg / LCO3 (CACO3)
Luego:
72 50000*1.585*10 1 (1.58 *10
mg / LCO3
2
mg / LCO3
2
72
6
10
5000010
1 * 10
) /(2 * 4.8 *10
/ 1.585*10 14
10
)
3.1545
68.845 2.65104 72
25.9692
7.925 *10
6
3.15457
1 1 / 1.6514
14
H 3O
mg / L OH
14
1 1.6504
mg / L( HCO3 )
OH
7.925 *10
10
50000
10
14
1.585 *10 10
3.16
68 .845 1.606
42 .867
6.26. Las siguientes concentraciones de cationes se obtuvieron de un análisis de agua: Cationes (mg / L) Ca+2 60 Mg+2 20 Na+ 15.5 K+ 8 Calcule la dureza y la alcalinidad como mg/L de CaCO3. SOLUCION:
Solo los iones divalentes Ca+2, Mg+2; contribuyen a al dureza 60
mgCa
2
L
*
1molCaCO3 1molCa
2
*
1molCa
2
40 *10 3 mgCa
2
*
100 *10 3 mgCaCO3 1molCaCO3
150mgCaCO3
6.42. Un esperador que trabaja por gravedad recibe 30,000 galones por día de lodos de aguas residuales y aumenta el contenido de sólidos de 3.0 a 7.0% con una recuperación del 90% de los sólidos. Calcule el volumen de lodos espesados. SOLUCION:
De un balance de materia: de sólidos ENTRADA = SALIDA R = L + E
Base de cálculo para un día: 4.5 L 1 gal
* 30000 gal * 70 *103
10 *103
mg L
* 30000 gal *
mg L
4.5 L 1 gal
90 *103
mg L
* Q3
60000 L / dia ; Q =V / t ; t =1 día
Q3
V
60000 L
6.46. Se lleva acabo una reacción química en un RTCM. El componente A se trasforma en el producto C, y la ecuación de velocidad se informa como
r A
0.15 A mol / L. s
(a) calcule el volumen necesario para una conversión del 90% de A para un gasto volumétrico de 100 L/seg., suponiendo que [A0] = 0.1 mol/L. (b) después de que ha completado el diseño, el ingeniero averigua que se ha cometido un error en el orden de la reacción, la cual resulta ser de orden cero, y la ecuación correcta es
r A
0.15 mol / L. s
¿Cuál será el efecto de esto en el diseño? SOLUCION:
(a) en un RTCM
A
C
Aplicando la ecuación: 1
A
r A .V
A0
A0 Q
y por dato
A
A0
A
0.01
AO . X
Despejando volumen tenemos: A
V
V
A0 r A
.Q
V
0.01 0.1 0.15 * 0.01
*100
6000 L
(b) si la reaccione es de orden cero
El volumen seria: V
A
A0 r A
.Q
V
0.01
0.1
0.15
*100
V
60 L
En un error de diseño de volumen de 5940 L. 6.48. Una reacción en fase liquida se llava a cabo en dos reactores RTCM que operan en estado estacionario en paralelo y a la misma temperatura. Un reactor es dos veces más grande que el otro. La corriente de alimentación total se divide de manera apropiada entre ambos para conseguir la misma conversión fraccionaria del reactivo, que es de 0.70. Es necesario retirar de servicio el reactor más pequeño para repararlo. Si la velocidad de alimentación total no cambia, ¿cual es la conversión fraccionaria resultante en el reactor más grande? Suponga que la reacción es de primer orden. SOLUCION:
Se tiene la ecuación PARA UN RTCM, de prior orden 1
A
r A .V
A0
A0 Q
A
…………………. (1)
A0 * (1
X )
De la condición inicial calculamos para el reactor pequeño: V = 1V; Q = 1Q; X = 0.7 Remplazando en EC. (1) kV Q
X 1
0.7
X
2.33
1 0.7
Ahora calculamos en las condiciones finales: V = 3V; Q = 4Q;
X=?
De la ecuación (1) kV 3 * Q 4
X
2.33 *
1 X
3
X
4
1 X
Desarrollando tenemos:
X
0.64
6.50. Una reacción en fase liquidase lleva acabo en un reactor intermitente a temperatura constante. Se alcanza una conversión del 50% en 20 minutos ¿cuanto tiempo tomara alcanzar la misma conversión (a) en RTFT; (b) en un RTCM? SOLUCION:
T = Cte; X = 50 %;
T = 20 min.
(a) en un RTFT, cal calculamos el valor de k Se tiene la ecuación: para una reacción de 1er orden kt Ln
A0 A
;
A
A0
AO . X
A
A0 * 0.5
k Ln
A0 A * 0.5
1
*
20 min
;
k
0.035 min
1
El tiempo seria el mismo, t =20 min. (b) en un RTCM t
A0 A
1 *
1
A0
t
k
A0 * 0.5
1 *
1 0.035
t
28.57 min
6.52. Se inyectan burbujas de aire de 100 (mu) de diámetro por la entrada inferior de un RTFT de 1m de profundidad, a través del cual fluye agua a 20 ºC con un tiempo de retención de 4 min. (a) ¿alcanzaran las burbujas de aire la superficie del agua antes que el agua se derrame por la salida del tanque? (b) dibuje la curva de salida del trazador para el RTFT y anote todos los parámetros suponga una alimentación continua de trazador y un comportamiento de flujo ideal. SOLUCION:
(a).
2
g .d P
P t
18
……………………. (1)
Datos: P
1.204 Kg / m3 998 Kg / m3
g
9.8m / s 2 1*10 3 Kg / m. s
Remplazando valores en la ecuación (1)
1.204 998 * 9.8 * (100 *10 6 ) 2 t
18(1 *10 3 )
