Tarea Del Primer Departamental de Operaciones de Separacion 2

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. Departamento de Ingeniería Química Petrolera.

OPERACIONES DE SEPARACION II TAREA DEL PRIMER DEPARTAMENTAL PROFESOR: ING. ALBERTO CABRALES TORRES ALUMNO: Fragoso Montes De Oca Andrés Arturo Grupo: 7PV2

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA PETROLERA

TAREA 1

Un tubo contiene un gas formado por metano y helio a 101.32 kPa de presion y 298 k. En un punto la presion parcial del metano es y un punto separado 0.02m la presion parcial del metano es 20.26 kPa. Si la presión total es constante en todo el tubo. Calcular el flujo especifico del metano en estado estable en el S.I.

   

Datos:

P=101.32kPa T=298k y2-y1=0.02m PA1=60.79kPa PA2=20.26kPa

   JA=? Solución:

Aplicando la ley de Fick para difusión molecular.

          Separando variables y resolviendo la ecuación diferencial.

        ∫    ∫  2


                              TAREA 2



Una corriente de gaseoso se está difundiendo en estado estable a través de un tubo de 20cm de longitud y un diámetro de 1cm que contiene a 298°K. La presión total es constante o igual a 1atm, la presión parcial del en un extremo es 456mm de Hg y 76mm de Hg en el otro extremo. La difusividad del en el







. Calcular el flujo de  en unidades de cgs y SI. 

es de 0.167

Datos: P=101.32kPa=1 atm T=298k y 2- y 1=0.2m=20cm PA1=456mmHg=0.6 atm PA2 =76mmHg=0.1 atm

    JA=? Solución:

Aplicando la ley de Fick para difusión molecular.

     3




     Separando variables y resolviendo la ecuación diferencial.

        ∫    ∫      Para el Sistema Internacio nal:

                   =

Calculando el área:

   

   



Afectando el área con el flujo específico:

              

JA=

=

Para el cgs :

           =

Calculando el área:

   

   

Afectando el área con el flujo específico:

4




                TAREA 3

Un tanque circular de 8m de diámetro que contiene n-propanol a 25°C se encuentra abierto a la atmosfera de tal manera que el líquido soporta una película de aire estancado de 5mm de espesor. La concentración del n-propanol por encima de dicha película se considera despreciable. La presión de vapor a 25°C es de 20mm de Hg sabiendo que el n-propanol cuesta $1.2 por litro. ¿Cuál es el valor de las pérdidas diarias de n-propanol en $ si la difusividad del n-propanol en el aire es 0.011

 y su gravedad especifica es de 0.8. 

8m

P A2= 0

5mm de aire

P A1= 20mmHg

DATOS: D=8m Costo=1.2 dólares /litro

T=25°c D AB= 0.011cm2 /seg

      

P

@25°C =

20mmHg

                  

5


Calculando el área.

     Calculando las pérdidas.

                                        

6


TAREA 4 Tabla de datos P NH3(mmHg) xa(NH3)

kgNH3/100kgH2O 70 60 50

T=10°C

T=40°C

14.4827586

780

14.025974

600

13.4328358

439

40 30 25

12.6315789

301

11.4893617

190

692

10.7142857

144

534

20 15 10 5

9.72972973

103.5

395

8.4375

70.1

273

6.66666667

41.8

167

4.09090909

19.1

76.5

4 3 2 1

3.42857143

16.1

60.8

2.7

11.3

45

1.89473684

30

1

15.4

Aplicando la Ley de Raoult:

    P NH3(mmHg)

70

Fracción peso (NH3) 0.7

60

kgNH3/100kgH2O

xa (NH3)

T=10°C

T=40°C

ya@ P=1.5atm ya @10°C

ya @40°C

ya@ P=3atm ya @10°C

ya @40°C

0.71186441

780

0.48706512

0.24353256

0.6

0.61363636

600

0.32296651

0.16148325

50

0.5

0.51428571

439

0.19804511

0.09902256

40

0.4

0.4137931

301

0.1092559

0.05462795

30

0.3

0.31213873

190

692

0.05202312

0.18947368

0.02601156

0.09473684

25

0.25

0.26086957

144

534

0.03295195

0.1221968

0.01647597

0.0610984

20

0.2

0.20930233

103.5

395

0.01900245

0.07252142

0.00950122

0.03626071

15

0.15

0.1574344

70.1

273

0.00968083

0.0377014

0.00484042

0.0188507

10

0.1

0.10526316

41.8

167

0.00385965

0.01542013

0.00192982

0.00771006

5

0.05

0.05278592

19.1

76.5

0.0008844

0.00354221

0.0004422

0.00177111

4

0.04

0.04225352

16.1

60.8

0.00059674

0.00225352

0.00029837

0.00112676

3

0.03

0.03170875

11.3

45

0.00031431

0.00125166

0.00015715

0.00062583

2

0.02

0.02115159

30

0.00055662

0.00027831

1

0.01

0.01058201

15.4

0.00014295

7.1475E-05

7


GRAFICA 1 @ P=1.5atm

0.6 A

0.5 0.4 T = 10°C

0.3

T = 40°C 0.2 0.1 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

xA

T1>T2

GRAFICA 2

0.6

T=10°C

A

0.5 0.4 P=1.5atm

0.3

P=3 atm 0.2 0.1 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

xA

P2>P1 Conclusión: En

absorción favorece el proceso a presiones altas y temperaturas bajas. En agotamiento favorece el proceso a presiones bajas y temperaturas elevadas.

8


TAREA 5

 

10 Kg de y 10 de aire (medidos a 20°C y 1 atm) se ponen en contacto con 50Kg de agua en un recipiente donde el gas ocupa un volumen de 20 , cuando el sistema alcanza el equilibrio a 20°C permaneciendo cte el volumen de la fase gaseosa. Calcular: a) La concentración del b) La presión parcial del V= 20m



 

en la fase liquida. en la fase gas en mm Hg.

3

10 kg NH3 50 Kg H20

Calculando los moles iniciales de amoniaco.

          10 kg NH3

Como el volumen total de la mezcla de gas se mantiene contante, la ecuación a utilizar de los gases ideales para el cálculo de los moles finales de amoniaco es:

                             Calculo de los Kg perdidos de fase gas 9


  (   )   Calculo de los Kg ganados en la fase líquida

         Igualando (1) y (2)

       Ceq kgNH3/100kgH2O 70 60 50 40 30 25 20 15 10 5 4 3 2 1

P NH3 (mmHg) T=20°C

Ceq

P NH3 (mmHg)

kgNH3/100kgH2O 19

26.8673

945

18

53.7336

686

17

80.5999

470

16

107.4662

298

15

134.3325

227

14

161.1988

166

13

188.0651

114

12

214.9314

69.6

11

241.7977

52

10

268.664

31.7

9

295.5303

24.9

8

322.3966

18.2

7

349.2629

12

6

376.1292

10


900 800 700 600

) g H m 500 m ( 3 H N400 P

Linea de operacion Ecuacion

300 200 100 0 0

10

20

30

40

50

Ceq (kgNH3/100kg H2O)

Respuesta obtenida de la gráfica

  vs

       

11

60


TAREA 6

 

15Kg de y 15 de aire (medidos a 20°C y 1atm) se ponen en contacto con 75Kg de agua en un recipiente en el que el gas ocupa un volumen de 25 , cuando el sistema alcanza en el equilibrio a 40°C permaneciendo constante el volumen de la fase gas. Calcular:



 

a) Concentración del

b) La presión parcial

V= 25m

en la fase liquida.

en la fase gas.

3

15 kg NH3 75 Kg H20

Calculando los moles iniciales de amoniaco.

          15 kg NH3

Como el volumen total de la mezcla de gas se mantiene contante, la ecuación a utilizar de los gases ideales para el cálculo de los moles finales de amoniaco es:

                               12


Calculo de los Kg perdidos de fase gas

  (  )   Calculo de los Kg ganados en la fase líquida

          Igualando (1) y (2)

       Ceq kgNH3/100kgH2O 70 60 50 40 30 25 20 15 10 5 4 3 2 1

P NH3 (mmHg) T=40°C

Ceq

P NH3 (mmHg)

kgNH3/100kgH2O

692 534 395 273 167 76.5 60.8 45 30 15.4

13

17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4

103.1257 137.5926 172.0595 206.5264 240.9933 275.4602 309.9271 344.3940 378.8609 413.3278 447.7947 482.2616 516.7285 551.1954


700

600

500 ) g H400 m m ( 3 H N300 P

Linea de operacion Ecuacion

200

100

0 0

5

10

15

20

25

Ceq (kgNH3/100kg H2O)

Respuesta obtenida de la gráfica

  vs

      

14

30

35


TAREA 7

Una mezcla de 3 m3 de Cloro y 3 m 3 de Nitrógeno saturada con vapor de agua a 15°C y 760mm Hg se ponen en contacto en 25 Kg de H 2 O manteniéndose el sistema a 15°C y 1 atm despreciando la solubilidad del N 2 en el H 2O y admitiendo que el Cloro no reacciona apreciablemente con el H 2 O a estas condiciones. Calcular las composiciones de las dos fases líquido y gas cuando se alcanzan las condiciones de equilibrio, sabiendo que la relación de equilibrio entre las fases para este sistema viene dada por la Ley de Henry: P Cl2 = 495*x Cl2 Donde la presión parcial del Cloro está dada en atmosferas y su composición en la fase liquida en fracción mol.

3

3m N2

T=15°C

3

3m Cl 2 P=760mmHg

25Kg H2O

Calculando los moles iniciales de cloro.

                   Calculando los moles iniciales de N 2

              15


Calculando los moles finales de cloro y nitrógeno .

        Despejando a V T de las ecuaciones (I) y (II).

           Igualando las ecuaciones (III) y (IV)

      Sabemos que la presión total es igual a la suma de las presiones parciales.

     Por lo tanto:

          Despejando a nf Cl2 de (V) y sustituyendo (VI).

       16


Sustituyendo los moles finales de nitrógeno en la ecuación (VII).

      Calculando los moles perdidos de Cl 2 fase gas

           Calculando los moles ganados de Cl 2 fase liquida:

      []       Pasando de relación mol a fracción mol.

  

……(X)

Se iguala a (IX) y (X).

        Se sabe de la Ley de Henry que

      Sustituyendo la ecuación de la ley de Henry en la ecuación XI .

          17


Resolviendo la ecuación:

  Donde la fracción mol del cloro es:



18

Tarea Del Primer Departamental de Operaciones de Separacion 2

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