Procesos Químicos Industriales

Proceso industrial. Materia. Gas ideal. Presión. Temperatura

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APUNTES DE PROCESOS QUÍMICOS INDSUTRIALES

DIAGRAMA CONCEPTUAL DE UNA EMPRESA (INDUSTRIAL)

Fenómeno Físico: Es aquel fenómeno en el que interviene la materia y no sufre cambios en su estructura interna .

Fenómeno: Es cualquier acción ó sucesos que sufre la naturaleza.

Fenómeno Químico: Es aquel fenómeno en el que interviene la materia y esta sufre un cambio en su estructura interna.

Fenómeno Físico - Químico: Es aquel fenómeno en el que interviene la materia y esta puede tener cambio o a la vez no en su estructura interna y / o en su composición.

Planta Piloto: Es aquella donde se usan materiales y materia prima en equipo pequeño.

Administración: Es el área en el que se planea, se dirige, se supervisa, se controla, se organiza, los recursos de la empresa para producir un bien ó servicio.

Ing. Industrial: De hacer u organizar los procedimientos y trabajos que se realizan dentro de un área productiva.

Ing. En Sistemas: Manejar la información de toda la organización a través de sistemas de información y de control.

Financiera: Se encarga de controlar todos los recursos financieros y económicos de la empresa.

Tecnología: Es la aplicación del conocimiento de manera eficiente y eficaz.

Desechos: Materiales que ya no son útiles para le empresa, son los desperdicios obtenidos de la elaboración de un producto.

PROCESO INDUSTRIAL

Materia prima

Insumos PROCESO INDUSTRIAL producto (s)

servicios

desechos subproductos

Proceso Industrial: Conjunto de operaciones y procesos unitarios que le ocurren a la materia para ser transformada en un producto final.

Las Operaciones Unitarias: Son fenómenos físicos característicos que le ocurren a la materia en un proceso industrial.

Los Procesos Unitarios: Es un fenómeno químico característico que le ocurre a la materia en un proceso industrial.

- Continuo.

Proceso industrial - Intermitente ó por lotes (Batch).

- Mixto.

P. I. Continuo: Es aquel en el que tanto la materia prima como el producto, fluyen interrumpidamente en el proceso.

P. I. Intermitente: Es aquel que en el proceso se carga una determinada cantidad de materia prima y pasado el tiempo, después de obtener el producto deseado el proceso se detiene para una nueva carga.

P. I. Mixto: Es un proceso constituido por varios arreglos de fabricación por lotes que permiten un flujo continuo de materia prima y de productos.

P. I. Intensivo en Mano de Obra: Es el que es manual, es todo el personal.

P. I. Intensivo en Capital : Utiliza menor mano de obra y más instrumentación de control.

Materia Prima: Es el material que va a ser transformado a través de un proceso y que forma parte esencial para la obtención del producto.

Sólida

Orgánica Animal

Materia Prima Inorgánica Líquida Vegetal

Gaseosa

Insumos: Es un material que no necesariamente es esencial para el producto que puede servir como una vía de presentación ó composición del producto.

Ejemplo: Agua, colorantes, Saborizantes, Conservadores, Empaque, etc.

Servicios: Son aquellos medios que sirven para llevar a cabo los procesos industriales.

Ejemplo: Energía eléctrica, Energía calorífica, Energía solar, Aire, Agua, etc.

Producto: Es la razón de ser del proceso industrial. Es aquel material que va a servir para satisfacer una necesidad.

Equipo: Sería el lugar donde se lleva a cabo las operaciones o los procesos unitarios.

Ejemplo: Bombas, Conservador, Evaporador, etc.

Proceso: Es la serie de pasos que se llevan a cabo para obtener el producto deseado.

Mano de Obra: Es la utilización del recurso humano dentro de la industria que se utiliza para el proceso industrial.

Capital: Son todos los bienes de la empresa, dinero, material, acciones, equipo, etc.

Energía: Todo lo que nos ayuda a realizar un trabajo.

Materia

Balance Entra + Acumule = Sale

Energía A + B = C

Temperatura

Masa

Volumen

Propiedades Distancia

Ó Presión

Variables Energía

Densidades

Etc.

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

UNIDADES FUNDAMENTALES

CGS centímetro, gramo, segundo.

MKS metro, kilogramo, segundo.

FPS pie, libra, segundo.

SI metro, kilogramo, segundo.

Distancia metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Temperatura º kelvin k

Intensidad de corriente Amper A

Cantidad de sustancia Mol Mol

Intensidad luminosa Candela Cd

SISTEMA DE UNIDADES UTILIZADAS EN VARIABLES DEL PROCESO

  • TEMPERATURA : Grado mayor o menor de calor que un cuerpo tiene.

  • VOLUMEN : Es el lugar o espacio que ocupan los cuerpos es una propiedad de la materia.

  • PRESIÓN : Es la relación que hay entre una fuerza aplicada y el área sobre lo que actúa.

  • VISCOSIDAD : Es una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.

PREFIJO

SÍMBOLO

Mega

M

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1000000

Kilo

K

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1000

Hecto

H

Procesos Químicos Industriales

100

Deca

da

Procesos Químicos Industriales

10

Deci

D

Procesos Químicos Industriales

0.1

Centi

C

Procesos Químicos Industriales

0.01

Mili

M

Procesos Químicos Industriales

0.001

Micro

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

0.000001

Procesos Químicos Industriales

Peso Molecular de Procesos Químicos Industriales
= 18

Procesos Químicos Industriales

Carga del electrón = Procesos Químicos Industriales

SISTEMAS DE MEDICIÓN

MASA

DISTANCIA

TIEMPO

VOLUMEN

TEMP

PRES

DENS

CGS

Gramo g

Centímetro cm

Segundo s

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º C

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

MKS

Kilogramo kg

Metro m

Segundo s

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º C

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FPS

Libra lb

Pie pie

Segundo s

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º F (R)

Procesos Químicos Industriales

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SI

Kilogramo kg

Metro m

Segundo s

Procesos Químicos Industriales

º K

Procesos Químicos Industriales

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otras

Tonelada tn

Decímetros dm

Minuto min

Galón gl

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Onza osi

Pulgada plg

Hora h

Litro l

Pascal

MmHg Atm

Volumétrico

másico

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

Procesos Químicos Industriales

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barril

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MASA TEMPERATURA VOLUMEN

1kg = 2.2. lb º C = º F - 32 / 1.8 Procesos Químicos Industriales

1 lb = 454 g º F= 1.8 º C + 32 Procesos Químicos Industriales

1 tn = 1000k º K = º C Procesos Químicos Industriales

R = º F + 460

PRESIÓN

Procesos Químicos Industriales

DISTANCIA

1 pie = 30.5 cm

1 plg = 2.54 cm

EJERCICIO

  • Masa y nivel del líquido.

  • Unidades en cgs, mks y fps.

  • ¿en que tiempo ( h, min, s ) se vacía el tanque?

  • Flujo másico

  • altura

    Diámetro

    nivel

    volumen

    masa

    densidad

    Cgs

    500cm

    300 cm

    375 cm

    Tanque líquido

    1.15Procesos Químicos Industriales

    Mks

    5 m

    3 m

    3.75 m

    35.325Procesos Químicos Industriales
    26.49Procesos Químicos Industriales

    30463.5 kg

    1.15Procesos Químicos Industriales

    Fps

    temperatura

    presión

    Flujo volumétrico

    O de desalojo

    Cgs

    40 º C

    Mks

    40 º C

    Procesos Químicos Industriales

    fps

    Procesos Químicos Industriales

  • Masa

  • Unidades en cgs, mks y fps

  • En que tiempo (h, min, s) se vacia el tanque

  • Flujo masico

  • Altura

    Diámetro

    Nivel

    Volumen

    Masa

    Tanque

    Liquido

    cgs

    500 cm

    300 cm

    375 cm

    35325cm 3

    2649cm3

    36463.5 g

    mks

    5 m

    3 m

    3.75 m

    35.32 m3

    26.49 m3

    36.463 kg

    fps

    16.404

    9.843

    12.303

    971.882f

    72.880 f

    Estados de la materia

    Presión sólido ( + ) ( + )

    Temperatura liquido ( - ) ( + )

    Volumen Gas ( - ) ( - )

    Forma

    Condiciones del gas ideal

    1.- Volumen de las moléculas que contienen

    2.- No existe fuerza de atracción en tra las molecolas

    3.- Que los choques entre las moléculas son flexibles

    Ley de Boyle

    Una masa determinada es inversamente proporcional

    (v) =

    VP = V1P1 = V2P2=V3P3=…*

    Ley de charles

    El volumen de una masa determinada de gas a una presion constante varia inversamente proporcional a la temperatura absoluta.

    (V)mp = R, T

    T= temperatura V1 V2 V3 K2

    Absoluta T1 T2 T3

    Ley de Goy Loussac

    (p)

    la presion d euna masa

    (p) = K2T =

    PV

    T

    V

    T

    P

    T

    PV

    T

    R= 10.72

    PV

    T

    PV= nTR PM = d=

    N= d=

    PV RT PM= d

    1 solo gas

    PV = n R T

    Variables con cambios

    P1V1 P2V2

    T1 T2

    En el sistema

    P1V1 = n1RT1 P2V2 = n2RT2 P3V3 = n3RT3

    P1 =n1 P2 =n2 P2 =n2

    Ley de Dalton

    PT= P1+ P2+ P3 +…Pn

    PT= + + …

    PT = (N1 + N2 + …Nn)

    PTV = NTR Mezcla

    Mezcla

    %Peso = x 100

    % mol = % Volumen = % mol

    % Vol = x 100

    Problema:

    De un tanque de m 20Kg de gas butano ( C4H10) fluye una cantidad a razón de 30 pies3 durante 3 minutos a una presión de 10 Lb/plg2 y una temperatura de 68° F.

  • calculé la densidad del gas en las condiciones de flujo

  • ¿Qué cantidad de gas queda en el tanque después de los 3 min?

  • .1024 lb/pie2

    PM= 58 lb/mol n= PV/PT = (10 pie3) x (30 pie3/mol) x 3 mol 0.109lb/mol

    10.72lb/pulg x 52.228

    m= n PM= 0.109 lb/mol x 56 lb/mol

    m= 44-9.11= 34.77 lb

    Problema:

    15 kg de bióxido de azufre (SO2) que se encuentran a condiciones normales de presión y temperatura, se introducen a un reactor donde se incrementa la temperatura a 400°C y la presión a 3 atm.

  • ¿Qué volumen de gas se supone qu entra en las condiciones del rector?

  • n= = 234.4 mol

    V1 = (nRT) / P = (234.4 mol X 0.082 X 273°K) / 1 atm = Vcn 5247.27 L

    = = = 9950.34 L

  • Volumen ma condiciones normales de temperatura?

  • 1 mol = Vcn = 22.4 l

    243.4 mol X 22.4 l/mol = 5247.27 l

    Problema 2

    Una mezcla de gas contiene 80% mol de metano (CH4) por 15% mol de etano (C2H6) y 5% mol de azufre (S). La mezcla se encuentra a 150 oC y 8 atm de presión en un tanque de 10' 000 l. determinar.

  • la presión parcial de cada gas.

  • La cantidad en libras de cada gas

  • El porciento peso de cada gas.

  • PM

    CH4 = 16 g / mol

    C2H6 = 30 g/mol

    S= 32 g/mol

    Pt V= nRT

    nT = Pt V/ RT = 30 atm * 1000l / 0.08 atm-l/ molk * 423 = 864.9

    S= 0.05 * 864.9 = 43.6 mol S

    C2H6 = 0.15 * 864.9 = 129.1 mol

    CH4 = 0.80 * 864.9 = 691.9 mol

    864.9 mol

    b) n= M/ PM

    Ms = 43 l mol * 32 g/mol = 1382.4 g = 3.04 lb

    M CH4 = 691.9 mol * 16 g /mol = 11070.4 = 84.38 lb

    M C2H6 = 129.7 mol * 30 g/mol = 3891.0 g = 8.56 lb

    MT 16343.8 g = 35.99 lb

    c) Porciento peso = ME/ MT*100 % peso = 1382.4 / 16343.8 * 100 = 8.45 %

    % peso = 11670.4 / 16343.5 / 100 = 67.73 %

    % P C2H6 = 3891 / 16343.8 * 100 = 23.83 %

    PROBLEMAS

  • Un recipiente contiene un gas a una presión 10 y contiene un temperatura de 300 k

  • ¿Cuál es la temperatura de ese gas al triplicarse la presión?

  • Si hay 100 g de CO2 en el recipiente a una presión inicial de 5 atm cuál es el volumen del recipiente y la densidad a estas condiciones

  • 500g de etileno (C2H2) a 40 oc y 30 atm se somete a una presión sobárica, cambiando la temperatura a 20oC determinar:

  • ¿Cuál es el nuevo volumen del gas?

  • ¿Cuál es la densidad de este gas a CNPT?

  • Para obtener amoniaco (NH3) se introduce 30 lb de N2y 6 lb de H2 un reactor de 2 pies3 donde se lleva a cabo la reacción una fase gaseosa, resultando una presión de la mezcla de 20 kg/cm2 y una temperaruta de 240 oC la reacción que tiene una eficiencia de 80% es la siguiente

  • N2 (g) + 3 H2 (g) ! 2NH3 (g)

    Calcular:

  • la cantidad de gases que hay en la mezcla después de la reacción

  • La presión parcial de cada gas

  • La composición de la mezcla en % volumen

  • Un recipiente

    P1=

    T1=

  • T2 = ?

  • P2 = 3p

  • Mco2 = 100g

  • P1 = 5 atm

    V= ?

    d =?

    V = cte

    P1/T1 = P2/T2

    T2 = P2T1/P1

    T2 = 3P2 T1/P1

    T2 = 3 * 300

    T2 = 900

    nco2 = m/PM = 100g / 44 g

    n= 2.27 mol

    v = nRT/p = 2.27 mol * 0.08 atm-l/mol k*300k/5 atm

    D = P*PM/RT

    5 atm * 44g/mol/0.082*300

    d = m/v = 100g / 11.1lb

    d= 8.943 g/l

    MC2H2= 500g

    T1=40oC

    P1= 30 atm

    P=cte

    T2=20oC

  • V2= ?

  • DCNPT= ?

  • V1/T1=V2/T2

    V2= V1/T1*T2

    V2 =16.45*293

    V2= 15.39 l

    D= P*PM / RT

    D=1atm*26 g/mol/.082*273 ok

    D= 1.17 g/l

    N= 500g/26g/mol=19.23 mol

    V1= nRT/P1=

    19.23 mol*0.082*313/5

    v1 = 16.45l

    NH3

    MN2 = 30 lb

    MN2 = 6lb

    V = 2 pie3

    P= 40 kg/cm3

    Mezcla

    T = 240oC

    Epp = 30%

    MN2 = 30 lb* 454 g/1lb = 13620 g

    MN2= 13620/28= 4863 mol

    MN2=6lb*454 g/1lb =2724 g

    MN2=275/2 = 1362 mol

    P=40 kg/cm3 * 1 atm/1.633 kg/cm2

    P=38.72 atm

    N2(g) + 3H2(g) !2NH3

    N2+H2!NH3

    n = m/PM PM= m/n = g/mol= lb/lb mol = tn / tn mol

    m 28 g 2g 17g

    m 28g + 6g = 34 g

    34g = 34 g

    N2 - H2

    1 - 3

    486.4 - X1

    X1= 486.4 * 3/1

    X1 = 1459.2 molH2

    N2 - H2

    1 - 3

    Y=1362 mol

    Y=1362 /3

    Y= 454 reactivo limitante

    n

    % mol

    %v

    Xi

    N2

    H2

    NH3

    123.3

    272.4

    726.4

    10.4

    24.2

    64.7

    109

    24.2

    64.7

    0.109

    0.342

    0.647

    nT =1122.0

    V= 2 pie3 = 56.6 l

    P = 40 kg /cm2 = 38.72 atm

    T = 240 0C = 813K

  • Cantidad de gases a la salida

  • Pc=

  • % v

  • Pi - XPT

    P1V2 = 0.1094 * 3872 atm = 4.22 atm

    PH2 = 0.242 *3338 atm = 937 atm

    PNH3 0.647 * 833.8 atm = 25.05 atm 534.4 atm/ 832.12 atm

    P = n * RT/V

    PN2 = 123.2 mol*0.082 atm-l/molk/56.6 l

    PN2= 91.5 atm

    PV= Nrt

    GAS

    • Ideal. Volumen de las moléculas (despreciable), fuerza entre las moléculas.

    • Real. Volumen entre las moléculas. Hay fuerza de atracción en las moléculas.

    (v) = K (PV)= pc

    AT P

    PV= Tc

    nRT

    = Factor de desviación del gas real.

    = Factor de comprensibilidad.

    CONDICIONES REDUCIDAS

    PT= P CO2 Pc= 73 atm

    Pc

    Tr= T = 304.3k

    TC NH3 Pc = 111.5 atm

    Tc=406 k

    Vr= V

    Vc

    PROBLEMA

  • Las constantes críticas del amoniaco (NH3)

  • Pc= 111.5 atm y Tc= 406k

  • ¿Cuál será el volumen real ocuparán 200 kg de gas a una temperatura de 170ºC y 160 atm? ¿cuál será el porcentaje % de desviación respecto al volumen ideal?

  • Las constantes críticas del dioxido de carbono son de Pc=73 atm y Tc=304.3 k ¡cuál serà la presión real del recipiente de 120 L que contiene 20 kg de gas a una temperatura de 70ºC?

  • Pv= nRT

    V= nRT Z 1.0

    P

    n= 200 000 = 117647 mol

    17

    Pr= P = 106 = 0.45

    Pc 111.5 = 0.62

    Tr = T = 443= 1.09

    Tc 406

    T= 1757273.443

    = 0.62

    V= 0.68 x 1176447 x 0.082 x 443 =  ideal = 1

    • %= ideal- x 100

    V= 2741.5 L

    Vi=

    Pv=nRT = 1

    P= nRT P=nT = 454.54 x 0.082 x 343

    V V 1202

    P1 = P = P = Pi= 106.53 atm

    Pc 73

    Ti= T= 340 = 1.12 Pi= P

    Tc 304.3 Pc

    N = 200 000 g = 454 Pi= 106.57 = 1.45

    44 73

    = 0.7

    Pi =  Pi

    =0.7 x 106.53

    = 54.57 atm

    ESTADO LIQUIDO

    Gases ideales

    Reales

    Ley de Bagle

    Forma Volumen

    Gas (-) (-)

    Líquido (-) (+)

    d= m

    v

    tensión superficial *La densidad es mayor que los gases.

    *La atracción de las moléculas se da tanto en el interior del líquido, como las que están afuera.

    Las moléculas tienden a escapar y chocar unas contra otras y posteriormente regresan.

    • Tensión superficial.

    • Los líquidos fluyen.

    • F = P

    A

    Gas

    Viscosidad.- es la oposicion que presentan los gases o liquides al fluir

    Presion de Vapor

    Pv2

    F = Pv L2 L1

    A

    Temperatura de ebullicion

    La temperatura en la cual el liquido ejerce una presion de vapor arriba de el constante.

    Presion barometrica C.d P=585mmHg

    TH2C=93ª

    Nivel del Mar P=760mmHg CH2O=100ª

    H=Entalpia

    Hv=Entalpia de vapor

    Hl=Entalpia de liquido

    Calor de vaporizacion

    Hv=Hv-Hl

    Df = Hv_____

    DT T(Vf-Vl) P= Presion de vapor

    T=temperatura de ebullicion

    Vg= volumen de gas

    Vf= volumen de liquido

    Vg= RT

    P para un mol de gas

    dlnP- Hv dt

    R T2

    Encuentre los valores

    Ln P2 = Hv (1 - 1)

    P1 R (T1-T2)

    Ln P2 = Hv (T2 - T 1)

    P1 R (T1T2)

    2.304 Log x =ln X

    Ln P m= -Hv =

    R

    Pr=1atm

    T=temperatura de ebullicion normal

    Y= mx + b

    P= m + b

    T

    Ln P=Incremento +b

    T

    Los siguientes dataos experimentales muestran el comportamiento de la presion de vapor del etanol (C2H5OH) respecto a la temperatura de ebullicion

    T ªC

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    77.93

    PmmHg

    23.6

    4.3

    78.8

    135.3

    222

    352.7

    760

    Determinar:

    El calor latente de vaporizacion promedio en Col/g

    Los valores de A y B de la ecuacion Ln = A + b

    T

    El punto de ebullicion normal

    La presion de vapor de 0ªC

    Ln P2 = Hv (T2 - T 1)

    P1 R (T1T2)

    T ª K

    283

    293

    303

    313

    323

    333

    X=

    1* 10(3)

    T

    3.53

    3.41

    3.03

    3.19

    3.09

    3

    Y=

    Ln P

    3.16

    3.76

    4.36

    4.90

    5.40

    5.86

    Hv1 =(ln 4.3) (283*29.3)(1.98)=.9850 Cal/mol

    ( 23.6) (293-283)

    Hv2 =(ln 78.8) (293*303)(1.98)=10647.4 Cal/mol

    ( 4.6) (303-293)

    Hv3 =(ln 135.3) (303*313)(1.98)=.10151.2 Cal/mol

    ( 78.8) (313-303)

    Hv4=(ln 222) (313*323)(1.98)=9912.37 Cal/mol

    ( 135.3) (323-313)

    Hv5 =(ln 352.7) (323*333)(1.98)=.9859.09 Cal/mol

    ( 222) (333-323)

    PM = 46 g/mol C2H5OH

    Hv

    m=-5097.91=A = R b=21.16 Hv=R.A=Pm=-1.98(-5097.91)= 10093.06 Cal/mol

    Ln 760 = -5097.91 + 21.16 Ln 760-21.16= -5097.91

    T T

    T= 77.93ª C

    P Ln P

    T 1/T

    Ln P= -5097.91 - 21.16

    273

    P=-37.85

    A partir de los datos indicados en la tabla Calcular:

    Los valores de A y B de la ecuacion Ln P= A/T + B

    Indicar si el liquido hierve a una temperatura mayor que la del agua en la ciudad de mexico

    Cual es la temperatura normal de ebullicion de ese liquido

    Tª C

    30

    50

    70

    80

    90

    100

    PmmHg

    20.6

    56.6

    136

    202.3

    293.7

    417.3

    P2 = Hv (T2 - T 1)

    P1 R (T1T2)

    TK

    303

    323

    343

    353

    363

    373

    X=

    1/T*10(3)

    3.3

    3.04

    2.91

    3.83

    2.75

    2.68

    Y=

    Ln P

    3.02

    4.91

    5.30

    5.68

    6.03

    6.03

    Y= mX+ B

    m=A=- 4853.08

    b = B= 19.03

    P2 = Hv (T2 - T 1)

    P1 R (T1T2)

    LnP= 4853.08/T + 19.03

    A =m = Hv/R=>Hv= -RA= -(1.98)(-4853.08)= 9609.09

    En la ciudad de mexico

    P= 585 mmHg

    T= -4853.08 = 110.3° C

    Ln 585-19.03

    Presion normal

    P= 760 mmHg

    T= -4853.08 =-12.39

    Ln 760-19.03

    T=391.48° K = 118 ° C

    Viscosidad

    La resistencia que ofrecen los liquidos al fluir

    M1 = PT

    M P1T1 Como referencia

    M =Viscosidad del agua

    P= Densidad del agua

    T= tiempo de fluido del agua en un viscosimetro

    M1 =Viscosidad del agua

    P1= Densidad del agua

    T1= tiempo de fluido del agua en un viscosimetro

    M= 3 = Poise Centipoise(cps)

    Cms

    A mayor temperatura menor viscosidad

    • Tipos de flujo

    Mayor

    menor

    El coeficiente de viscosidaddel agua a 20°C es de 1 cps. Calcular la viscosidad de un liquido problema que fluye en 2.25 min y cuya densidad es de 0.8 g/cm3, mientras que el agua fluye en 1.52

    M = 1cps

    H2O 20°C

    T1= 2.25 min

    P1=0.8 g/cm3

    T=1.52 min

    P= 1 g/cm3

    M1=P T * M

    P1T1

    = 1g/cm3 *1.52 min * 1 cps

    .8 g/cm3*2.25

    M= .84 cps relativa

    Estado Solido

    Características físicas de solidos

    Ideal -> leyes PV = nRT; para un solo gas

    Gas Procesos Químicos Industriales

    Real -> leyes empíricas ; mezcla de gases.

    Ideal -> líquidos puros

    Liquido Procesos Químicos Industriales

    Real -> mezcla de líquidos

    puros

    Sólido Procesos Químicos Industriales

    Mezcla

    O2

    N2

    NH2 GAS

    H2O Aceite 60 % H2O (solvente) solución

    liquido 40 % alcohol (soluto)

    Alcohol

    Sólido impermeabilidad

    maleabilidad

    elasticidad

    dureza

    ductibilidad

    TIPOS DE SOLIDOS

    cristalinos

    sólidos

    amorfos

    Características de líquidos y sólidos puros y tipos de mezclas

    Forma

    Volumen

    Mezcla

    Gas

    ( - )

    ( - )

    G - G

    Liquido

    ( - )

    ( + )

    L - L

    G - L

    Solido

    ( + )

    ( + )

    S - L

    S - L

    S - S

    Propiedades

    Presión, Volumen , temperatura, densidad , masa , cantidad de materia, etc.

    Sistema: En aquel que existe una presión del universo que sirve para ser estudiado.

    Frontera del sistema

    vecindades

    Sistema en equilibrio: Cuando algunas propiedades están fijas.

    ESTADO vs FASE

    Fase: Una porción homogénea que se puede distinguir fácilmente de otra.

    N2 O2

    CO2 Los gases gorman una sola fase

    NO2

    Agua alcohol

    Una sola fase en liquido

    agua

    Dos fases en o mas en liquidos

    aceite

    oro

    plata En sólidos son distintas fases

    plomo

    REGLA DE LAS FASES

    L = C - F +2

    Donde:

    L = Numero de grados de libertad o variables mínimas en el sistema

    C = Numero de componentes del sistema.

    F = Numero de fases que hay en el sistema.

    Ejemplo:

    Para el Hidrógeno: H2

    C = 1

    F = 1 L = C - F +2

    L = 1 - 1 + 2

    L = 2

    C = H2 , N2 L = 2 - 1 +2

    F = 1 L = 3

    L = ?

    C = agua (l)

    F = 2

    L = 1- 1 +2 = 1

    C = agua

    F1= liquido L = 1 - 3 + 2

    F2 = solido L = 0

    F3 = vapor

    DIAGRAMAS DE FASES

    Agua

    P

    V

    Curva de : Puntos (Temperatura):

    Ao sublimación M Vaporización (condensación)

    Bo Vaporización N Fusión (solidificacion)

    Co Fusión R Sublimación

    O triple

    Azufre

    P

    t

    ENERGIA

    Energía: capacidad para realizar un trabajo.

    Fuentes de energía:

    Eólica solar lumínica

    Eléctrica mecánica

    Cinética química

    Nuclear hidráulica

    calorífica potencial

    sistemas

    abierto: puede intercambiar materia y energía

    Cerrado: puede intercambiar materia pero no energía.

    Aislado: no intercambia materia ni energía.

    Homogéneo (una sola fase)

    Heterogéneo (mas de una fase)

    Ley de la conservación de la energia

    Esta ley interrelaciona a la energia, el calor y al trabajo.

    Calor: Es una propiedad de los sistemas que se producen en un proceso debido a la diferencia de temperaturas entre el sistema y sus alrededores.

    Trabajo: Es una propiedad de trayectoria que se produce en un proceso y se manifiesta en la frontera sistema por la desviación de un cuerpo.

    Dicho lo anterior podemos expresar que:

    Q = W

    dQ = dW

    dQ - dW = 0

    dQ - d W = dE

    donde E = energia interna

    1ra ley de la termodinámica

    Capacidad calorífica : capacidad que tiene un sistema para absorber o ceder calor.

    Si el proceso es a presion constante se llama Cp.

    Si es el volumen constante se llama Cv

    para una mol tenemos:

    Qv = CvdT = Cv (T - Ti) = E

    Para n moles:

    Qv = nCv (T - Ti) = E

    Qp = CpdT = Cv (T - Ti) = H

    Qv = nCp (T - Ti)

    H = Hv + Hp

    trabajo

    w = pdv w=Pv

    W = Pdv

    PROCESO CICLICO

    Es aquel en el cual el sistema puede llevar a cabo varios procesos pero puede regresar a las condiciones iniciales.

    Tipos de procesos

    Proceso isotérmico (a temperatura constante)

    PV = nRT

    para calcular el trabajo en un proceso isotérmico

    Para el proceso isobarico

    W = Pdv

    w = P (V2 - V1)

    Para el proceso isocorico

    W = Pdv

    w = 0

    sistema aislado Q = 0

    proceso adiabático Q = 0

    Procesos Químicos Industriales

    Procesos Químicos Industriales

    Procesos Químicos Industriales

    P

    V

    Cp - Cv = R

    Procesos Químicos Industriales

    Procesos Químicos Industriales

    Procesos Químicos Industriales

    Cv

    Cp

    

    Monoatómico

    3

    5

    1.66

    Diatópico

    5

    7

    1.4

    Triatómico

    7

    9

    1.28

    Proceso

    W

    Q

    Isotérmico

    Procesos Químicos Industriales

    W

    0

    0

    Isobarico

    P(Vp-Vi)

    Procesos Químicos Industriales

    Procesos Químicos Industriales
    -W

    n(Tf-Ti)

    Isocorico

    0

    Procesos Químicos Industriales

    nCu(Tf-Ti)

    n(Tf-Ti)

    Adiabatico

    -Procesos Químicos Industriales

    0

    nCp(Tf-Ti)

    n(Tf-Ti)

    Para procesos isotérmico, isobárico e isocorico tenemos:

    Procesos Químicos Industriales
    Pv = cte.

    Para procesos Adiabaticos

    PiVi = P2 V2

    Procesos Químicos Industriales

    DIAGRAMA DE FASES DEL AGUA

    Procesos Químicos Industriales

    L = numero grados de libertad de variables a fijar.

    C = componentes o sustancias independientes. L = C - F

    F = numero de fases.

    Sistema:

    C = 1 L = 1 - 1 + 2 = 2

    F = 1 L = 1 - 2 + 2 = 1

    F = 2

    F = 3 L = 1 - 3 + 2 = 0

    Energía: capacidad que realiza un trabajo algunos tipos de energía son:

    • Eólica.

    • Eléctrica.

    • Cinética

    • Nuclear.

    • Calorífica

    • Solar

    • Mecánica

    • Química

    • Hidráulica

    • Potencial

    • Lumínica.

    El sistema puede ser Abierto, cerrado, aislado

    Q +

    frontera

    Q -

    Mezclas homogéneas: tienen una sola fase.

    Mezclas heterogéneas: tienen mas de una fase.

    Sistema abierto: intercambia materia y energía con sus alrededores.

    Sistema cerrado: solo intercambia energía.

    Energía: capacidad para realizar un trabajo.

    Trabajo: es una propiedad de trayectoria que se produce en un proceso y se manifiesta en la frontera del sistema.

    Q = W

    DQ = DW

    DQ - DW = 0

    DQ - DW = DE Ley de la termodinámica E = energía interna.

    Propiedad de estado: Q - W = E2 - E1 = E

    E = Q - W

    Capacidad calorífica: capacidad que tiene un sistema para absorber o ceder calor

    Cv = (E) = dWV Qv= CvdT = Cv( Tf - Ti) = E para 1 mol

    T dT Q = nCv( Tf - Ti) = E para n moles

    CP = (H) = dQP Qp = nCpdT = nCp( Tf - Ti) = H cambio de entalpía

    T dT Qp = CpdT = Cp(Tf - Ti)

    proceso isotérmico proceso isobarico proceso Isocorico

    PV = NRT W = PDV W = PDV

    P = NRT W = P" DV W = P"

    V

    DW = NRT DV W = P ( V2 - V1 ) W = 0

    V

    En un sistema aislado, Q = 0

    Proceso adiabático, Q = 0

    E = Q - W

    W = -E

    E = nCv T

    PV" = CTE

    P 1/"V "/" = CTE

    V = CTE

    Cv Cp 

    Gas monoatomico 3 5 1.64

    Gas diatópico 5 7 1.4 R = 10.7 L

    Gas triatómico 7 9 1.28 mol ok

    Proceso

    W =

    Q =

    ð ð

    ð ð

    Isotérmico T= cte

    nRTLn(v2/v1)

    W

    0

    0

    Isobarico P = cte

    P(Vf - Vi)

    W

    nCp(Tf - Ti)

    Isocorico V = cte

    0

    nCv(Tf - Ti)

    nCP(Tf - Ti)

    Adiabatico

    ðð

    0

    nCv(Tf - Ti)

    nCP(Tf - Ti)

    Problema : 250g de amoniaco(NH3) se encuentran a un temperatura de 10oC y a una presión de 20 atm. Determinar Q, W,E, H. Para los siguientes casos de procesos.

  • Proceso Isobárico hasta alcanzar un volumen de 200 ml

  • Proceso isocorico hasta alcanzar una presión de 2 atm

  • Proceso adiabatico hasta alcanzar un a presión de 2 atm.

  • Solución:

    T = 283ok v1 = nRT

    NH3 m = 250g = 14.7 mol P

    PM 17g/mol v1 = 14.7mol X 0.082 x 283 = 17.05L

    20 atm

  • T1 = T2 283ok P2 = P1V1 = 20 X 17.05 = 1.70 atm

  • V2 = 200L V2 200L

    b) P1 = P2 = 20 atm V1 = V2 = T2 = V2T1 = 200L X 283oK = 3319.64ok

    V2 = 200L T1 T2 V1 17.05L

    c) VI = V2 = 17.5Lv T2 = P2T1 = 2atm X 283oK = 28.3o k

    P2 = 2 atm P1 20 atm

  • W = 0 P1V1 = P2V2

  • P2 = 2 atm V2 =  "P1V1 = 1.28 " 20 X (17.05)1.28 = 102.91L

    P2 2

    T2 = P2V2 = 2atm X 102.91L = 170.75oK

    nR 14.7 X 0.082

    TABLA DE DATOS

    Proceso

    w =

    Q =

     

     

    isotermico T= cte

    nRTln(V2/V1) = 2028086cal

    W = 2028086 cal

    0

    0

    Isobarico P = cte

    P(v2 - v1) = 8884.7

    H = 401747.47 cal

    312470.25 cal

    401747.47cal

    Isocorico V = cte

    0

    - 26208.63 cal

    - 26208.63 cal

    - 33696.8 cal

    Adiabatico

    11551.51 cal

    0

    - 11551.51 cal

    - 14931.38 cal

    Isotermico:

    W = 14.7 mol X 1.98 cal X 283oK X Ln (200L) = 2028086 cal

    moloK 17.05

    isobarico:

    W = P(V2 - V1) = 20 atm (200 - 17.05) = 3659 atm.L X 2402 cal/ atm.L = 88547.8 cal

    E = nCv(T2 - T1 ) = 14.7 mol X 7 cal/moloK = (3319.64 - 283)L = 312470.25 cal

    H = nCP(T2 - T1) = 14.7 X 9(3319.64 - 283)K = 401747.42 cal

    Isocorico:

    W = 0 E = Q E = nCp(T2 - T1)

    E = 14.7 X 7(28.3 -283) = -26208.63 cal

    H = nCP(T2 - T1) = 14.7 x 9(28.3 - 283 ) = -33696.8 cal

    adiabatico

    E = nCp(T2 - T1) = 14.7 X 7(170.74 - 283 ) = -11551.55 cal

    H = nCp(T2 -T1) = 14.7 X 9(170.74 - 283 ) = -14931.38 cal

    PROBLEMA: una masa de 2kg experimenta un proceso de 3 etapas: la primera (1-2) es un volumen Cte.

    La segunda (2-3) a presión Cte., la tercera (3-1), a temperatura Cte. Si el gas se encuentra inicialmente a 1 atm y 300ok siguiendo la reacción v1/v2 = S

  • calcular QT, WT, ET Y HT

  • dibujar en un diagrama P - V el Proceso.

  • N = m/PM = 2000/ 4g/mol = 500 mol

    Cv = 3cal/moloK  = Cp/Cv = 1.66

    Cp = 5

    Pv = nRT

    V1 = nRT = 500 X 0.082 X 300 = 12300L

    P 1 atm

    Proceso P(atm) V(L) T(ok)

    Isocorico (1-2) P1 = 1 atm V1 = 12300L T1 = 300oK

    P2 = 5 V2 = 12300L T2 = 1500 oK

    Isobarico (2-3) P3 = 5 V3 = 2460L T3 = 300 oK

    Isotérmico (3-1) P4 = P1 V4 = V1 T4 = T1

    1 atm 12300L 300 oK

    diagrama de proceso

    Procesos Químicos Industriales

    PROBLEMA: una masa de 2kg experimenta un proceso de 3 etapas: la primera (1-2) es un volumen Cte.

    La segunda (2-3) a presión Cte., la tercera (3-1), a temperatura Cte. Si el gas se encuentra inicialmente

    a 1 atm y 300ok siguiendo la reacción v1/v2 = S

    a) calcular QT, WT, ET Y HT

    b) dibujar en un diagrama P - V el Proceso.

    N = m/PM = 2000/ 4g/mol = 500 mol

    Cv = 3cal/moloK  = Cp/Cv = 1.66

    Cp = 5

    Pv = nRT

    V1 = nRT = 500 X 0.082 X 300 = 12300L

    P 1 atm

    Proceso P(atm) V(L) T(ok)

    Isocorico (1-2) P1 = 1 atm V1 = 12300L T1 = 300oK

    P2 = 5 V2 = 12300L T2 = 1500 oK

    Isobarico (2-3) P3 = 5 V3 = 2460L T3 = 300 oK

    Isotérmico (3-1) P4 = P1 V4 = V1 T4 = T1

    1 atm 12300L 300 oK

    PROBLEMA: calcular la cantidad de gas combustible (gas L:P) que tiene un poder calorífico de 800 cal/mol, que se debe emplear para evaporar 10 000L de agua que estan a 25 C hasta vapor a 100 C.

    densidad agua = 1g/mL, 1kg/L

    CP agua = 1 cal/gok Qs = mCp

    Hp = 10000 cal/mol d = m/v

    m = d . v = 10000L X 1 kg/L = 10000kg, 10000000g

    Qs = 10000000g X 1cal/goC X (100-25) = 7.5 X108

    QL = nHv n = m = 10000000g = 555555 mol

    PM 18 g/mol

    QL = 555555 mol X 10000 cal/mol = 5.555x109 cal 55.555x108 cal

    QTH2O = Qs + QL = (7.5 + 55.555)x10 8 = 63,055x108 cal

    QH2O = 63,055x108 cal = 7.81x105 = 781,000 mol de gas L.P

    Q comb

    CNPT = P = 1 atm

    T = 273oK 781,000 mol X 22.4 L = 1.74x107L

    N = 781000 mol 1 mol

    V = 22.4 L

    FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES

    Homogéneas.- Liquidas

    Mezclas

    Heterogéneas.- Agua y aceité

    diluida

    Soluto.- componente en menor proporción concentrada

    Soluciónes saturada

    Solvente.- componente en mayor proporción sobre saturada

    PROBLEMA: se prepara una solución disolviendo 37.6g de NaOH en 200mL de agua, cuya densidad resulta de 1.175g/mL. Esta solución después se disuelve con agua hasta tener un volumen final de 1 litro.

  • ¿Cuál es la concentración de la solución inicial, dado en molaridad, % peso, % mol?

  • ¿Cuál es la concentración de la solución final, también en molaridad, % pero, % mol?

  • a)

    M = n

    V

    M = m = 37.6 = 4.7 mol/L

    PMV 40g/mol X 0.200L

    D = b = b = d.v = 1.75g/mL X 200mL = 235g %P = 37.6g X 100 = 16%

    v 235g

    b = a + M agua

    M agua = b - a

    M agua = 235g - 37.6g = 197.4 g

    NH2O = 197.4g = 10.97 mol agua

    18g/mol

    % mol = n X 100

    nT

    n = a = 37.6g = 0.94 mol

    PM 40g/mol

    NT = n + nH2O = 0.94 + 10.97 = 11.91

    N X 100 = 0.94 mol X 100 = 7.89 % mol

    NT 11.91 mol

    b)

    VH2O = 800ml m = d.v = 1g/mL X 800 mL = 800g

    nH2O = 800mL = 44.44 mol

    18g/mol

    b' = b + 800g = 235g + 800g = 1035g

    D' = b' = 1035g =1.035g/mL

    1000mL

    M' = n = 0.94 mol = 0.94 mol / L

    v 1L

    %P = a X 100 = 37.6 X 100 = 3.63%

    b 1035

    nT = n + nH2O = 0.94 + 1097 = 11.91 + 44.44 = 6.35

    % mol = 0.94 X 100 = 1.66% mol

    56.35

    M1v1 = M2V2

    M1 = M1V = 4.7 X 0.200L = 0.94 mol/L

    V2

    PROBLEMA : ¿Cuál será la molaridad de 35 mL de ácido clorhídrico concentrado al 38% peso, cuya densidad es 1.18g/mL?. ¿Cuál será la nueva concentración si se diluye la concentración a 500mL?

    a)

    M = ? M = n = 10XPXD = 10 X 38 X 1.18 = 12.28 mol/L

    V = 35mL ácido v PM 36.5

    P = 38%

    D = 1.18g/mL

    b)

    M2 = ?

    V2 = 500mL

    PM ácido = 36.5g/mol M1V1 = M2V2

    M2 = M1V1 = 12.28 X 35 = 0.85 mol/L

    V2 500mL

    PROBLEMA: en una planta industrial se dispone de un tanque de 3m de diámetro y 2.5m de altura el cual contiene al 805 de capacidad una solución al 355 peso de ácido sulfúrico (H2SO4) con una densidad de 1.84g/mL. Después de cierto tiempo se evapora al 20% de solvente (agua) y 6% de soluto. Determinar:

  • La cantidad de soluto y solvente en Kg que se evapora.

  • La concentración inicial y final. Suponiendo que el volumen disminuye en proporción al % evaporado.

  • %P 35%.

    D = 1.84g/mL

    Vtanque = 3.1416 X d2 X h = 0.784X(3m)2X2.4m = 16.956m3 = 16956L

    4

    Vsolución = 16956L X 0.80 = 13564.8L

    D = b b = D.V = 1.84 X 13564.8L = 24959.232g

    v

    soluto = 0.35 X 24959.23 = 8735.73g

    24959.23

    solvente = 0.65 X 24959.23 =16223.5g

    a) perdidos

    soluto = 0.06 X 8375.73g = 524.14g

    solvente = 0.20 X 16223.5g = 3244.69g

    M1 = n1 = 10.P.D = 10 X 35 X 1.84 = 6.57g mol/L

    V1 PM 98g/mol

    b)

    soluto = 8735.73 - 524.16 = 8311.57g

    n2 = a = 8211.57g = 83791 mol

    PM 98 x 0.098

    V evaporación = 13564.8L X 0.26 = 3526.84L

    V2 = 13564.8L - 3526.84L = 10037.96L

    M2 = n2 = 83791 mol = 8.35 mol /L

    V2 10037.96L

    PROBLEMA: un recipiente de 10m3 se adiciona 500L de una solución al 63% en peso de ácido sulfúrico (H2PO4) con una densidad de 1.4g/mL.

  • ¿Cuál es la molaridad del ácido alimentado?

  • ¿Cuál es la cantidad de agua que se debe agregar para que la solución resultante tenga una concentración concentrada de 0.5 molar?

  • V = 10m3 = 10,000L

    M1 = ? M1 = n1 = 10.P.D = 10 X 63 X 1.4 = 9 mol/L

    M2 = 0.5 mol/L PM 98g/mol

    %P = 63% ácido 500L M1V1 = M2V2

    D = 1.4 g/mL V2 = M1V1 = 9 X 500 = 9000L

    M2 0.5

    Vagua = 9000 - 500 = 8500L

    FORMAS DE EXPRESAR

    La concentración de soluciones.

    Solución mezclas de gases es una solución

    Homogénea

    Mezclas

    Heterogénea

    Solución de dos componentes

    Soluto = Componente que está en el menor proporción.

    Solución

    Solvente = Componente que esta en mayor proporción.

    Diluida = pequeña proporción de solución en una gran cantidad de solvente.

    Solución

    Concentrada = Mucho soluto poco solvente.

    No saturada = Todavía se puede disolver algo soluto.

    Solución Saturada = Ya no se puede disolver mas soluto

    Sobre saturada = Que a 20ºC no se puede disolver los 30 gramos pero si le aumento a 30ºC entonces si se disuelve los 30 gramos.

    % peso = a / b * 100

    % volumen = u / v * 100

    % mol = n / nT * 100

    Xi = n / nT

    Molaridad M = n / v

    C = a / v

    A = peso de soluto

    B = peso de la solución

    V = mol de soluto

    nT = mol de solución (solvente + soluto)

    Problemas

    Se prepara una solución disolviendo 37.6 gramos de NaOH en 200 ml de agua cuya densidad resulta de 1.175 g/ ml. Esta solución después se diluye con agua hasta tener un volumen final de un litro.

  • ¿Cuál es la concentración de la solución inicial dada en molaridad % peso y % mol?

  • ¿Cuál es la concentración de la solución final, también en molaridad y en % peso?

  • 37.6 g NaOH

    H2O

    D = 1.175 g / ml !

    M = n / v

    M = m / Pmv

    M = 37.6 / 40 g / mol * 200 l

    % P = a / b * 100

    D = b / v =

    B = D * v

    B = 1.175 g / ml * 200 ml

    B = 235 g.

    V H2O = 800 ml ! = D * V = 1 G / ML / 800 ML = MH2O = 800g

    V' = 1 litro

    B' = b + 800 g = 235 + 800 = 1035 g

    D' = b' / v' = 1035 g / 1000 ml = 1.035 g/ml

    Nueva molaridad

    M' = n / v' = 0.94 / 1 = 0.94

    % P' = a / b' * 100 = 37.6 / 1035 * 100 = 3.63 % soluto el resto es solvente

    % mol = 0.94 / 56.35 * 100 = 1.66 % mol

    M' = 10 P * D / PM

    M = 4.7

    % P = M* PM / 10 D

    % P = 4.7 * 40 / 10 * 1.175

    % P = 16 ESTO ES IGUAL AL ANTERIOR

    H2O

    Mi = n / v'

    Ni = M1 V1

    M1 V1 = M2V2

    M2 = M1V1 / V2 = 4.7 * 0.200 / 1 = 0.94 Es igual al anterior.

  • ¿Cuál será la molaridad de 35 ml de ácido clorhídrico (HCl) concentrado al 38 % en peso cuya densidad es de 1.18 g / ml?

  • ¿Cuál será la nueva concentración si se diluye esta concentración a 500 ml ?

  • M = ?

  • V = 35 ml HCl

    P = 38 %

    D = 1.18 g / ml

  • M2 = ?

  • V2 = 500 ml

    M = n / v = 10 PD / PM = 10 * 38 * 1.18/ 36.5 g / mol = 12.28 mol / l

    PM HCl = 36 .5 g/ mol

    M1V1 = M2V2

    M2 = M1V1 / V2

    M2 = 12,28 * 35 / 500

    M2 = 0.85 molar

    Problema:

    En una planta industrial se dispone de tanque de 3 metros de diametro y 2.4 m de altura el cual contiene al 80% de capacidad una solución al 35 % peso de ácido sulfúrico (H2SO4) a una densidad de 1.84 g / ml. Después de cierto tiempo se evapora 20% de solvente (agua) y 6% de soluto.

    Determinar:

  • La cantidad de soluto y solvente en kg que se evaporan

  • La concentración inicial y final suponiendo que el volumen disminuye en proporción al porciento evaporado.

  • 30 m 

    v = " r2 h = " (D / 2)2

    =0.785 2 h

    = 0.785 (3)2 (2.4)

    V tanque = 16.956 m3 = 16956 l

    V solución = 16956 * 0.80 = 13564.8 l

  • Soluto = 8735.73 - 524.16 = 8211.57 kg

  • M1 = n1 / V1 = 10 PD/ PM = 10 * 35 * 1.84 / 98 = 6.57 MOL / L

    M2 = n2 / V2 =83791/ 10037.96 = 0.34 mol / l

    V evaporado = 13564.8 * 0.26 = 3526.84

    V 2 = 13564.8 - 3526.84 = 10037.96

    N2 = a/ PM = 8211570 g / 98 g / mol = 83791 mol

    aire

    S(s)

    S(l)HO2!SO3

    vapor

    S (l)

    Un recipiente de 10 m3 de capacidad se adiciona 500 l de una solución al 63% en peso de ácido fosfórico con una densidad de 1.4 g /ml.

  • ¿Cuál es la moralidad del ácido alimentado ?

  • ¿Qué cantidad de agua se debe de agregar para que la solución resultante tenga una concentración 0.5 molar?

  • M1 = ?

  • Que cantidad de agua se debe agregar

  • M2 = 0.5 molar

    M1 = n1 / v1 = 10 PD / PM = 10 * 63* 1.4/ 98

    M1 = 9 mol / l

    M1V1 = M2V2

    V2 = M1V1 / V2

    V2 = 9 * 500 / 0.5 = 9000 L

    V agua = 9000 - 500 = 8 500.

    Problema:

    Una corriente gaseosa extraída de un pozo petrolero tiene la composición siguiente en % peso promano 50 % butano 40% y sulfuro de hidrógeno 10 %. Es necesario purificar la mezcla eliminando H2S (sulfato de hidrógeno) utilizando una torre de absorción de sodio al 40 % (NaOH) para tal fin. Por cada kg de H2S alimentada se utiliza 2.7 kg de hidróxido de sodio.

    Efectuar el balance material si se alimentan 10 tn de mezcla gaseosa:

    NaOH (d)

    (B) (A) Propano = 0.50 * 10 000 = 5000 kg

    Butano = 0.40 * 10 000 = 4 000 kg

    Sulfato = 0.10 * 10 000 = 1000 kg

    (B) Propano = 5000 kg

    Butano = 4000 kg

    (C) Sulfuro = 1000 kg

    Sosa = 2700 kg

    1kg H2S - 2.7 kg NaOH

    1000 k - x = 2700 kg

    D = Sosa = 2700 kg

    Los gases que salen en un reactor SO2, SO3, O2 y N2 estos gases se introduce en un reactor donde se separa SO3 con una eficiencia de 85 % mediante ácido sulfúrico líquido, el cual absorbe 2 kg de SO3 por cada 10 litro de ácido si sale 2000 libras de mezclas gaseosa al absorbedor con la composición indicada en el diagrama. Determina.

    H2SO4 (l)

    (D) a) La composición de la entrada,

    (B) SO3 b) La cantidad SO3 absorbido y la

    cantidad de ácido líquido utilizado.

    (A)

    (C) H2SO4. SO3

    c) 1133.33 lb de SO3

    2 kg SO3 - 10 l de ácido

    1133.33 lb / 2.2 lb/kg - x = 2575.75 l

    200 lb SO3 - 15 % SO3 que entra

    X- 100 % = 1333.33 lb entra

    Y - 85 % = 1133.33 se absorbe.

    % P SO2 = 300/ 3133.33 * 100 = 9.5 %

    % P SO3 = 1333.33 / 3133.33 * 100 = 42.5

    A un evaporador de simple efecto se alimentan 4000 lt de guarapo (solución de azúcar al17%) en peso que tiene una densidad de 1.5 kg por litro, obteniéndose después de la operación una solución concentrada al 35% en peso.

  • Que cantidad de agua se evapora por kg de solución alimentada

  • Realizar el balance de material en las demás corrientes

  • Azúcar = 0.17 * 600 = 1020 kg

  • Agua = 0.83 * 6000 = 4980 kg

  • Azúcar = 1020 kg - 35%

  • Agua = x - 65% 1894.2 kg X1 = 1020 * 65 / 35 = 1894.2 kg agua

  • Agua = 4980 - 1894.2 = 3082.8

  • Evapora = 8980 - 1894.2 = 3082.8

    Problema:

    Se desea producir una tonelada de leche en polvo con un contenido de humedad de 2% en peso. Para esto, la leche fresca se introduce a una sección de evaporación donde se elimina el 90% del agua y después para a la sección del secado. La densidad de la leche es de 1.027 g/ml con un contenido de agua igual al 87% peso

  • Determinar los litros de leche necesarios para producir la leche en polvo indicada

  • Indicar la cantidad de agua (en kg) eliminada en el proceso.

  • Leche en polvo con 2% de humedad

    1 ton = 1000 kg

    (D) Humedad = 2% = 0.02 * 1000 kg = 20 kg

    Otros = 98% = 0.98 * 1000 kg = 98 kg

  • Otros = 980 kg - 13% (de la leche)

  • X - 87% agua

    X1 = 980 * 87 / 13 = 6558 kg agua / 7538 kg leche

    (Otros = proteína, caseina, grasa, lactosa, minerales)

    V = m / D = 7538 kg / 1.027 kg / l = 7339.8 L de leche

  • Otros = 980 kg

  • Agua = 6558 - 5902.2 = 655.8

  • Agua = 0.98 * 6558

  • = 5902.2 kg

  • Agua = 655.8 - 20 = 635.8 kg

  • (B) - (D)

    PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES PAG: 46

    Científico

    Fenómenos Físicos

    Fenómenos Químicos

    Fenómenos Físico-Químico

    Laboratorio

    Planta Piloto

    Económico

    Admon

    Ing.Sistemas

    Tecnología

    Financiera

    Ing.Indust

    Procesos Químicos Industriales

    t = 40 º C

    0 = 3 m

    h = 5 m

    75 %

    3 l / min

    Procesos Químicos Industriales

    Masa

    1 kg = 2.2 lb

    1 lb = 4.54g

    1 tn = 1000 kg

    Volumen

    1 m3 = 1000 l

    1 l = 1000ml = 1000cm3 = 1 dm3

    1 pie3 = 28.3 l

    1 gal = 3.785 l

    Temperatura

    °C = (°F-32)/1.8

    °F = (1.8°C)+32

    °k = °C + 273

    R = °F + 460

    Distancia

    1 pie = 30.5 cm

    1 plg = 2.54 cm

    Presión

    1 atm = 1.033 (kg/cm2)

    = 14.7(lb/plg2) = 700 mmHg

    D = 1.5 g/cm3

    T = 40°C

    75 %

    H = 5m

     3m

    G

    A

    S

    Ideal

    Real

    Relativamente bajas presiones

    Relativamente altas temperaturas

    Relativamente altas presiones

    Relativamente bajas temperaturas

    P K P1 P2

    T T1 T2 T2

    = = =

    K = nK

    n= cantidad de moles

    n= l

    P = R

    T

    P = atm

    CNTP

    T = 273 K

    K1

    =

    K2

    =

    K3

    =

    atm l

    mol k

    1 atm * 29.4l

    273k 1 mol

    = R =0.082

    K

    =

    Constante universal de los

    gases ideales

    (lb/pulg2)pie3

    lb mol °R

    nRT

    Ecuación de

    los gases ideales

    =

    Proceso isocórico o isométrico

    Proceso isobárico

    Proceso isotérmico

    P3

    T3

    P2

    T2

    P1

    T1

    P Pm

    RT

    nRT

    PV

    m

    V

    M

    Pm

    RT

    V

    M

    Pm

    1 gas

    P Pm

    RT

    PT PM

    RT

    d =

    d =

    dRT

    P

    PM =

    RT

    V

    RT

    V

    RT

    V

    nnRT

    V

    N2RT

    V

    N1RT

    V

    RT

    V

    Mi

    MT

    ni

    nT

    Vi

    VT

    10 (lbn/plg2) x 58 (lb mol)

    10.72 lb/pulg2 pie3 528 °R

    P Pm

    RT

    d =

    1500 g

    64 g/mol

    M

    Pm

    1 ATM x 5247.27 L x 673 k

    273 k x 1.3 ATM

    P2 V2

    T2

    P1 V1

    T1

    sistema

    Cp

    W = NRT Ln V2

    V1

    W = NRT Ln P1

    P2

    Cp - Cv = R

    R = 0.082 atm L

    Mol oK

    R = 1.98 cal

    Mol ok

     = Cp

    Cv

     = Cp

    Cv

    Sistema

    C

    E

    120 atm

    B

    liquido

    N

    X

    760 mmHg

    V

    M

    4.58 mmHg

    O

    solido

    gas

    A

    R

    344 °C

    t2

    0.0010 ° C

    t1

    S ( v)

    S(l)

    S(rombico)

    S(monociclico)

    S (l)

    S (r)

    S (m)

    S (v)

    isocorico n=

    Isobarico n=0

    Isotermico n =1

    adiabatico

    % v = u / v * 100 = a/b/b/d * 100 = a * d/ b * d * 100

    a / b *100 = % p* d / d

    d = a / v ! v = a / d

    D = b / v ! v = b / D

    M = n / v = a / PM/ v = a / PMV = Db / 100 PMv =

    D * P / PM * 100

    D = G / ML / 1000 ML / 1 L = g / l

    Molaridad

    M = 10 P*D / PM

    1 litro

    200 ml H2O

    M = 4.7 mol / l

    % P = 37.6 / 235 * 100

    % P = 16 % de soluto

    % mol = n / nT * 100

    n = a / PM = 37.6 / 40 = .94

    n T = n + n H2O = .94 + 10.97 = 11.91

    B = a + Magua = 235 - 37.6 g

    M agua = 197.4 gramos

    N H2O = 197.4 g / 18 g / mol = 10.97 mol H2O

    " MOL = .94 / 11.90 * 100 = 7.89 % MOL.

    M H2O = 800/ 8 = 49.44 mol

    Del agua que agregamos.

    200 ml H2O

    M2 = n2 / v2

    N2 = M2 V2

    M1V1 = M2V2

    Para diluir y concentrar soluciones

    20% solvente

    6% soluto

    35 % peso

    d= 1.84 g/ml

    2.4 m

    V inicial = 13564.8 l

    D = b / v

    B = 24959.23 kg

    Soluto = 0.35 * 24959.23 =

    8735.73 kg

    solvente = 0.65 * 24959.23 =

    16223.5 kg

  • Pérdidas

  • Solvente = 0.20 * 16223.5 =

    3244.69 kg

    Soluto = 0.60 *8735.73 =

    524.14 kg.

    10000 kg

    mezcla gaseosa

    (A).

    95 % SO2

    42.5 % SO3

    9.5 % O2

    38.5 % N2

    85%

    SO3 = 10% = 0.10*2000 = 200

    SO2 = 15% = 0.15 *2000 = 300

    O2 = 15% = 0.15*2000 = 300

    N2 = 60% = 0.60 * 200 = 1 200

    2000 lb 2000 lb