DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA CATEDRA DE INTEGRACION III

Transcripción

1 DEARAMENO DE NGENERA QUMCA Unidad 3: CROMERA CAEDRA DE NEGRACON roblema Nº 1: El nitrógeno se satura con vapor de benceno a la temperatura de 30º C y a una presión de 70 mm. de Hg. determinar la composición de la mezcla, expresada de la siguiente manera: a) orcentaje en volumen. b) orcentaje en peso. c) kg de benceno por kg de nitrógeno. d) kmoles de benceno por kmol de nitrógeno. olución: resión de vapor del benceno saturado a 30 ºC por Antoine: B 111,033 Log10 A 6,90565-, mmhg C + t 0, i se conserva la presión total (70 mmhg), la del N será: G mmhg a) or lo que el porcentaje en moles (lo que es igual que en volumen) es: 119 Benceno 0, ,53 % N 0, ,47% 70 b) ara moles: Componente % M Masa % mol g/mol gr peso Benceno 16, ,34 35,55 N 83, ,16 64,45 otal 366,5 c) or cada 64,45 Kg de N hay 35,55 Kg de benceno por lo que para 1 Kg: 64, , ,55 Kg de Benceno x 0,55 64,45 Kg de N d) or cada 83,47 kmol de N hay 16,53 kmol de benceno por lo que para 1 kmol: 83, , ,53 Kmol de Benceno x 0,198 83,47 Kmol de N rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 1 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

2 Resolución con Hysys: a) b) c) d) roblema Nº : Una mezcla de dióxido de carbono y vapor de agua contiene 0,053 kmoles de vapor de agua por kmol de CO seco a una temperatura de 35º C y una presión total de 750 mm. de Hg. Determinar: a) orcentaje de saturación de la mezcla. b) Humedad relativa. c) La temperatura a que debe calentarse la mezcla para que la humedad relativa sea del 30 %. olución: or cada kmol de CO hay 0,053 kmol de vapor de agua por lo que su fracción molar será: 0, 053 HA m 0, 0503 de H O 0, 9497 deco 1+ 0, 053 or lo que la presión parcial del vapor de agua ( ) será: 750 0, , 73 mmhg La presión de saturación ( ) se extrae de tablas: 3,6 0, º C x 0,0581 Kg cm 40 0,075 s 0,0581 [kg/cm ] 4,70 [mmhg] a) El grado de saturación: 37, ,70 ϕ 0, ,74 % de saturación 4, ,73 b) La humedad relativa: rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

3 37,73 HR 88,36 % de saturación 4,70 c) ara que la humedad relativa sea de 30 % debe darse: 0,0513 HR 30 0,1710 Kg HR 30 cm De las tablas, y por interpolación se halla la temperatura correspondiente: 0,15 0,18 Kg cm 0, 53,5 x 57, 59,7 º C Resolución con Hysys: c) a) b) roblema Nº 3: N a 7º C y una presión total de 750 mm. de Hg. contiene sulfuro de carbono de forma tal que el porcentaje de saturación es del 70 %. Calcular la temperatura que debe enfriarse el gas, a presión constante, para condensar el 40 % del C. olución: resión de vapor del sulfuro de carbono saturado a 7 ºC por Antoine: B 11,5 Log10 A 6,85145-, , 8 mmhg C + t 36, , 8 HAm 1, 08 mol dec por mol de N solo , 8 Cómo el grado de saturación es del 70 % 0, 7 1, 08 0, 7575 molde C por molde N Como se condensa el 40 % del C: 0,4 0,7575 0,3030 HA m Y queda el 60 % en la masa gaseosa: solo rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 3 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

4 0,6 0,7575 0,4545 HAm HAm 34, 36 mmhg 1+ HA Que le corresponde a la temperatura: log B B A t C 14,01º C C + t A log Resolución con Hysys: m roblema Nº 4: El aire de una habitación tiene una temperatura de 3º C y está a una presión total de 760 mm de Hg. i se enfría el aire, el vapor de agua que contiene comienza a condensar a 16º C. Cuál es la humedad relativa ambiente inicial? olución: Aire 3 ºC 760 mmhg HR? Aire 16 ºC 760 mmhg HR % En el diagrama psicrométrico se comienza verticalmente en la línea de 16 ºC hasta la curva de saturación y luego horizontalmente hasta los 3 ºC. La humedad relativa cae en la zona entre 30 y 40 ºC y por interpolación: 14 mm mm 10% x 1,4 HR 39% rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 4 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

5 Resolución con Hysys: rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 5 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

6 roblema Nº 5: La atmósfera de una ciudad tiene un 50 % de humedad relativa ambiente, siendo su temperatura de 0º C. Cuando anochece la temperatura desciende a 1º C. Determinar si se producirá rocío. olución: HR 50 % temp0 ºC HR? temp1 ºC En el diagrama psicrométrico nos dá una humedad relativa ambiente de aproximadamente 8 % por lo que se puede afirmar que no habrá rocío. Resolución con Hysys: rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 6 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

7 roblema Nº 6: Un aire a 30º C y a una presión total de 750 mm. de Hg tienen un porcentaje de saturación del 0 %. Determinar: a) la humedad relativa ambiente b) humedad absoluta c) presión parcial del vapor de agua en el aire d) su temperatura de rocío. olución: De las tablas de vapor de agua hallamos la presión de saturación a 30 ºC º C 8,6 30 3,6 La presión total: 750 mmhg ϕ Kg / cm 0,040 x 0, ,97 0,050 ϕ ϕ 1 ϕ 31, , 6 ϕ ,97 1 a) Humedad relativa 6,6 HR 0,70% 31,97 b) Humedad absoluta: 6, 6 HAm 0, 0089 moles de agua por mol de aire seco 750 6, 6 M H O 6, 6 18 HA 0, , 57 grs de agua por M 750 6, 6 9 Aire Kg de aire seco C) resión parcial del vapor de agua: ϕ 31, , 6 ϕ ,97 1 D) la temperatura de rocio correspondiente a 6,6 [mmhg] es 5,6 ºC por Antoine y 5,17 ºC por tabla de vapor (erry) valores cercanos a los que da por grafica. rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 7 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

8 Resolución con Hysys: d) a) b) c) roblema Nº 7: ara acondicionar un edificio de oficinas en el invierno se utiliza aire húmedo a una presión de 101 ka y a º C y con una temperatura de rocío de 11º C. El aire sale del proceso a 98 ka con una temperatura de rocío de 8º C. Determinar cuántos kilogramos de vapor de agua se agregan a cada kilogramo de aire húmedo que ingresa al proceso. olución gráfica: En el punto de entrada, para una temperatura de ºC y punto de rocío de 11 ºC le corresponde una humedad relativa de 49 % y una absoluta de 8 gr de agua por Kg de aire seco. rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 8 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

9 E) : ºC : 101 Kpa R: 11 ºC ) : 98 Kpa R: 8 ºC H) ara el punto de salida (despreciando la variación de presión), la humedad absoluta es de 4 gr de agua por Kg de aire seco. or lo tanto la cantidad de agua que se debe aportar por Kg de aire seco es: Como los 8 gr son por Kg seco, por kilo húmedo es: 1,008 Kg 16 gr 1 Kg 1 16 x 15,87 gr 0,01587 Kg de agua 1,008 olución analítica: La presión del vapor del agua a 11 ºC se puede sacar de tablas 9,844 mmhg HA m O lo que es lo mismo: 9, ,844 molde agua 0,01316 mol de aireseco HA, 6 H 0, 6 0, , ,16 0 A gr de agua Kg de aire seco En las condiciones de salida, con un punto de rocío de 8, le corresponde una presión de vapor de saturación de 8,349 mmhg y una presión total de 737 mmhg (98 Kpa): rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 9 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

10 HA 8,349 molde agua HAm 0, ,349 mol de aireseco gr de agua 0,6 HA 0,6 0, , ,86 Kg de aire seco m La diferencia de agua es: 4,86-8,16 16,70 gr de agua por Kg de aire seco. ara referirlo al aire húmedo: 1,00816 Kg 16,70 gr 1 Kg 1 16,70 x 16,54 gr 0,01656 Kg de agua 1,00816 Resolución con Hysys: roblema Nº 8: e ingresa 0 m 3 /hr. de aire a un secadero a 60º C, 745 mm Hg de presión y 10 % de humedad relativa ambiente. En el secadero se evaporan 0 kg de agua por hora. El aire sale a una temperatura de 35º C y una presión de 74 mm Hg. Calcular: a) orcentaje de saturación del aire que sale del secadero. b) olumen del aire húmedo que sale del secadero por hora. olución analítica: Entrada 0 m3/h 60 ºC 745 mmhg HR 10 % 0 Kg/hr alida 35 ºC 74 mmhg rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 10 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

11 t e 745 [mmhg] 0,9806 [atm] e 60 [ºC] 333 [ºK] t s 74 [mmhg] 0,9763 [atm] s E (60 ºC) 149,03 [mmhg] v s HR 149,03 10 HR E 10 v 14, 903 s v 14, 903 mol deagua HA E m 0, 0041 t v 745 mmhg 14, 903 mmhg mol de aireseco [ ] [ ] aire seco E ,90 730,1 [mmhg] 0,9607 [atm] 6 l E E 0,9607[ atm] 10 aireseco hr n R e atm l 0, º º K mol Kg 0 hr Kmol Agua evaporada 1,111 Kg hr 18 Kmol 1 [ K] [ Kmol] aire seco 0,0041[ Kmol] agua 35,185 x 0,71806[ Kmol] Balance de agua Eagua + Evap agua 0,71806 Kmol + 1,111 Kmol 1, 8916 mol Kmol ,185 hr hr [ ] [ ] [ Kmol ] 1, 8916 Kmol de agua HA m 0, , 18 Kmol de aire seco s (35 ºC) 4,071 [mmhg] t 74 [mmhg] moles de agua 1,8916 x 0,0494 moles totales 1, ,18 v t s ϕ s t v 36, ϕ 0, ,49% 4, ,671 v agua 36,671 v a) HR 87,16 % s n 1,8916 Kmol + 35,18 Kmol 37, 011 Kmol Moles a la salida [ ] [ ] [ ] b) n R rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 11 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

12 n R 37,011 Resolución con Hysys: atm l [ Kmol] 0,08 308[ º K] º K mol 0,9763[ atm] 0 1 mol kmol 1 0 m l 957,3 3 3 [ m ] a) b) roblema Nº 9: En un proceso en que se emplea benceno como disolvente, este se recupera por medio de nitrógeno seco. La mezcla de nitrógeno - benceno se obtiene a 30º C y a 1, kgf/cm de presión tiene un porcentaje de saturación del 70 %. e desea condensar el 80 % del benceno por un proceso de enfriamiento y compresión. i la temperatura se disminuye a 0º C, a que presión debe comprimirse el gas?. olución analítica: Estado : 30 ºC 303 ºK 1, Kg/cm 88.7 mmhg Grado de saturación φ 0,70 Condensa el 80 Estado : 0 ºC 73 ºK? v t s ϕ s t v v t s ϕ ϕ s t ϕ s v v s t v ϕ s t v t s + ϕ s v ϕ s t ( t s ( 1 ϕ) ) ( ) ( t s) s ,033 6, ,79+ rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 1 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

13 111,033 6, , ( 30º C) , s 3 111,033 6, ,79+ 0 ( 0º C) 10 6, s 34 v ϕ s t 0,7 119,3 88,7 ( t s ( 1 ϕ ) 88,7 119,3 ( 1 0,7) Fracción molar de benceno en el estado : x Benceno v t 87, 04 88, 7 [ 0, Base, 1 mol en estado 0,09861 moles de benceno Condensa el 80% 0,07889 moles de benceno Queda el 0 % 0,0197 moles de benceno En el estado Grado de saturación 1 v s v6,34 mmhg Fracción molar de benceno en el estado : v v 6, 34 mmhg x t t x 0, 0197 [ ] 87,04 Bemcemo 1335 Benceno t 1335 Kg cm 1,701 [ atm] 1,647 olución con simulador Hysys : rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 13 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

14 roblema Nº 10: En un determinado proceso se utiliza acetona como disolvente y esta se recupera por medio de una corriente de nitrógeno seguido de un enfriamiento y compresión de la mezcla acetona - nitrógeno. En la planta de recuperación del disolvente se extraen 3 kg/hr de acetona. El nitrógeno se introduce a una temperatura de 40º C y 750 mm de Hg. de presión. La presión parcial de la acetona en el nitrógeno de entrada es de 10 mm de Hg. El nitrógeno sale a 30º C, 740 mm de Hg y un porcentaje de saturación del 85 %. Determinar: a) Cuantos m 3 por hora de la mezcla acetona - nitrógeno que entran debe admitirse para obtener la velocidad de evaporación necesaria de la acetona. b) Cuantos m 3 /hr. de la mezcla gas - vapor salen de la planta de recuperación de disolvente. olución analítica: Estado : 40 ºC 313 ºK t 750 mmhg 0,9868 atm AC 10 mmhg Acetona recuperada 3 Kg/hr Estado : 30 ºC 303 ºK t 740 mmhg Φ 0,85 Fracción molar de acetona en estado : x Acetona Acetona t , ϕ v s s 10 t s t v , v ϕ s t ( t s ( 1 ϕ )) 7, ( 30º C) 10 84, s 84, , ( 1 0,85) ϕ s t 0,85 v 56, 33 ( t s ( 1 )) ϕ 740 Fracción molar de acetona en estado : x Acetona AC t [ 0, 3478 rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 14 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

15 Base mol estado (1,33 de acetona y 98,67 de nitrógeno) Fracción de Nitrógeno estado 1-0,3478 0,65 Gas en el estado [ fracción molar de N ] 98,67 [ molesde N Estado] 0,65 1 x 151,9 [ moles] Balance de acetona: M Acetona 58 g/mol Entra 1,33 moles ale 0,3478 x 151,9 5,6 moles e recupera 5,6-1,33 51,8 moles 51,8 [moles] x 58 [gr/mol]975 g,975 Kg Como en realidad se recuperan 3 Kg el flujo de gas de entrada (Estado ) es:,975 3 [ Kg de Acetona] [ moles Entrada] [ Kg de Acetona] x 773,1 [ moles Entrada] n R n R n R 3 m a) 0,108 hr,975 Kg de Acetona 3 moles 773,1 0,08 h 0,9868 atm l [ ] 151,9[ moles alida] [ Kg de Acetona] x 1169[ moles alida] 313[ º K] º K mol l 0108 [ atm] hr n R moles ,08 h 0,9737 atm l 303[ º K] º K mol l 9846 [ atm] hr 3 m b) 9,846 hr olución con simulador Hysys : rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 15 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

16 a b roblema Nº 11: Un secadero continuo trabaja en condición tal que se extraen 50 kg/hr de agua de los materiales que se están secando. El aire entra al secadero a 80º C y a una presión total de 765 mm. de Hg. El punto de rocío del aire es de 5º C. El aire sale del secadero a 35º C, 755 mm. de Hg. de presión y 90 % de humedad relativa ambiente. Calcular: a) La cantidad de m 3 /hr de aire inicial que deben suministrarse. b) Los m 3 /hr que salen del secadero. olución analítica: E) : 80 ºC : 765 mmhg ) : 35 ºC : 755 mmhg R: 5 ºC H) 50 Kg/hr HR 90 % Entrada: e e e 5º C ϕ 1 v s e v e s e ,63 8, , ,498 s e v 3 Kmol Agua HAm 8, s s t v Kmol Aire sec o Agua evaporada 50 Kg/hr 13,89 Kmol alida: HR s v s 8,07131 s s [ ] [ ] ,63 s s 33, , 07 v s 90 s s 37,86 v s 90 s s rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 16 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

17 s s v Kmol Agua HAm 0,0579 s s t v Kmol Aire sec o Así cada Kmol de aire seco de entrada absorbe: s e 3 HAm HAm 0, , , 044 [ Kmol de Agua] e s H EA x + H A x comoea A E s e x x ara evaporar 50 Kg de agua (13,89 kmol) se necesitan: 314,1 Kmol de aire seco e e) 314, ,1 x 314,1 1+ x 316,8 Kmol de Aire húmedo El aire que entra es ( ) [ ] e e e n R e 765 [mmhg] 1,0066 [atm] e 80 ºC 353 ºK e e e n R e e 316,8 atm l º K mol 1,0066 [ Kmol] 0, [ º K] [ atm] [ m ] s s) El aire que sale es 314, ,1 x 314,1 ( 1+ x ) 330,1 [ Kmol de Aire húmedo] s 755 [mmhg] [atm] s 35 ºC 308 ºK 330,1 s s s n R s olución con simulador Hysys : atm l [ Kmol] 0, [ º K] º K mol 0,9934[ atm] [ m ] a b rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 17 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

18 roblema Nº 1: Aire a 5º C, 735 mm de Hg de presión y 60 % de humedad relativa ambiente se comprime y se almacena en un depósito cilíndrico de 30 cm. de diámetro y 1,50 m de altura a 40º C y a una presión de 18 kgf/cm abs. El aire inicialmente en el depósito es el mismo que en la admisión del compresor. Calcular la humedad relativa del aire en el cilindro y el peso del agua condensada. olución analítica: Estado : : 5 ºC 98 ºK : 735 mmhg 0,9671 atm HR: 60 % (5ºC) 3,69 mmhg Recipiente: Diámetro 30 cm Altura 1,5 m olumen 0,106 m 3. HR 3, , 1 HA m v t v 14, 1 0, , 1 mol Agua mol Aire seco Estado : 40 ºC 18 Kg/cm 17,4 atm (40ºC) 55,19 mmhg HR 55, 19 v HA m t v 55, , 19 0, mol Agua mol Aire seco Aire 17,4x760-55, [mmhg]17,35 [mmhg] rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 18 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

19 Aire n R Moles de aire seco Are 17,35[ atm] 106[ l] n 71,66 mol R atm l 0,08 313º K º K mol n n 71,66[ mol] Agua que ingresa: n x n 0, ,66 1, mol AGUA 4131 [ ] [ ] Agua que egresa: n x n 0, ,66 0, Agua condensada n COND 1,4131 mol 0,301 mol 1, AGUA 301 [ mol ] [ ] [ ] [ moles ] AGUA 1119 g 1,1119 mol Humedad Realtiva % olución con simulador Hysys : [ moles] 18 0, [ g] m COND AGUA 01 a b roblema Nº 13: Aire a una temperatura de 5º, una presión total de 740 mm de Hg y a 55 % de humedad relativa ambiente se comprime a 10 atm. Determinar: a) La temperatura a que debe enfriarse la mezcla de aire - vapor de agua si se ha de condensar el 90 % del agua. b) El volumen de la mezcla a 10 atm de presión después de enfriarse a la temperatura final, sobre la base de 1 m 3 de aire inicial. olución analítica: Estado : 5 ºC 98 ºK 740 mmhg 0,9737 atm HR 55 % rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 19 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

20 Condensa: 90 % del agua Estado :? 10 atm 7600 mmhg HR % E ) (5ºC) 3,76 mmhg HR 3, ,07 HA m v t v 13, , 07 0, mol Agua mol Aire seco E ) or cada mol de aire seco de entrada tenemos 1 mol de aire seco a la salida HA v t v v m x t 1+ x 0, , Y como HR, ( ): 13,64 a) log B B A t C 16,07 º C C + t A log b) n R R n n n 1 x ( ) OAL ARE ECO + R n n R ( 1 + x ) n ( 1+ x ) ( 1+ x ) n ( 1+ x ) Como las moles de aire seco son iguales a la entrada que a la salida y 1 m 3 : ( 1+ x ) ( 1+ x ) ( 1+ 0,001798) 89 m de aire salida 0,0993 ( + ) 3 1 0, m de aire entrada rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 0 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

21 olución con simulador Hysys : a b roblema Nº 14: e desea mantener el aire que entra en un edificio a una temperatura constante de 4º C y un porcentaje de saturación del 40 %. Esto se logra pasando el aire por una serie de pulverizadores de agua en los que se enfría y se lo satura. El aire sale de la cámara de pulverización y se lo calienta a 4º C. a) Determinar la temperatura con que sale el agua y el aire de la cámara de pulverización. La presión total se mantiene en 1 atm. b) Calcular la humedad absoluta del aire en kg de agua por kg de aire seco. c) i el aire que entra a la cámara de pulverización tiene una temperatura de 3º C y un porcentaje de saturación del 65 %, determinar qué cantidad de agua deberá evaporarse o condensarse en la cámara de pulverización por kg de aire seco. olución analítica: Agua Est. Est. Cal. Est. : 3 ºC :1 atm at: 0,65 Agua :? : 4 ºC :1 atm at: 0,40 rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 1 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

22 Estado ) (4 ºC),31 mmhg ϕ s t 0,40, v 9, 084 ( t s ( 1 )) ϕ 760,31 ( 1 0,40) Estado ) HR % vs9,08 mmhg a) B t C 9,78 º A Log ( s) [ C] Estado ) (3 ºC) 35,57 mmhg 35, ,57 ( 1 0,65) ϕ s t 0,65 v 3, 50 ( t s ( 1 )) ϕ 760 v 9, 084 Kg de Agua b) HA 0, 6 0, 6 0, t v 760 9, 084 Kg de Aire eco HA v 3, 50 0, 6 0, 6 0, t v 760 3, 50 Kg de Agua Kg de Aire eco Kg de Agua gr de Agua c) 0, , ,0133 1,33 Kg de Aire eco Kg de Aire eco olución con simulador Hysys : a b c rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

23 roblema Nº 15: Un tabaco en hojas contiene un 1 % / de agua y se almacenan 3000 kg de este para su humedecimiento durante una semana. El aire de la habitación se mantiene a 38º F y 85 % de humedad relativa ambiente y a una presión total de 1 atm. El tabaco que se saca de la habitación al cabo de la semana contiene un 14 % de humedad. uponiendo que este solamente absorbe el 5 % del agua del aire, calcular el volumen de aire necesario por semana por cada lote de 3000 Kg de hojas de tabaco. El aire disminuye su humedad relativa ambiente al 78 %. olución analítica: Base de tiempo: 1 semana Estado : 38 ºF 3,33 ºC 76,33 ºK 1 atm HR 85 % abaco: Cantidad 3000 kg Humedad 1 % Estado 38 ºF 3,33 ºC HR 78 % e absorbe el 5% del agua del aire abaco: Humedad 18 % E ) tabaco 88 % de 3000 Kg 640 Kg Agua 1 % de 3000 Kg 360 Kg E ) tabaco: ( tabaco) 640 [ Kg] ( agua) y 49,8 [ Kg] Agua absorbida: 49, ,8 [Kg] 3,88 [Kmol] E ) s(3,33 ºC) 5,775 [mmhg] v HR s 85 5,775 HR v 4,909 s v 4, 909 Kmol de Agua HAm 0, t v 760 4, 909 Kmol de Aire eco E) v HR s 78 5,775 HR v 4,504 s v 4, 504 Kmol de Agua HAm 0, t v 760 4, 504 Kmol de Aire eco rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 3 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

24 Cada Kmol de aire seco aporta 0, , , [Kmol] de agua. Como 3,88 [Kmol] representa el 5 %, la cantidad total de agua es: 5 3,88 [ Kmol] [ Kmol] y 77,6 or lo que la cantidad total de aire seco necesaria es: 77,6 [ Kmol de Agua] 5 1, [ Kmol de Aire eco] Kmol de Agua 0, Kmol de Aire eco Que en aire húmedo es 5 H 5 5 1, , , , Kmol ( ) ( ) [ de Aire Humedo] A n n R R n 5 R [ Kmol] 0,08 76,33 [ º K] [ atm] 1 3 atm m º K Kmol 3, [ m ] olución con simulador Hysys : rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 4 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

25 roblema Nº 16: En la parte superior de una chimenea los gases de combustión tienen una temperatura de 8º C y una temperatura de bulbo húmedo de 56º C. La composición del gas seco es la siguiente: CO: 14,1 %; O: 6 %; N: 79,9 %. i la temperatura de los gases de combustión disminuye a 40º C dentro de la chimenea, calcular el peso de agua en kg que se condensaría por kg de gas seco. olución analítica: Estado ) Comp base seca: CO 14,1 % O 6,0 % N 79,9 % 8 [ºC] 760 [mmhg] bh 56 [ºC] (56 ºC) 13,5 [mmhg] Estado ) 40 [ºC] 760 [mmhg] (40 ºC) 55,19 [mmhg] HR % La entalpía del gas húmedo a 760 mmhg de presión y 8 ºC es la misma que tendría el mismo gas si se lo satura adiabáticamente hasta 56 ºC. En ese punto, la saturación es del % y su humedad absoluta es de x. e necesita pues, hallar la x. Comp x (molar) M (Kg/kmol) x*m (Kg) x (masico) Cp (Kcal/mol ºK) CO 0, ,04 0,03 10,34+0,0074x O 0,06 3 1,9 0,063 8,7+0,00058* N 0,799 8,37 0,734 6,50+0,00* otal 1 30,496 7, ,001008* El cambio de entalpía del gas seco es: 355 0, Kcal H G kmol Kcal 196, 51 kmol Kcal H G 6, 444 Kg Kg 30, 496 Kmol ( 7, , ) d 7, , El cambio de entalpía del agua es: H w HA , 46 t HA , 46 t ( ) ( ) bh rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 5 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy 355

26 Al ser adiabático, ambos cambios deben ser iguales, por lo tanto: HA ( , 46 tbh ) HA ( , 46 t ) H G HA , 46 tbh H G HA , 46 t M gas seco: 30,496 [Kg/Kmol] M AGUA /M GA_ECO 0,590 ( ( Estado 0) o (Estado saturado de água adiabaticamente): 56 [ºC] 760 [mmhg] HR % ) ) v HA 0, 590 t v 13, 5 0, 590 0, , 5 Kg de Agua Kg de Aire eco HA H Am ( , 46 ( , 46 t bh t ) H 0, 1145 ( , 46 56) ) G , , 444 Kg de Agua 0,101 Kg de Aire eco En el estado, la v s(40 ºC): v 55, 19 HA 0, 590 0, 590 t v 0, , 19 Kg de Agua Kg de Aire eco Agua condensada: Kg de Agua gr de Agua HA HA 0, 101 0, 046 0, , 88 Kg Gas eco Kg Gas eco roblema Nº 17: Una habitación tiene las siguientes medidas: largo: 5 m, ancho: 4 m., alto: 3 m. El aire contenido en esa habitación tiene una presión de 740 mm de mercurio, una temperatura de 0º C y una humedad relativa ambiente del 30 %. Qué cantidad de agua se le tendrá que incorporar a esa atmósfera para que esta tenga una humedad relativa del %? olución analítica: Estado ) 0 [ºC] 740 [mmhg] HR 30 % Estado ) 0 [ºC] 740 [mmhg] HR % m? rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy 6

27 ol ol 4 x 5 x 3 60 [m 3 ] [l] B 1730,63 log A 8, , 47 C + t ,46 HR HA m [ mmhg ] v HR s 30 17,47 v 5,41 s v 5, 41 3 Kg de Agua 0, 6 0, 6 4, t v 740 5, 41 Kg de Aire eco gr de Agua HA 4, 437 Kg de Aire eco v 17, 47 HA 0, 6 0, t v , 47 gr de Agua HA 15, 04 Kg de Aire eco p ARE 740 5,41 734, 8 mmhg [ gr] [ Kg] [ ] Kg de Agua Kg de Aire eco 0,967[ atm] [ l] 9,9 m R m M R atm l 0,08 93 º º K mol m 705 7, 05 de aire seco gr mol [ K] Agua Agregada m gr de Agua Kg de Aireeco 6 ( 15,04 4,437) 7,05 [ Kg de Aireeco] 765, [ gr] roblema Nº 18: En una campana de vidrio que tiene las siguientes dimensiones 0x0x30 cm. se deja abierto un frasco conteniendo acetona. El rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 7 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

28 aire de la campana está a 30º C y a una presión de 760 mm de Hg. Determinar cuanta acetona se puede perder por evaporación. olución analítica: Estado : 0, 0, 0,3 Aire 30 [ºC] 760 [mmhg] ϕ 0 ol 0,01 [ m ] 3 1 [ l] Estado 30 ºC 760 [mmhg] ϕ , Acetona (30 ºC) 10 84, [mmhg] 84, [mmhg] HA m 0 v 84, HAm 0, 5973 t v , mol de Acetona mol de Aire eco Despreciando el volumen ocupado por el frasco: [ atm] 1 [ l] 1 n R n 0,4830 R atm l 0,08 303º [ K] º K mol El número de moles de aire al principio y al final es el mismo: n n 0,4830 [mol] Moles de acetona evaporadas: x n 0,5973 0,4830 0,885 [ mol] Como el peso molecular de la acetona es de 58 gr/mol gr El peso de acetona evaporada es: 58 0, 885[ mol] 16, 73 [ gr] mol [ mol] roblema Nº 19: Un recipiente cerrado de 5 m 3 de capacidad contiene una mezcla de CO saturado con tolueno a una temperatura de 30º C. i la rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 8 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

29 temperatura se disminuye a 10º C, determinar la cantidad de tolueno que condensará. La presión del recipiente se mantiene a 1 atm. olución analítica: Estado CO olueno HR % 5 m 3 30 ºC 760 mmhg Estado CO olueno HR % 5 m 3 10 ºC 760 mmhg olueno (30 ºC) 36,66 mmhg (10 ºC) 1,43 mmhg v 36, 66 mol de olueno HAm 0, t v , 66 mol de CO eco v 1, 43 mol de olueno HAm 0, t v 760 1, 43 mol de CO eco 1 [ atm] 5000 [ l] n R n 01, [ mol] R atm l 0,08 303º [ K] º K mol 1mol de CO seco corresponde a 1,05068 moles de gas saturado por lo que a 01, moles le corresponde: 191,5 moles de gas seco 191,5 0, , ,50 mol olueno condensado: ( ) [ ] gr 6,50 mol [ mol] 9 600, 0 [ gr] roblema Nº 0: ara secar 0 kg de un material que tiene una humedad del 5 % / se utiliza un secadero al que se le hace pasar aire a 70º C y una humedad relativa ambiente del 0 %. Determinar cuantos Kg de aire se debe utilizar si el material debe quedar totalmente seco y el aire sale del secadero a 50º C y una humedad relativa ambiente del 90 %. La presión total se mantiene en 1 atm. i el aire se calienta antes de entrara al secadero de 5º C a 70º C, determinar que cantidad de calor se debe entregar al aire. rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 9 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

30 olución analítica: Entrada Fria) Aire 5 ºC 760 mmhg alida) 50 ºC 760 mmhg HR 90 % (50 ºC) 9,30 [mmhg] (5 ºC) 3,68 [mmhg] ( 70 ºC) 33, [mmhg] Entrada Cal) Aire 70 ºC 760 mmhg HR 0 % Agua 0 Kg Material a secar H 0 5 % / ) HR HA v HR s 0 33, v 46, 64 s v 46, 64 Kg de Agua 0, 6 0, 6 0, t v , 64 Kg de Aire eco ) HR HA v HR s 90 93, 0 v 83, 07 s v 83, 07 Kg de Agua 0, 6 0, 6 0, t v , 07 Kg de Aire eco Kg de Agua Cada Kg de aire seco extrae: 0, , , Kg de Aire eco Como el material a secar pesa 0 Kg con una humedad de 5 % /, se deben extraer 50 Kg de agua por lo que se necesita: [ Kg de Agua] [ Kg de Aire eco] Kg de Agua 0, Kg de Aire eco Un Kg de aire seco en tiene 0,04067 Kg de agua es decir son 1,04067 Kg de aire húmedo por lo tanto 7011 Kg de aire seco corresponden a: 796 Kg de AireHúmedo a) [ ] rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 30 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

31 La entalpía del aire húmedo es: H AH 0, 4 t + x , 46 t ( ) Con t, temperatura en ºC, x Kg de agua por Kg de aire seco y H AH en Kcal/Kg Kcal ( , 46 70) 4 H AH 0, , 04067, 31 Kg Kcal H AH 0, , ( , 46 5) 30, 67 Kg Kcal H H AH H AH 4, 31 30, 67 11, 64 Kg Kcal 11, Kg Kcal Kg, b) El calor necesario es [ ] [ ] El punto a dio bastante cercano al del simulador pero no así el punto b. Como se aprecia en el flowsheet la fracción vaporizada a la entrada (5 ºC) es menor que 1 lo que quiere decir que el aire está sobresaturado de agua. A 5 % y HR de % la cantidad de agua que el aire puede contener es de 0,000 Kg de agua por Kg de aire seco valor menor al contenido a 70 ºC y 0 % (0,04067) cuyo punto de rocío es 37,8 ºC. i en lugar de 5 ºC se toma 40 ºC, a fin de asegurar que no llegue a estar sobresaturado, el resultado corregido queda: Kcal H AH 0, , ( , 46 40) 34, 55 Kg Kcal H H AH H AH 4, 31 34, 55 7, 76 Kg rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 31 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

32 Kcal 7, [ Kg] [ Kcal] Kg, alor más cercano al riguroso en las mismas condiciones. roblema Nº 1: Un recipiente contiene 10 kg de alcohol etílico a la temperatura de 30º C. A través de este recipiente se le hace circular nitrógeno (a 30º C) a razón de 1 m3/min. y a una presión de 1 atm. Este entra al recipiente seco y sale saturado de alcohol etílico. Determinar en cuantos minutos el recipiente quedará vacío. olución analítica: Entrada) N 1 m3/min 30 ºC 760 mmhg HR 0 % Etanol 10 Kg alida) 30 ºC 760 mmhg HR % alida) Como HR %, at(30 º C) 1554, 30 log 8, v 78, 15,, HA m v t v 78, 15 0, , 15 mol de Etanol mol de N eco rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 3 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

33 mol de Etanol gr de Etanol 0, mol de N eco mol de Etanol gr de Etanol 0, 1883 gr de N gr de N eco 8 mol de N 0,1883[ gr de Etanol] 0,1883[ gr de N seco] 10[ Kg de Etanol] 53,11[ Kg de N seco] Entrada) Kg 1 [ atm] 1[ m3] 8 m R M Kmol m 3 M R atm m 0, º K º K Kmol iempo de evaporación: 5311, [ Kg] t 47, 13 [ min] Kg 117, min [ ] 117, [ Kg] ímbolos del capítulo: Letras Latinas Descripción resión n moles HA Humedad absoluta olumen R Constante de los gases emperatura absoluta t emperatura en ºC M eso molecular HR Humedad Relativa ΔH Entalpía (siempre relativa a un estado de referencia) v resión de vapor rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 33 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy

34 A,B, C Coeficientes de Antoine ubíndices G m A AH E BH A w Descripción Gas otal apor aturado molar Aire seco apor Aire húmedo Entrada alida Bulbo húmedo aturación adiabática Agua Letras griegas φ Especiales Descripción Grado de saturación Descripción ropiedad "" específica rof. Adj.: Dr. Néstor Hugo Rodríguez 34 Aux 1 : ng. Mabel Andrea Dupuy