Datos
Coque Análisis de gases de
combustiónHumedad (H2O) = 4.2 % CO2 =
13.6 %Cenizas = 10.3 % CO = 1.5 %
Carbono (C) = 85.5 % O2 = 6.5
%N2 = 78.4 %
Base: 100 moles de gases de
combustiónn(CO2) = 13.6 → W(CO2) =
598.4 lbn(CO) = 1.5 → W(CO) = 42.0 lb
n(O2) = 6.5 → W(O2) =
208.0 lbn(N2) = 78.4 → W(N2) =
2195.2 lbProcedemos a hallar el peso total de carbono y de
oxígeno (exceptuando el oxígeno
que entra como parte del agua en la
humedad) que ingreso a partir del análisis de los
gases de combustión:Hallamos ahora el aire teórico:
C + O2 → CO2
12.0 lb de C → 32 lb de
O2181.2 lb de C → x
x = 483.2 lb de O2
Tenemos que calcular ahora la cantidad de
O2 que entra con la humedad:181.2 lb de C → 85.5 %
y → 100.0 %
y = 211.93 lb de coque
Pero la humedad solamente representa el 4.2 % del
peso total de coque:W(Humedad) = 0.042 x 211.93 lb = 8.90 lb de
H2OPor lo tanto el peso de O2
será:Y con estos datos ya
podemos hallar el porcentaje de exceso de
oxígeno:(a)
(b) V = ? (pies3)
T = 80 ºF
P = 740 mm Hg
R = 0.7302 atm x
pies3 / mol lb x ºRPara usar la ecuación de los gases ideales
solamente nos faltaría conocer el número de
moles del aire / lb de carbono.181.2 lb de C → 635.2 lb de
O21.0 lb de C → z
z = 3.51 lb de O2 → n(O2)
= 0.109Ahora hallamos las moles de O2 que entran
/ lb de carbono quemado.V = 210 pies3
(c) Wtotal de coque = 211.93
lb211.93 lb de coque → 635.2 lb de
O21.0 lb de coque → α
α = 2.997 lb
O2 → n(O2)
= 0.094V = 181.424 pies3
(d) 100 moles de gas chimenea seco → 211.93
lb de coqueq
→ 1.0 lb de coqueq =
0.472 moles de gas de chimenea secoPV = nRT
V = 407.065 pies3
(e)
100.494 moles de gas chimenea
húmedo → 211.93 lb de coquer
→ 1.0 lb de coquer =
0.474 moles gas chimenea húmedoPV = nRT
V =
0.224 pies3- El análisis de cierto coque exento de
hidrógeno es como sigue: humedad, 4.2%; cenizas, 10.3%;
carbono
85.5%. El coque se somete a la combustión con lo cual se obtiene un
gas de
chimenea seco cuyo análisis es: CO2, 13.6%;
CO,1.5%; O2, 6.5%; N2, 78.4%.
Calcular:
(a) Porcentaje de exceso de aire
utilizado.
(b) Pies cúbicos de aire a 80 ºF y 740 mm de Hg que
entran por libra de carbono quemada.
(c) Lo mismo que en (b) pero por libra de coque quemada.
(d) Pies cúbicos de gas de chimenea seco a 690 ºF /
lb de coque.
(e) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo a las
condiciones estándar / lb de coque.
Solución - En una prueba realizada en una caldera con alimentación de
aceite no fue posible medir la cantidad de aceite quemado,
aunque el aire que se empleó se determinó
insertando un medidor ventura en la línea de aire. Se
encontró que se había utilizado 5000
pies3 / min de aire a 80 ºF y 10 lb /
plg2 man. El análisis del gas de chimenea
seco es: CO2, 10.7%; CO, 0.55%; O2,
4.75%; N2, 84.0%. Si se supone que el aceite
está formado únicamente por hidrocarburos, calcular los galones por hora de
aceite que se queman. El peso específico del aceite es
0.94.
Solución
Datos del Aire
Base: 1 min
V = 5000 pies3; T = 80 ºF = 540 ºR;
Pabs = Pman + Patm = (10 +
14.7) psia = 14.7 psi
Aplico la ecuación de los gases ideales para determinar
el número de moles de aire:
PV = nRT
24.7 x 5000 = naire x 10.73 x 540
→ naire = 21.31
Por lo tanto tendremos también:
n(O2)= 0.21 x 21.31 = 4.475; n(N2) = 0.79
x 21.31 = 16.835
W(O2)= 4.475 x 32 = 143.2 lb; W(N2) =
16.835 x 28 = 471.38 lbDatos para los gases de combustión secos
CO2 = 10.70 %
CO = 0.55 %
O2 = 4.75 %
N2 = 84.00 %
Aplicando una regla de tres para el N2 que no
reacciona tendremos:
ntotales = 16.835 x 100 / 84 = 20.042
Lo que nos daría los siguientes datos:
n(CO2) = 2.144 → W(CO2) = 94.336 lb
n(CO) = 0.110 → W(CO) = 3.080 lb
n(O2) = 0.952 → W(O2) = 30.464
lb
n(N2) = 16.835 → W(N2) = 471.380
lbAhora ya
sabemos el O2 que se encuentra en el agua.
W(O2)en agua = 143.2 – 100.832 =
42.368 lb
W(H2)en agua = 47.664 x 2 / 16 = 5.296
lb
Este último peso hallado es el H que entra con el
aceite.
Hallamos ahora el carbono que entra con el aceite.
W(aceite) = 27.048 + 5.296 = 32.344 lb = 14684.176
gr
r
(aceite) = 0.94 gr / cc
V = 15621.464 cc / min
Transformando a galones por hora:
- El análisis de un gas es: CO2, 5%;
CO, 40%; H2, 36%; CH4, 4% y
N2, 15%. Este gas se quema con 60% de exceso de
aire; la combustión es completa. El gas y el aire entran
a 60 ºF, y los gases de chimenea descargan a 500 ºF.
Calcular:
(a) El análisis del gas de chimenea seco.
(b) Pies cúbicos de aire por pie cúbico de
gas.
(c) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo por
pie cúbico de gas.Solución
Base: 100 moles de gas
n(CO2) = 5
n(CO) = 40
n(H2) = 36
n(CH4) = 4
n(N2) = 15Solamente combustionan el H2 y el CH4
para formar CO2 y H2O.
Reacciones de combustión:CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
H2 + (1/2)O2 → H2O
Análisis
del gas de chimenea secon(CO2) = 5 + 4 = 9
n(CO) = 40
n(N2) = 15 + 156.49 = 171.49
n(O2) = 15.6n(totales) = 236.09
Por lo tanto:
CO2 = 3.81%
CO = 16.94%
N2 = 72.64%
O2 = 6.61%b) Como en los gases se cumple que una base molar es
equivalente a una base volumétrica tendremos que entran
100 pies3 de gas y que entran n(aire)=41.6 + 159.49
= 198.09 moles que también equivaldrían a 198.09
pies3.c) n(H2O) = 8+36 = 44 →
n(totales)húmeda = 236.09 + 44 = 280 - Para la manufactura
del hielo seco un horno produce gas de chimenea seco que
contiene 16.8% de CO2. Este gas se pasa por el
sistema de
recuperación de calor de una
caldera y luego por un sistema de absorbedores en cuya entrada
el contenido de CO2 es de 15.2%. Calcular los pies
cúbicos de aire que han entrado al sistema por pie
cúbico de gas de chimenea seco.
Solución
Base: 100 moles de gas chimenea seco
n(CO2) = 16.8%
n(Otros) = 83.2%
16.8 moles de CO2 → 15.2%
x → 100%
x = 110.526 moles de CO2
n(CO2) + n(otros) + n(aire) = 110.526
16.8 + 83.2 + n(aire) = 110.526
n(aire) = 10.526 → V(aire) = 10.526 pies3
- En la reacción
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 +
CO2 + H2O.
(a) ¿Cuántos gramos de carbonato de calcio se
requieren para producir 1700 cm3 de bióxido
de carbono a 780 mm de Hg y 17 ºC?
(b) Si se desprenden 360 cm3 de bióxido de
carbono a 754 mm de Hg y 20 ºC, ¿qué
cantidad de gramos de carbonato de calcio fueron sujetos a la
reacción?
Solución
Datos para el CO2:
V = 1700 cm3 = 1.7 lt
P = 780 mmHg = 1.0263 atm
T = 17 ºC = 290 ºK
PV = nRT →1.0263×1.7 = n(CO2)x0.082×290 →
n(CO2) = 0.0734
W(CO2) = 0.0734 x 44 = 3.23 gr100 gr CaCO3 → 44.00 gr CO2
x → 3.23 gr CO2 → x = 7.341 gr
CaCO3b) V = 360 cm3 = 0.36 lt
P = 754 mmHg = 0.992 atm
T = 20 ºC = 293 ºKPV = nRT → 0.992×0.36 = n(CO2)x0.082×293 →
n(CO2) = 0.015
W(CO2) = 0.015 x 44 = 0.66 gr100 gr CaCO3 → 44.00 gr CO2
x → 0.66 gr CO2 → x = 1.5 gr
CaCO3 - Un recipiente cerrado herméticamente y cuyo
volumen es de 1
pie3, contiene NH3 gaseoso a 300ºF y
30 lb / plg2 abs. Dentro del recipiente cerrado se
bombea 0.35 pies3 de HCl gaseoso medido a 200ºF
y 20 lb/plg2 abs. De acuerdo con la siguiente
reacción se forma NH4Cl:NH3 + HCl → NH4Cl
Supóngase que la reacción es total y que la
presión
de vapor del NH4Cl a 250ºC es de 15
lb/plg2 abs.
(a) ¿Qué cantidad de NH4Cl se
formaría?
(b) Considerando que el NH4Cl es sólido,
¿cuál será la presión final en el
recipiente cerrado si la temperatura
final es de 250 ºC?Solución
a) Aplico la ecuación de gases para el NH3 y
para el HCl.
PV = nRT → 30×1 = n(NH3)x10.73x(300+460) →
n(NH3) = 0.0037
W(NH3) = 0.0037×17 = 0.0329 lb
PV = nRT → 20×0.35 = n(HCl)x10.73x(200+460) → n(HCl)=
0.001
W(HCl) = 0.001×36.5 = 0.0365 lb
El reactivo limitante es el HCl y el NH3 que no
reacciona es 0.0629 – 0.017 = 0.0459 lb.36.5 lb HCl → 53.5 lb de NH4Cl
0.0365 lb HCl → z → z = 0.0535 lb
NH4Clb)Al final de la reacción tenemos NH3(g) y
NH4Cl(s), y la presión total será la
que aporte cada uno de ellos. - El
análisis de un gas natural es
como sigue: CO2, 4.0 %; CH4, 72.0 %;
C2H6, 12.0 %; N2, 12.0 %.
¿Cuál es la composición en peso?
¿Qué peso molecular tiene? ¿Qué
densidad a 60
ºF y 30.0 plg de Hg? ¿Cuál es el peso
específico comparado con el del metano?.
Solución
a)Base: 100 moles de gas naturaln(CO2) = 4 n(C2H6) = 12
n(CH4) = 72 n(N2) = 12W(CO2) = 4 x 44 = 176
lb W(C2H6) = 12 x 30 = 360 lb
W(CH4) = 72 x 16 = 1152 lb W(N2) = 12 x
28 = 336 lb
W(total) = 176 + 1152 + 360 + 336 = 2024 lbComposición en peso:
b) Para hallar el peso molecular del gas procedemos mediante la
fórmula:c)
Densidad:
d) Peso específico:
- El gas natural de un pozo tiene la siguiente
composición:
Componente % Peso molecularCH4 60 16
C2H6 16 30
C3H8 10 44
C4H10 14 58
(a) ¿Cuál es la composición en porcentaje
en peso?
(b) ¿Cuál es la composción en porcentaje
molar?
(c) ¿Qué volumen en pies3
ocuparán 100 lb de gas a 70 ºF y 74 cm de Hg?
(d) ¿Cuál es la densidad del gas en lb /
pie3 a 70 ºF y 740 mm de Hg?
(e) ¿Cuál es el peso específico del
gas?
Solución Base de cálculo:
100 mol – lb de gas natural
Composición molar Composición en peso
n(CH4) = 60 mol W(CH4) = 60 x 16 = 960
lb
n(C2H6) = 16
mol W(C2H6) = 16 x 30 = 480 lb
n(C3H8) = 10
mol W(C3H8) = 10 x 44 = 440 lb
n(C4H10) = 14
mol W(C4H10) = 14 x 58 = 812 lbntotales = 100 Wtotal = 2692 lb
%(CH4) = 60 %W(CH4) = 35.66
%(C2H6) =
16 %W(C2H6) = 17.83
%(C3H8) =
10 %W(C3H8) = 16.34
%(C4H10) =
14 %W(C4H10) = 30.16
Para hallar el volumen que ocupan 100 lb de gas se necesita
calcular anteriormente el peso molecular del gas natural.Aplico ahora la ecuación de los gases ideales:
PV = nRT →
V = 1475.99 ft3La densidad del gas natural está dada por:
Y finalmente el peso específico es:
- Si se coloca la cantidad suficiente de agua en un gas
seco a 15 ºC y 754 mm de Hg como para provocar la
saturación total, ¿cuál sería la
presión después de lograr la saturación,
si la temperatura y el volumen permanecen constantes?Solución
La presión total viene dada por la presión del
gas seco más la presión que ejerce el vapor del
agua a la temperatura de 15 ºC, la cual se puede hallar
en las tablas de presión de vapor, entonces
tendremos:
Cuando un gas se encuentra saturado con vapor de agua se
cumple la siguiente condición:Y el volumen del gas seco a condiciones estándar
es: - Un
gas que se encuentra saturado con vapor de agua tiene un
volumen de 4 lt a 17.5 ºC y a la presión de 759 mm
de Hg. ¿Cuál es el volumen del gas seco en
condiciones estándar?
Solución - La
solubilidad del sulfato manganoso a 20ºC es de 62.9
g/100 g de H2O. ¿Qué cantidad de
MnSO4.5H2O debe disolverse en 100 lb de
H2O para obtener la solución saturada?Solución
Si 100 g de H2O se disuelven 62.9 g de
MnSO4 entonces 45400 g de H2O
disolveránAhora de acuerdo a la fórmula molecular del compuesto
hidratado tenemos:240.94 g MnSO4.5H2O → 150.94 g
MnSO4
y → 25556.6 g MnSO4y = 45583.86 g MnSO4.5H2O ≈ 45.5
KgSolución
Peso de la salmuera = 0.2 x 14670 = 2934 lb
Composición de la salmuera
Balance de NaCl
0.25Q = 14670 + 789.246 → Q = 61836.984 lb - Un
evaporador se carga con una solución de NaCl al 25%. Se
van a producir 14 670 lb de sal seca por hora. La sal formada
retiene 20%, con respecto a su peso, de la salmuera (26.9% de
la sal). ¿Cuántas libras de solución se
cargan al evaporador por cada hora?H2O
14670 lb NaCl 14670 lb NaCl
más 20 de
salmueraSalmuera
- Si se disuelven 100 g de Na2SO4
en 200 g de H2O y la solución se
enfría hasta obtener 100 g de
Na2SO4.10H2O encontrar:
a) Composición de la solución residual ("licor
madre")
b) gramos de cristales que se recuperan por 100 g iniciales de
la solución.
Solución
Datos
W(H2O) = 200 g; W(Na2SO4) =
100 g; W(Na2SO4.10H2O) = 100
g
322 g de Na2SO4.10H2O → 142
g de Na2SO4
100 g de Na2SO4.10H2O →
x
x = 44.09 g de Na2SO4
Se han utilizado 44.09 g de Na2SO4 los
cuales pasan al estado
sólido, entonces queda en la solución 100 –
44.09 = 55.91 g de Na2SO4
Igualmente
procedemos para el H2O:
322 g de Na2SO4.10H2O → 180
g de H2O
100 g de Na2SO4.10H2O →
y
y = 55.9 g de H2O que pasan a la sal
W(H2O)solución = 200 – 55.9 =
144.1 g → Wtotal = 55.91 + 144.1 = 200.01g
Composición de la solución residual
Al inicio la fracción en peso viene dada por:
Para un peso inicial de 100 g
W(Na2SO4) = 0.3333 x 100 = 33.33 g
W(H2O) = 0.6667 x 100 = 66.67 g
300 g de solución al 33.33% → 100 g de cristales
100 g de solución al 33.33% → z
14. Una serie de evaporadores de azúcar
opera con 120 ton cortas por cada 24 hr, de caña de
azúcar pura, las cuales se cargan a los evaporadores en la
forma de una solución al 38% y se descargan a modo de una
solución al 74%. ¿Qué cantidad de agua
evaporan estas unidades por día?
Solución
Entra la solución al 38%, entonces:
120 ton de caña pura → 38%
x ton de agua → 62% x = 195.79 ton agua entran
Y sale una solución al 74%, entonces:
120 ton de caña pura → 74%
y ton de agua → 26% y = 42.16 ton agua salen
Finalmente, la cantidad de agua que se evapora por día
es:
Agua evaporada = Agua entra – agua sale con la
solución
Agua evaporada = 195.79 – 42.16 = 153.63 ton
15. Después del secado, se determinó que
un lote de piel pesa 900
lb y que contiene 7% de humedad. Durante el secado la piel
perdió 59.1% de su peso inicial cuando se encontraba
húmeda.
a) Calcular el peso de la piel "totalmente seca" o "exenta de
humedad" en la carga de alimentación inicial.
b) Calcular el número de libras de agua eliminadas en el
proceso de
secado por libra de piel totalmente seca.
c) Calcular el porcentaje de agua eliminada en la base del agua
presente inicialmente.
Solución
Para resolver el problema hacemos el diagrama de flujo
siguiente:
H2O = 0.591Q
Q(lb)
Piel seca: x H2O: 63 lb
H2O: 1 – x Piel seca: 837 lb
Balance de Agua:
(1 – x)Q = 0.591Q + 63
Q – xQ = 0.591Q + 63 … (1)
Balance de Piel seca:
xQ = 837 … (2)
Reemplazando (2) en (1) obtenemos: Q = 2200.49 lb; x = 0.383
a) Piel seca = 837 lb
b)
c)
16. Con el objeto de satisfacer ciertas
especificaciones, un comerciante mezcla cola secada con aire,
cuyo precio de
venta es de
$3.12/lb, con cola que tiene 22% de humedad, cuyo precio de venta
es de $1.75/lb de tal forma que la mezcla contiene 16% de
humedad. ¿Cuál deberá ser el precio por lb
de la cola mezclada?
Trabajo enviado por:
Dr: Enrique A. Canchan Zevallos.