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

2

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.

∫

∫



3

( )

( )

( )

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

es de 0.167

. Calcular el flujo de en unidades de cgs y SI.

Datos:

P=101.32kPa=1 atm

T=298k

y2-y1=0.2m=20cm

PA1=456mmHg=0.6 atm

PA2=76mmHg=0.1 atm

JA=?

Solución:

Aplicando la ley de Fick para difusión molecular.



4

Separando variables y resolviendo la ecuación diferencial.

∫

∫

( )

Para el Sistema Internacional:

( )

( )

=

Calculando el área:

Afectando el área con el flujo específico:

JA=

=

Para el cgs:

( )

( )

=

Calculando el área:

Afectando el área con el flujo específico:



5

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

DATOS:

D=8m T=25°c P @25°C = 20mmHg

Costo=1.2 dólares /litro D AB= 0.011cm2 /seg

(

)

( )

(

) ( )( ) (

)

5mm de aire

PA2= 0

PA1= 20mmHg



6

Calculando el área.

( )

Calculando las pérdidas.

( ) (

)



7

TAREA 4

Tabla de datos

P NH3(mmHg)

kgNH3/100kgH2O xa(NH3) T=10°C T=40°C

70 14.4827586 780

60 14.025974 600

50 13.4328358 439

40 12.6315789 301

30 11.4893617 190 692

25 10.7142857 144 534

20 9.72972973 103.5 395

15 8.4375 70.1 273

10 6.66666667 41.8 167

5 4.09090909 19.1 76.5

4 3.42857143 16.1 60.8

3 2.7 11.3 45

2 1.89473684 30

1 1 15.4

Aplicando la Ley de Raoult:

P NH3(mmHg) ya@ P=1.5atm ya@ P=3atm

kgNH3/100kgH2O Fracción peso (NH3)

xa (NH3) T=10°C T=40°C ya @10°C ya @40°C ya @10°C ya @40°C

70 0.7 0.71186441 780 0.48706512 0.24353256

60 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



8

T1>T2

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.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8

T = 10°C

T = 40°C

GRAFICA 1 @ P=1.5atm yA

xA

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8

P=1.5atm

P=3 atm

GRAFICA 2 @ T=10°C yA

xA

GRAFICA 2 @ T=10°C



9

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 en la fase liquida.

b) La presión parcial del en la fase gas en mm Hg.

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

V= 20m3

10 kg NH3

50 Kg H20



10

( )

( )

Calculo de los Kg ganados en la fase líquida

(

) ( )

Igualando (1) y (2)

( ) ( )

Ceq P NH3 (mmHg)

Ceq P NH3 (mmHg)

kgNH3/100kgH2O T=20°C kgNH3/100kgH2O

70 19 26.8673

60 945 18 53.7336

50 686 17 80.5999

40 470 16 107.4662

30 298 15 134.3325

25 227 14 161.1988

20 166 13 188.0651

15 114 12 214.9314

10 69.6 11 241.7977

5 52 10 268.664

4 31.7 9 295.5303

3 24.9 8 322.3966

2 18.2 7 349.2629

1 12 6 376.1292



11

Respuesta obtenida de la gráfica vs

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 10 20 30 40 50 60

P N

H3

(m

mH

g)

Ceq (kgNH3/100kg H2O)

Linea de operacion

Ecuacion



12

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 en la fase liquida.

b) La presión parcial en la fase gas.

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:

( )

(

) (

) ( )

V= 25m3

15 kg NH3

75 Kg H20



13

Calculo de los Kg perdidos de fase gas

( )

( )

Calculo de los Kg ganados en la fase líquida

(

) ( )

Igualando (1) y (2)

( ) ( )

Ceq P NH3 (mmHg)

Ceq P NH3 (mmHg)

kgNH3/100kgH2O T=40°C kgNH3/100kgH2O

70 17 103.1257 60 16 137.5926 50 15 172.0595 40 14 206.5264 30 692 13 240.9933 25 534 12 275.4602 20 395 11 309.9271 15 273 10 344.3940 10 167 9 378.8609 5 76.5 8 413.3278 4 60.8 7 447.7947 3 45 6 482.2616 2 30 5 516.7285 1 15.4 4 551.1954



14

Respuesta obtenida de la gráfica vs

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30 35

P N

H3

(m

mH

g)

Ceq (kgNH3/100kg H2O)

Linea de operacion

Ecuacion



15

TAREA 7

Una mezcla de 3 m3 de Cloro y 3 m3 de Nitrógeno saturada con vapor de agua a

15°C y 760mm Hg se ponen en contacto en 25 Kg de H2O manteniéndose el

sistema a 15°C y 1 atm despreciando la solubilidad del N2 en el H2O y admitiendo

que el Cloro no reacciona apreciablemente con el H2O 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:

PCl2= 495*xCl2

Donde la presión parcial del Cloro está dada en atmosferas y su composición en la

fase liquida en fracción mol.

Calculando los moles iniciales de cloro.

( )

(

) (

) ( )

Calculando los moles iniciales de N2

( )

(

) (

) ( )

25Kg H2O

3m3 N2 T=15°C

3m3 Cl2 P=760mmHg



16

Calculando los moles finales de cloro y nitrógeno.

( )

( )

Despejando a VT 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 nfCl2 de (V) y sustituyendo (VI).

( )



17

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

( )

Calculando los moles perdidos de Cl2 fase gas

( )

Calculando los moles ganados de Cl2 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 .



18

Resolviendo la ecuación:

Donde la fracción mol del cloro es:

tarea del primer departamental de operaciones de separacion 2

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