T4-Equipo 8
T4-Equipo 8
T4-Equipo 8
METROPOLITANA
Equipo 8
Cortes Alfaro
Ortiz Denicia
Marín Ramírez
Medina Yañez
Oropeza Daira
6.8. La presión de vapor de un solvente orgánico es 50 mmHg a 25°C y 200 mmHg a 45°C. El solvente es la
única especie en un matraz cerrado a 35°C y se encuentra en estado líquido y de vapor. El volumen de gas
sobre el líquido es 150 mL. Estime la cantidad de solvente (mol) contenida en la fase gaseosa.
Estimando p* (35°C)
Ln P* = a +b
Y (°k)
6.18 El aire a 90®C y 1 atm (absoluta) contiene 10% moles de agua .Una corriente continua de este aire
entra a un compresor-condensador, donde la temperatura se reduce a 15.6®C y la presión se incrementa a
3 atm. El aire que sale del condensador se calienta de manera isobárica.
a) Calcule la fracción de agua que se condensa del aire, la humedad relativa del aire a 100®C y la relación
entre 𝒎𝟑 del gas de salida a 100®C/𝒎𝟑 de aire alimentado a 90®C.
Asumiendo que entra 1 mol de aire se deduce entonces de acuerdo al enunciado que el 0.90 es aire y el 0.10 es agua
pues lo que entra es una solución aire-agua
𝑦= 13.29 mm de Hg 1atm
3atm 760mm de Hg
R=0.00583
Balance de aire seco = 0.90 (1)=#moles aire seco (1-0.00583)
1-0.00583
P*(100®C)
V1=
6.28. Un acondicionador de aire está diseñado para traer 10,000ft3/min de aire de afuera (90°F, 29.8in Hg,
y 88% humedad relativa) a 40°F, condensar una porción del vapor de agua y recalentado para liberarlo a
una habitación a 65° F. Calcule la velocidad de condensación (galones H 2O/min) y la velocidad de flujo
volumétrico del aire que sale a la habitación. (Sugerencia: en el diagrama de flujo, trate el enfriamiento –
condensación y al recalentamiento como pasos distintos del proceso.)
10000𝑓𝑡 3 1𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 492°𝑅 29.8𝑖𝑛𝐻𝑔 24.81𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙
𝐵𝑎𝑠𝑒 ∶ ( )( 3
)( )( )=
𝑚𝑖𝑛 359𝑓𝑡 550°𝑅 29.92𝑖𝑛𝐻𝑔 𝑚𝑖𝑛
N1 lb-mol/min
N1 lb-mol/min
65°F, 29.8inHg.
40°F, 29.8inHg.
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝑒𝐻2 𝑂
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝑒𝐻2 𝑂 𝑌1 ( )
𝑌1 ( ) 𝑚𝑜𝑙
24.81lb-mol/min 𝑚𝑜𝑙
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝑒𝐷𝐴
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝑒𝐷𝐴 1 − 𝑌1
90°F, 29.8inHg. 1 − 𝑌1 𝑚𝑜𝑙
𝑚𝑜𝑙
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝑒𝐻2 𝑂
𝑌0 ( )
𝑚𝑜𝑙
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝑒𝐷𝐴
1 − 𝑌0
𝑚𝑜𝑙
N2 lb-molH2O (l)/min
24.81𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 0.0419𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝐻2 𝑂
(1 − ) 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙
min 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙
→ 𝑛1 = = 23. 96
0.0028𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙𝐻2 𝑂 𝑚𝑖𝑛
(1 − )
min
24.81𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙
𝐵𝐴𝐿𝐴𝐶𝐸 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿: 𝑛2 = − 23. 96 = 0.85𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛
6.38. Un gas combustible que contiene metano y etano se quema con aire en un horno, produciendo un
gas de combustión a 300°C y 105 kPa (absolutas). El gas de combustión contiene CO2 a presión parcial de
80 mmHg y no contiene O2, CO, metano ni etano. Calcule la fracción molar de metano en el combustible y
la temperatura de punto de rocio del gas de combustión.
n0 (mol/min)
y0 (mol CH4/mol)
(1- y0) (mol C2H6/mol) 1 mol / min 573K, 105 kPa
y1 (mol CO2/mol)
y2 (mol H2O/mol)
(1 - y1 - y2) mol N2/mol
N1 (mol O2/mol)
3.76 N1 (mol N2/mol)
80 𝑚𝑚𝐻𝑔 101325
PCO2 = 80 mmHg ----------------- y1 = ( ) (760 𝑚𝑚𝐻𝑔) = 0. 1016 mol CO2/mol
105000 𝑝𝑎
6.48. La presión de un recipiente que contiene metano y agua a 70°C es 10 atm. A la temperatura dada, la
constante de la ley de Henry para el metano es de 6.66 x 104 atm/fracción molar. Estime la fracción molar
del metano en el líquido.
* Ley de Raoult
* Ley de Henry
Pm = Xm Hm
6.58. Una mezcla liquida contiene N componentes (N puede ser cualquier numero de 2 a 10) a una presión
P (mm Hg). La fracción molar de i-esimo componente es xi (i=1,2…..N), y la presión de vapor de ese
componente está dado por la ecuación de Antonie con las constantes Ai, Bi, y Ci. La ley de Raoult es
aplicable a cada componente.
a) Escribe las ecuaciones que usaría para calcular la temperatura de punto de burbuja de la mezcla
terminando con una ecuación de forma f(T)=0 (El valor de T que satisface esta ecuación es la
temperatura del punto de burbuja. Después escriba las ecuaciones para las fracciones molares de
los componentes Y1, Y2….. YN) En la primera burbuja que se forma, suponiendo que ahora se
conoce la temperatura.
b) Prepare una hoja de cálculo para realizar los cálculos del inciso a) dicha hoja debe incluir una línea
de título y dos tablas la primera debe contener las constantes de la ecuación de Antonie y la presión
total, y la segunda debe incluir columnas para las fracciones molares de la fase liquida los valores
supuestos de temperatura de punto de burbuja y cualquier cantidad intermedia generada en el
cálculo de dicho punto (por ejemplo: las presiones de vapor a las temperaturas supuestas), la
función f(T) y los valores de las fracciones molares de la fase de vapor, introduzca los valores de Ai,
Bi, Ci, Pyxn para cada especie de la mezcla suponga un valor para t y escriba las fórmulas para las
otras variables en la hoja de cálculo, incluyendo f. Después determine la temperatura del punto de
burbuja usando la herramienta goalseek (o simple prueba y error) y encuentre el valor de T para el
cual f=o pruebe su programa calculando las temperaturas de punto de burbuja y las composiciones
del vapor para líquidos a 760 mmHg que contengan (i)22.6 mol % de benceno 44.3 mol % de
etilbenceno y el balance de tolueno (ii)44.3 mol % de benceno, 22.6% de etilbenceno y el balance
de tolueno y (iii)22.6 mol % de benceno, 22.6 mol % de etil-benceno y el balance de tolueno.
Explique brevemente porque tiene sentido las variaciones en la temperatura del punto de burbuja
en estos tres casos.
c) Escriba un programa de computación para llevar acabo las cálculos del inciso (b) y pruébelo usando
los mismos tres casos. Para calcular la temperatura del punto de burbuja evalué f para el primer
valor supuesto de t y después varie T por incrementos 5 °C, hasta que el valor de f cambie de signo
respecto a su valor inicial. Use los dos valores de T para los cuales los valores correspondientes de
f abarquen 0 como punto inicial en el cálculo por el método regula-falsi y deténgase cuando f(T) <
1.0 x 10.
𝑁
𝐵
𝑓(𝑇) = P − ∑ Xi P ∗ i (T) = 0 = 𝑇, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑃 ∗ 𝑖(𝑇) = 𝐴 +
𝑇+𝐶
𝑖=1
𝑋𝑖 𝑃𝑖∗(𝑇)
𝑌𝑖(t = 1,2 … N) =
𝑃
A B C
P(mmHg)= 760
MEZCLA 1 CONTIENE MÁS ETILBENCENO (mayor punto de ebullición) Y MENOS BENCENO (INFERIOR BP) QUE MEZCLA
2, y así (TBP) 1> (TBP) 2. MEZCLA 3 contiene más tolueno (INFERIOR BP) Y MENOS ETILBENCENO (SUPERIOR BP) QUE
MEZCLA 1, y así.
6.68. La siguiente tabla incluye los datos de equilibrio vapor- líquido para mezclas de acetona (A) y etanol
a 1atm:
T (°C) 78.3 67.3 65.9 63.6 61.8 60.4 59.1 58.0 57.0 56.1
XA 0.000 0.250 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000
YA 0.000 0.478 0.524 0.605 0.674 0.739 0.802 0.865 0.929 1.00
(a) Utilice los datos dados para construir un diagrama Txy para este sistema.
Diagrama Try
P= (1atm)
75
Tíemperatura (°C)
70
65
liquido
60
vapor
55
50
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Fracción molar (XA , YA )
(b) Un termopar inserto en una mezcla bifásica de acetona y etanol en el equilibrio da una lectura de
62.1°C.La presión del sistema es 1atm .Utilice el diagrama Try para estimar las fracciones molares
de acetona en las fases de líquido vapor.
75
70
65 liquido
0.66, 62.1
vapor
60 0.47, 62.1
55
50
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
(c) Una mezcla equimolar de acetona y etanol se alimenta a un recipiente al vacío y se deja equilibrar a
65°C y 1.00atm absolutas. Estime (i) las composiciones molares de cada fase, (ii) el porcentaje de
moles totales en e l recipiente que están en fase vapor, y (iii) el porcentaje del volumen del recipiente
ocupado por la fase vapor.
Equilibrio liquido- vapor
80
75
70
Tí(°c)
65 0.34, 65 0.55, 65
liquido
60
vapor
55
50
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Fracciones molares.
Mediante un diagrama de Try a la temperatura de 65°C obtenemos que XA= 0.34, YA = 0.55.
1= nv +nl
Volumen liquido:
50.15𝑔
(1𝑚𝑜𝑙 )( )
𝑉𝐿 = 𝑚𝑜𝑙 = 63.48𝑐𝑚3
(0.790𝑔/𝑐𝑚3 )
6.78 Una solución que contiene 100 lbm KNO3 / 100 lbm H2O a 80®C se alimenta a un cristalizador (cristales
de KNO3 suspendidos en una solución saturada) Se alimenta a un filtro, donde los cristales se separan de
la solución. Utilice los datos de solubilidad de la figura 6-5.1 para determinar la velocidad de producción
de los cristales (lbm / lbm alimentación) y la relación de masas sólido-líquido (lbm cristales / lbm líquido)
en el lodo que sale del cristalizador.
Relación solido-liquido =0.300 lbm cristales / lbm alimentadas = 0.429 lbm cristales/lbm solución
6.88 El coeficiente de distribución del estireno que se divide entre el etilbenceno y etilenglicol a 25°c es
0.19 (fracción másica en la fase de etilenglicol/fracción másica en la fase de etilbenceno) 100 g etilenglicol
puro se añaden a 120g de una mezcla que contiene 75% por peso de etilbenceno y 25% de estireno y a la
mezcla resultante se le deja alcanzar el equilibrio. ¿Cuánto estireno se transfiere a la fase de etilenglicol
suponiendo que etilenglicol y el etilbenceno son inmiscibles?
m1 (g estireno)
90g etilbenceno
100g etilenglicol
90 g etilbenceno m2 (g estireno)
m1 = 30 g estireno – m2
100+m2 90+m1
m2 = 0.19 (30-m2)
100+m2 90+30-m2
m2 = 5.7-0.19 m2
100+m2 120 – m2
1.62
m2 = 133.3 ± 15,922.09
1.62
1.62
m2 = 4.39 g
6.98 El aire a 25°c y 1 atm con humedad relativa de 25°c se debe de sumilificar en una columna de adsorción
empacada con gel de sílice. La adsortividad de agua sobre el gel de sílice en el equilibrio está dada por la
expresión:
Donde PH2O es la presión parcial del agua en el gas que se pone en contacto con el gel de sílice P*H2O es
la presión de vapor del agua a la temperatura del sistema. Se alimenta aire a la columna a razón de 1.50
L/min hasta que el gel de sílice se satura (es decir, hasta que alcance el equilibrio con aire de alimentación),
punto en el cual se detiene el flujo y se remplaza el gel del sílice.
a) Calcule la cantidad mínima de gel de sílice necesaria en la columna si no debe remplazarse con una
frecuencia mayor de cada dos horas. Indique cualquier suposición que haga.
b) Haga una descripción breve de este proceso en términos tales que pueda comprenderlos sin
problemas un estudiante de bachillerato. (¿Para qué se diseñó el proceso, que sucede dentro de la
columna, y por qué?).
1.50 L / min
n0 = (mol / min)
P*H2O (25°C)
Alimentación del agua: y0 = 0.25 P*H2O (25°c) = 0.25 (23.756 mmHg) = 0.00781 mol H2O
mH2O = 0.06134 mol 0.00781 mol H2O 18.01 g H2O = 0.00863 g H2O / min
Asuma que todo el vapor de agua que entra se adsorbe a través de las 2 horas y que P y T son constantes
b) El aire húmedo se deshumidifica al ser pasado a través de una columna de gel de sílice, que absorbe una fracción
significativa del agua en el aire que entra y relativamente poco oxígeno y nitrógeno. La capacidad del gel para absorber
agua, mientras que las grandes, no son infinitas, y, finalmente, el gel alcanza su capacidad. Si el aire todavía alimentó a
la columna de este punto, no más lejos la deshumidificación se llevaría a cabo. Para mantener que esta situación se
produzca, el gel se sustituye en o (preferiblemente) antes de la hora cuando se convierte en saturada.