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• Huxley Alexander Flores Bustamante

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En una mezcla de benceno y nitrógeno que está a 40°C y 720 mmHg y la presión parcial del benceno es 50 mmHg. Para separar el 80% del benceno presente en la mezcla se somete ésta a compresión y enfriamiento. Calcular : a.- La presión final si se enfría hasta 10°C b.- El volumen inicial requerida para condensar 50 kg de benceno Solución

720 mmHg

P

N2+ C6H6 40ºC Ppv 50 mmHg

Condición inicial

10ºC

Condición final

ECUACIÓN DE ANTOINE

log10 pC* 6H 6  6.89272 

1203.531 10  219.888

Como se observa en la tabla el rango de temperatura no corresponde al del problema por lo tanto se asume los valores que se tiene en la tabla.

pC* 6H 6  45.439 mmHg

CONDICIÓN INICIAL

n n

C6 H 6

n n

N2



C6 H 6

n n

N2

C6 H 6

N2



Pp

*

n n

C6 H 6

C6 H 6

Pp

N2

Pp

C6 H 6

Ptotal - Pp

C6 H 6

50 mmHg  720 mmHg - 50 mmHg

n n

C6 H 6

N2

CONDICIÓN FINAL

 0.07463



N2

Pf

p C6 H 6

Ppf

N2

A estas condiciones en el tiempo las moles de benceno vapor es la misma en equilibrio con el benceno líquido.

0.2 n n

N2

C6 H 6

P10C

vapor sat C

 P

total

6H6

10 C - Pvapor sat

C6 H 6

Ptotal  3089.724 mmHg

Saturación relativa 

Pvapor (T) Pvapor saturado (T)

x

100

Pvapor (T) = Presión parcial del vapor en la mezcla de gas Pvapor saturado (T) = Presión parcial del vapor en la mezcla de gas si el gas estuviera saturado a la temperatura dada de la mezcla

Humedad relativa  Saturación molal 

Pvapor (T) Pvapor saturado (T) n vapor n gas libre de vapor

x

100

x

100

masa vapor (n vapor )(peso molecularvapor ) Humedad   masa gas seco (n gas seco )(peso moleculargas seco )

El aire en un edificio debe mantenerse a 25°C, con una humedad relativa de 45%. El aire entra en una cámara de dispersión a 32°C y 77% de humedad relativa, sale de la cámara enfriado y saturado con vapor de agua y se calienta a 25°C. a.- Calcular la temperatura del aire que sale de la cámara de dispersión b.- Calcular los kg de agua que se añadieron o extrajeron por cada kg de aire seco Solución H2O T?

32°C Hr = 77%

Enfriado Hr = 100% Cámara de dispersión (enfriador, saturador)

1

Considerar que la presión es 1 atm, en todo el proceso

25°C Hr = 45% Calentador

3

2

Hr  Línea 1

Pvapor (32C) Pvapor saturado (32C)

x

100  77

25°C 45%

Pvapor (32°C) = 0.0476 x 0.77 = 0.03665 bar En la mezcla gaseosa

De la tabla de vapor G-1 o B-5

Pvapor saturado (32°C) = 0.0476 bar

Pvapor (32°C) = Pp vapor (32°C) = 0.03665 bar

n vapor 1 Ppvapor (32C)   0.03753 (a) n a.s. Pa.s. (1)

Hr 

Pvapor (25C) Pvapor saturado (25C)

x

Pvapor (25°C) = 0.0317 x 0.45 = 0.01427 bar

100  45

En la mezcla gaseosa

Línea 3 De la tabla de vapor G-1 o B-5

Pvapor (25°C) = Pp vapor (25°C) = 0.01427 bar

Pvapor saturado (25°C) = 0.0317 bar

Pp n vapor 3  vapor (25C)  0.01428 (b) n a.s. Pa.s. (3)

Análisis : las moles de aire seco 1n la línea 3 y línea 1 es la misma, entonces sobre la base de una misma cantidad de moles de aire podemos restar las relaciones (a) y (b) y así determinamos de las moles que se añadieron o extrajeron en la cámara de dispersión

n vapor 1 n vapor (3) moles extraidos de vapor de agua   0.02325 n a.s. n a.s. moles de aire seco 0.02325

moles extraidos de vapor de agua moles de aire seco

x

29 kg mol kg de vapor de agua kg de vapor de agua x  0.03746 kg de aire seco 18 kg mol kg de aire seco

Análisis : la relación molar de las líneas 2 y 3 son las mismas debido a que el aire pasa por un calentador, cuya función es calentar o sea no adiciona ni quita vapor. Despejando Pvapor saturado (T) = 0.01426 bar

n vapor 2 n vapor (3)   n a.s. n a.s.

P vapor saturado (T) P a.s.(T)



P vapor saturado (T) P P total (T) vapor saturado (T)

 0.01428 De la tabla B-6

T= 12.27°C

Temperatura bulbo húmedo obtenido con Temperaturade de bulbo húmedo obtenido con un psicrómetro de honda un psicrometro de honda

CARTA PSICROMETRICA Carta psicrométrica que presenta las propiedades del aire húmedo : Enthalpy at saturation ( h´ ) : Entalpía del aire saturado (Btu/lb de a.s.) Enthalpy deviation : Desviación de la entalpía Dew point : Punto de rocío ( ºF ) Relative humidity : Humedad relativa Moisture content : Contenido de humedad o humedad (lb H2O(v)/lb a.s.) Wet bulb temperature : Temperatura de bulbo húmedo ( ºF ) Specific volume : Volumen especifico ( ft3 / lb a.s. )

Dry bulb temperature : Temperatura de bulbo seco (ºF )

Hougen Watson Ragatz Principios de los Procesos Químicos Balances de Materia y Energía (1954-1982)

Hougen Watson Ragatz Principios de los Procesos Químicos Balances de Materia y Energía (1954-1982)

Aire a 38°C bulbo seco y 27°C bulbo húmedo se lava con agua para eliminar el polvo. El agua se mantiene a 24°C . Suponga que el tiempo de contacto basta para que el aire y el agua lleguen al equilibrio. A continuación el aire se calienta a 93°C pasándolo por serpentines de vapor de agua y se utiliza en un secador rotatorio adiabático del cual sale a 49°C. Puede suponerse que el material por secar entra y sale a 46°C. El material pierde 0.05 kg de agua por kg de producto. Se produce un total de 1000 kg/h. a.- ¿ Cuál es la humedad 1.- Del aire inicial 2.- Después del rociado de agua 3.- Después del recalentamiento b.- ¿ Cuál es la humedad relativa en cada uno de los puntos de la parte a ? c.- Determinar el proceso que sigue el aire en la carta psicrométrica d.- ¿ Qué peso total de aire seco, se usa por hora ? e.- ¿ Qué volumen total de aire sale del secador por hora?

24°C

Tbs 38°C Tbh 27°C

24°C Hr = 100%

93°C Calentador

1

P  1atm (considera ción) total

2

3

Secador rotatorio adiabático

49°C

46°C 1000 kg/h Material que se pierde 0.05 kg H2O / kg producto

4

15.5

ft 3 lb a.s.

Hr1= 40% Hr2= 100%

Hr3= 4%

4 H3= 0.0385

Hr4= 50%

2

1

3 H2= 0.019 H1= 0.017

Base de cálculo: 1 h Por lo tanto el producto es de 1000 kg kg de H O que se le quita al material 2

0.05

kg de producto

H  H  0.0385  0.019  0.0195 4

x1000 kg de producto  50 kg de H 2O que se le quita al material

lb de H O que se le quita al material 2

3

50 kg de H O que se le quita al material 2

kg de H O que se le quita al material 0.0195

lb a.s.

 2564.10 kg a.s.

2

ft 3 V  15.5 esp lb a.s.

kg a. s.

De la carta psicrometrica

ft 3 2.2 lb  87432.4 ft 3 15.5 x 2564 kg a.s. x 1 kg lb a.s.

 0.0195

kg de H O que se le quita al material 2

kg a.s.

Base de cálculo: 1 h Por lo tanto el producto es de 1000 kg kg de H O que se le quita al material 2

0.05

kg de producto

H  H  0.0385  0.019  0.0195 4

x1000 kg de producto  50 kg de H 2O que se le quita al material

lb de H O que se le quita al material 2

3

50 kg de H O que se le quita al material 2

kg de H O que se le quita al material 0.0195

lb a.s.

 2564.10 kg a.s.

2

ft 3 V  15.5 esp lb a.s.

kg a. s.

De la carta psicrometrica

ft 3 2.2 lb  87432.4 ft 3 15.5 x 2564 kg a.s. x 1 kg lb a.s.

 0.0195

kg de H O que se le quita al material 2

kg a.s.