erick badillo-upiicsa-baterias plantas y procesos
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8/18/2019 Erick Badillo-UPIICSA-Baterias Plantas y Procesos
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
UPIICSA
“BATERIA PLANTAS Y PROCESOS”
Erick Badillo García
Sec: 200!00"2"
Sec: #I$2
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8/18/2019 Erick Badillo-UPIICSA-Baterias Plantas y Procesos
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Ba%ería de &ro'le(a) &ara el e*a(e+ e*%raordi+ario
, U+a )ol-ci.+ /-e co+%ie+e 0 de NaCl1 de 3Cl 4 56 de a7-a )e ali(e+%a
al &roce)o (o)%rado e+ la 87-ra a la 9elocidad de 500 37;: NaCl !?5 1
3Cl 2?! 4 @2O !?!
Recirc-laci.+: =R>: NaCl 5?" 1 3Cl 2,1 @2O !5,5, Calcle)e lo) 37;< de=P> 4 =R>? %a('i+ co(&le%e la) co(&o)icio+e) de cada corrie+%e,
BALANCE GENERAL
A500BDCD
BALANCE E FATERIA POR COFPONENTE
NaCI: =0,500>C
C 50 37;<
3CI: =0,0500>
##2 37;<
@HO: =0,56500> B
B !005 37;<
BALANCE TOTAL E FATERIA EN EL CRISTALIAOR
B
E
C
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P DR : P##2 37;< DR
BALANCE E FATERIA POR COFPONENTE EN EL CRISTALIAOR
3CI: =0,2!P> ##2 37;< D 0,2R
=0,2! =##2 37;< DR>> ##2 37;< D 0,2R
",2 37;< D0,2!R##2 37;< D 0,2R
0,2!RJ0,2R##2 37;2,6#
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K3CI?9 ¿ 1124.375
23053.44 0,056
@HO: K@HO?9=20#,>!005D=0,!!#20#,>
K@HO?9=20#,>!005D20!,##
K@HO?9=20#,>"2,##
K@HO?9 ¿19214.551
23053.44 0,5
2, U+a corrie+%e A =e+ k7;(i+,> /-e co+%ie+e 0 ( de e%a+ol 4 60 ( de a7-a )e (ecla co+
o%ra corrie+%e B =e+ k7;(i+,> /-e co+%ie+e !0 ( de e%a+ol 4 el re)%o de a7-a, La corrie+%e de
(ecla C =a la )alida de la -+idad (ecladora> co+%ie+e # de e%a+ol, Calc-lar:
a> La &ro&orci.+ e+%re la) corrie+%e) A 4 B? e)%o e) =A;B>
'> Si la corrie+%e de )alida C e) #00 k7;< MC-l e) la relaci.+ e+%re la) corrie+%e) A4 B ME)%arelaci.+
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S-)%i%-ir la ec, e+ ec, 2
=, > A D =,!>=00JA> 00 =,#> A> A 2#;J0, 5,
,A D !0 J ,!A #
J, A# Q !0
A J2# 5, A 5, J0,
B 00 Q 5, !,!!
B !,!!
A) AB=83.34 Amin
mol
16.66 Bminmol =5
Aminmol
Bminmol
+m
P . M . (00molmin =!
kgmol > !00
kgmin
!00 k7 * !0 (i+ 5?000 k7;
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GAS
AGUA
L
A000 L'
2000 l'
CET0,2
GAS0,5
KACET
K AGUA
, P-ede rec-&era)e ace%o+a de -+ 7a) &or%ador? di)ol9i+dola e+ -+a corrie+%e de
a7-a &-ra e+ -+a -+idad lla(ada a')or'edor, El dia7ra(a de -o de la 87-ra
)i7-ie+%e? 2000 l'(;< de -+a corrie+%e co+ 20 de ace%o+a )e %ra%a+ co+ 000
l';< de -+a corrie+%e de a7-a &-ra? lo /-e &rod-ce -+ 7a) de de)car7a li're deace%o+a 4 -+a )ol-ci.+ de ace%o+a e+ a7-a, S-&.+7a)e /-e el 7a) &or%ador +o )e
di)-el9e e+ el a7-a,
Calc-le %oda) la) 9aria'le) de corrie+%e) de)co+ocida)
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FE
BALANCE E FATERIA GENERAL
YDALD
2000D000LD
LD000 l';
BALANCE E FATERIA EL GAS
K GASYL
0,52000L
L!00 l';<
COFO TENEFOS L SUSTITUIFOS EN LA ECUACION
LD000
!00D000
000J!00
00 l';<
SUSTITUIFOS EN LA ECUACION 2
A =J KACET>
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1000
1400 J KACET
J1000
1400 KACET
0,25#6 KACET
KAGUAJ KACET
KAGUA0,6 de @HO
4. Establezca el balance de masa y el diagrama de fujo para producir 20 ton/día de H2SO4segn las ecuaciones de las reacciones consecuti!as y sus e"ciencias obtenidas alalimentar los reactantes bas#ndose en las este$uiometrias de las reacciones.
4%eS2 & '' O2 2%eO( & )SO2 * con E+ ,0-2SO2 & O2 2SO( * con E+ ,(-SO( & H2O H2SO4 * con E+ ,-
Apartir de la tercera ecuación
SO( & H2O H2SO4 con E+ ,-
)0ton/tonmol ')ton/tonmol ,)ton/tonmol
)0,) '),)
120ton 120
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1+'.(( al ,- 1+(.3 al ,-
al '00- seria '3.', al '00- seria (.)
Apartir de la segunda ecuación
2SO2 & O2 2SO( * con E+ ,(-'2)ton/tonmol (2ton/tonmol '0 ton
'3.', ton/tonmol
'2)'0 (2'0
1'3.', 1'3.',
1+'(.34 1+(.42
al '00- '4.33 al '00- (.3 De la primera ecuación
4%eS2 & '' O2 2%eO( & )SO2con E+ ,0-4)0 ton/tonmol (2 ton/tonmol (20 ton/tonmol '2 ton/tonmol
4)0'2 (2'2 (20'2
1'4.33 1'4.33 1'4.33
1+'(.) 1+'0.') 1+,.2(
al '00- +'.() al '00- +''.(' al '00-+'0.2
. e acuerdo con la reacci5n6 cuya ecuaci5n resumida es 7
4%eS2 & '' O2 2%eO( & )SO2 En este proceso se o1idan 2)00 ton de un mineral $ue contiene 42- en masa de %eS 2empleando 4(00 ton de aire con un contenido del 2( - en masa de o1igeno* reacci5nde la $ue se obtienen 30 ton de %e2O(.etermine7 a8 el porcentaje de reactante en e1ceso* b8 el porciento de e"ciencia de lareacci5n* c8 el balance de masa del proceso.
c) Balance de masa del Proceso.
4%eS2 & '' O2 2%e2O( & )SO2
( (4 ×56 )+(4×32×2 ) )+(11×16×2) ( (2×56×2)+(2×162×3 ) )+((8×32)+(8×16×2))
480 g/mol+352g /mol320 g /mol+512g /mol
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832g /mol832g /mol
• 9alculando proporciones de los :eacti!os
4%eS2¿ 480
832
=0.5769
''O2¿352
832=0.4231
• 9alculando proporciones de los ;roductos
2%e2O(¿320
832=0.3846
)SO2¿512
832=0.6154
• 9alculando cantidad de masa $ue se tiene en la entrada del proceso de %eS2
Fe S2=2800 ton×.42=1176 ton.
• 9alculando cantidad de O2 a la entrada del proceso con relaci5n a la masa de aire.
O2=4300 ton× .23=989ton
Si se obtiene al "nal del proceso 30 ton de %e2O(. Entonces7
S O2=0.6154 ×750
0.3846=1200.07 ton
a) Para calcular el porcentaje de reactante en exceso.
Fe S2=1176 ton
;ara ''3 toneladas de Fe S
2 se necesitan deO
2
4%eS2¿0.5769
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∴O2= .4231×
1176
.5769=862.481 ton
Si se tienenO
2=989 ton
6 con esto decimos $ue el reacti!o limitante es Fe S
2 y el reacti!o
en e1ceso esO
2 .
Porcentaje de exceso
excesoO2=
989−862.481862.481
×100=14.68
b) El porciento de efciencia de la reacción.
9alculando el rendimiento te5rico de la reacci5n.
4%eS2 & '' O2 2%e2O( & )SO2;or '
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Iolumen constante al ser un proceso estacionario. Bire como gas ideal.
'. ;ara calcular la potencia necesitamos conocer el fujo m#sico y el trabajo de compresi5nW VC adem#s de entalpias. 9omo la entalpia es en Junciona a la temperatura de un gas ideal
podemos ir a las tablas con los !alores de @ y obtenemos
1=295 K
P1=1atm
Vas!iracion=4.4m/ s
A1=0.25m2
2=630 K
P2=10 ¿̄
Vsalida=2.2m/s
h1=259.17 k"
/
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espejandoW VC
h(¿¿1−h2)+(C 1
2−C 2
2)2¿
W VC =$+ fm× ¿
W VC =−5.5 (kW )+1.316 ( kgs )×( (−379.47 k" /kg )+ (14.52 % & m/kg )2 ×( 1k" 1000 % & m ))
W VC =−5.5kW + (−499.38 kW )+(−0.0096 kW )=−504.89 kW
Ya que el ujo de calor 5 .5 (kW ) apenas supera el !" del trabajo
W VC =504 .89kW # por esta ra$ón es ra$onable considerarlo adiab%tico.
2. Hacerlo supone en torno al ' - de error.
3. %luye !apor de manera estable por una turbina adiab#tica a una tasa de 4000 lbm/*
entra a '000 psia y ,00K% y sale a psia como !apor saturado. Si la potencia generada
por la turbina es de 4 LC6 determine la tasa de p=rdida de calor del !apor.
atos
L+400 lbm/
;'+'000 psia
@'+,00 %
;2+ psia
Estado6 !apor saturado
C+4LC
L+400 lbm/ /(00 seg + '2. lbm/seg
C+4LC+4000 AM/seg0.44) N@>/'AM+ (3,2 N@>/seg
9on ;+'000 ;SB nos !amos a las tablas en !apor saturado y comparamos la temperatura del
sistema?@sistema8 con la temperatura de saturaci5n?@saturacion8 y se obser!a $ue la
@sistema@saturacion 6 lo $ue $uiere decir $ue estamos en !apor sobrecalentado donde con
los !alores ya mencionados buscamos la entalpia inicial.
H inicial+ '44).' N@>/lbm
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%O:L>PB E NBPBG9E E EGE:QB R+Ec &Ep & H&C
9omo el aparato es una turbina se tiene $ue R+0 6 trabajo diJerente de +06 energía potencial
+0 6 energía cinetica +0 6 pero me solicitan buscar la perdida de calor asi $ue $ueda asi.
RC+ H
R+ H&C TTTTT..9OG PB ;:ESOG E SBPB U SBNEGO R>E ES@BLOS EG IB;O:
SB@>:BO N>S9BLOS EG@BP;B %GBP.
;2+;sia
H "nal+'20. N@>/lbm
@eniendo la entalpia de entrada 6 de salida y la potencia generada por la turbina sustituimos7
R+? H "nal H inicial8&C
R+?'20. V '44).'8 N@>/lbm & (0(.( N@>/lbm
& ' ((.* B+,-lbm
). Bgua a 0K% y K psia es calentada en una c#mara mezcl#ndola con !apor de agua
saturado a 0 psia. Si ambas corrientes entran a la c#mara de mezclado con la misma
tasa de fujo m#sico6 determine la temperatura y la calidad de la corriente $ue sale.
E+AD/+E0PE1A+,
1AP1E2/3 4 5A62DAD
7(/62&,2DA '0W9 (.44 L;a 42.0'
7(/8AP/1A+,1A
D/
'(3.3) (.44 L;a 23('.' '
0E956A '(.)) (.44 L;a '(). 0.(3,4
H2o?li$uida8 se obtiene de tablas con los datos de @emperatura y ;resi5n.
;ara el !alor de la @emperatura de interpola entre las tablas de Iapor saturado a (.0 bar y .0
bar obteniendo lo siguiente.
(.0 bar '((.W9
(.44 bar !:;.*;
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.0 bar ''.) W9
;ara el !alor de en el Iapor Saturado tambi=n se interpola7
'(0W9 2'34.2
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hs=(1 kgs ×42.01 k" kg )+(1 kgs ×2731.1 k" kg )
2kg/ s =1386.55 k" /kg
;ara obtener la temperatura de salida se interpola ya $ue se conocen los datos de la
h s6
$uedando lo siguiente7
3.)2
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CONVERSIÓN DE UNIDADES
1 ¿̄0.1 x106 Pa
=0.23 ¿̄
20 !sia∗1 Pa
1.45 x10−4 !sia∗¿
140) F a) C =60) C 50) F a ) C =10)C
110)Fa )C =43.33) C
* 'C +* 'P+* H =$+W
DESCARTANDO TENEMOS QUE:
* H =0
Buscamos la relación
m1
m2
* H = H f − H i
* H =m(1+2)h3+ −(m1h1
+ +m2 h2+ )
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m(¿¿1+m2)h3
+ −(m1h
1
+ +m2
h2
+ )* H =¿
m(¿¿1+m2)h3
+ −(m1h
1
+ +m2
h2
+ )m
2
= 0
m2
* H =¿
m1
m2
=−h
3
+ +h2
+
h3+ −h1
+ =
−181.47 k" Kg
+42 k" Kg
181.47 k" Kg
−251.4 k" Kg
=2
E+ %a'la) de lí/-ido )-'Je+Wriado e+co+%ra(o) el 9alor de la) e+%al&ía):
JPara la e+%al&ía dela7-a Wría:
T =C> 0 2
JPara la e+%al&ía dela7-a calie+%e:
T =C> !0 2#,
JPara la e+%al&ía de
la (a)a 8+al:
T =C> , 5,
a relación en!re lasmasas "or lo !an!o es#:$
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0,#00 k7;< de -+ W-el /-e co+%ie+e -+ 55 de c 4 -+ 2 e+ &e)o de @ )e /-e(a e+ -+
=l> a 2# ZC J!520 kcal;k(ol
Calor la%e+%e de 9a&oriaci.+ del @2O a 2# ZC 0!00 kcal;k(ol
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,
mol
kJ-904.6H :)(H6 NO(g)4 )(5)(4
oR 223
=∆+→+ g O g O g NH
El calor e)%+dar de reacci.+ a
2# ZC 4 a%( &ara la o*idaci.+ del a(o+íaco e):
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Se ali(e+%a+ 00 (ol;< de N@ 4 200 (ol;< de O2 2# ZC a -+ reac%or? e+ el c-al )e
co+)-(e co(&le%a(e+%e el a(o+íaco, La corrie+%e &rod-c%o e(er7e co(o -+ 7a) a 00
ZC, Calc-lar el calor %ra+)Werido de)de o
-
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* H P#O/0COSs−r
=15809 x103k" h
* H #'ACC, - %
=$=−22,615 k"
h +15,809 x103
k" h =15,786 x103
k" h
2,A-Wre lí/-ido a 0 Z C 4 o*í7e+o &-ro a 2# ZC )e (ecla+ e+ -+a relaci.+
e)%e/-io(%rica 4 )e ali(e+%a a -+ /-e(ador? do+de )e lle9a a ca'o la o*idaci.+
co(&le%a del a-Wre a SO2, El /-e(ador e)% &erWec%a(e+%e ai)lado? la &re)i.+ e) -+a
a%(o)Wera 4 el )i)%e(a o&era e+ e)%ado e)%acio+ario, MC-l e) la %e(&era%-ra de la
corrie+%e /-e )ale
[@reacc, J 2"!,5 3;7(ol &ara la reacci.+ S=)> D O2 =7> SO2 =7> a 2# Z C[@ W-)i.+ ,6 3;7(ol &ara el S a Z CC& 2 ;7(ol Z C &ara el S=l>C& 2,2 ;7(ol Z C &ara el S=)>C& "," ;7(ol Z C &ara el SO2=7>C& 2", ;7(ol Z C &ara el O2=7>
0=* H #'ACC, - % 25) C
+* H P#O/0COSs−r
−* H #'AC,VOS '−r
* H #'AC,VOS '−r
=1gmol∗(23.2 " gmol)C )∗(114) C −25) C )+1 gmol∗(1.73 x103 " gmol)C )+1 gmol∗(23.2 " gmol)
* H P#O/0COSs−r =1gmol∗(
23.2
"
gmol)C )∗(s−25) C )=(
23.2
"
) C )s−580 "
0=−296.8 1 103 " +[(23.2 " )C )s−580" ]−4271.792 " e)&ea+do T):
s=296.8 1 103 " +580" +4271.792 "
(23.2
"
) C )
=13,002.23) C
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