MINISTERIO DE EDUCACIN SUPERIOR

MINISTERIO DE EDUCACIN SUPERIOR

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA

DR. FEDERICO RIVERO PALACIO

DPTO. DE PROCESOS QUMICOS

PRIMER TRAYECTOPRINCIPIOS DE PROCESOS QUMICOSTRABAJO DIRIGIDO

BALANCE DE ENERGA SIN REACCIN QUMICA1. Escriba la ecuacin de balance de energa para cada uno de los siguientes procesos y establezca si los trminos de calor y trabajo distintos de cero resultan positivos o negativos:

a) El contenido de un recipiente cerrado se calienta utilizando un mechero desde 25 C hasta 80 C.

b) El recipiente del aparte a) se retira del mechero y se enfra hasta 25 C.

c) Se lleva a cabo una reaccin qumica en un reactor batch perfectamente aislado trmicamente.

d) Un reactor donde la reaccin ocurre a temperatura constante y se tiene una chaqueta de enfriamiento para retirar el calor del reactor.

e) Entra vapor a una turbina y hace girar un eje conectado a un generador de corriente. La entrada y la salida del vapor se encuentran a la misma altura. Parte de la energa se pierde hacia los alrededores en forma de calor.

f) Se calienta una corriente de proceso desde 25 C hasta 300 C; la velocidad media del fluido es la misma a la entrada y a la salida; no hay cambio de elevacin entre estos dos puntos.

g) Se produce una reaccin qumica en un reactor continuo que no contiene partes mviles. Los cambios de energa cintica y potencial se desprecian.

2. Se tiene una turbina donde entran 4000 kg/h de vapor a 44 atm y 450 C a una velocidad de 60 m/s. Este vapor abandona la turbina por un punto situado a 5 m por debajo de la entrada a una velocidad de 360 m/s y a la presin atmosfrica. La turbina entrega trabajo a un ritmo de 600 Kw y la prdida de calor es 104 Kcal/h.

Calcule el cambio de entalpa que sufre el vapor al pasar a travs de la turbina.

3. Se mezcla vapor saturado a 7 bars, con vapor sobrecalentado a 10 bars y a 300 C para producir 200 kg/h de vapor sobrecalentado a 250 C. Los cambios de energa cintica y potencial son despreciables.

a) Calcule las velocidades de los dos flujos de alimentacin suponiendo que el proceso es adiabtico. Establezca cualquier suposicin adicional que considere pertinente.

b) Calcule nuevamente las velocidades de flujo suponiendo que la prdida de calor del mezclador es de 3 kW.4. A una caldera se alimentan dos corrientes de agua con la finalidad de obtener vapor saturado a la presin de operacin de la misma. Determine el flujo de calor requerido en la caldera (en Watts) despreciando las energas cinticas de las corrientes de entrada.

Datos: Presin de operacin: 17 bares absolutos

Dimetro interno de la tubera: 6 cm

Corriente de entradaFlujo ( kg/min)T ( C )Estado

112030Liquido

217565Lquido

5. Se desea calentar una corriente gaseosa que contiene 60 % en peso de etano y 40 % en peso de butano desde 70 F hasta 220 F a una presin de 30 psia. Calcular el suministro de calor requerido por libra masa de mezcla.

COMPONENTEh ( BTU/lbm)

70 F220 F

Etano453.9522.3

Butano164.9277.5

6. Se mezclan 300 l/h de una mezcla de 20% molar en C3 H8 y 80 % en C4H10 a 0 C y 1.1 atm con 200 l/h de otra mezcla de 40% molar en C3H8 y 60 % en C4H10 a 25 C y 1.1 atm y se calienta a 227 C. Calcular los requerimientos de calor en kJ/h. Las entalpas del propano y n-butano a 1.1 atm se presentan en la siguiente tabla:

T ( C )h (J/mol) C3H8h (J/mol) C4H10

000

2517722394

2272068527442

7. En la siguiente torre de extraccin lquido-lquido, calcule la cantidad de calor que se intercambia a travs de las paredes de la misma. Las composiciones sealadas en el diagrama son molares.

h ( kcal/kgmol)C ( carga)S ( solvente)E (extracto)R ( refinado)

hA100-3530

hB40-105-

hS-47.5-28

8. Se utiliza vapor de agua saturado a 28 bares de presin absoluta, para calentar una corriente de vapor de metanol desde 65 C hasta 260 C. Para ello se emplea un intercambiador de calor que opera adiabticamente. El vapor de agua se condensa y sale del intercambiador como lquido a 90 C y a la misma presin. El flujo de metanol es de 50 l/min en condiciones normales de presin y temperatura (CNPT) y puede suponerse que se comporta como un gas ideal.

Calcule el flujo msico en kg/h de vapor requerido para este intercambio

Datos:

V = 22.4 l/mol (CNPT)

Cp (metanol) = 7.29 kJ/kg C entre 65 C y 260 C

Cp (agua) = 75,4J/mol C edo lquido entre 0 C y 100 C9. Una mezcla que contiene 65 % molar en acetona y el resto en cido actico se separa mediante una destilacin continua a 1 atm de presin. A continuacin se presenta el diagrama de flujo del proceso :

La corriente del tope de la columna es un vapor que pasa a travs de un condensador.

El lquido condensado se divide en dos corrientes: una se separa como destilado D y la otra se regresa a la columna como reflujo L0. La corriente del fondo es un lquido que se vaporiza parcialmente en un caldern; la fraccin lquida se separa como producto de fondo (residuo) mientras que el vapor se regresa a la columna. A continuacin se presentan los datos termodinmicos de cada corriente:

T ( C )Entalpa del lq (cal/mol)Entalpa del vapor ( cal/mol)

CORRIENTEAcetonacido acticoAcetonacido actico

Destilado D5800--

Tope columna63--73226807

Alimentacin F68354335--

Residuo W9813851312--

La entalpa especfica de la mezcla en las distintas corrientes se calcular como:

xi : fraccin molar del compuesto

hi : entalpa especfica del compuesto

a) Calcule la cantidad de calor neto en kcal/h involucrado en el proceso

b) Calcule la cantidad de calor en kcal/h que se intercambia en el condensador para un L0/D = 1.c) Calcule la cantidad de calor en kcal/h que se suministra en el caldern

d) Sabiendo que se dispone de vapor saturado a 102 C que puede utilizarse en el caldern, calcule el flujo msico en moles/h de vapor necesario para realizar el intercambio considerando que el agua saldr como lquido saturado.

10. A continuacin se presenta el diagrama de flujo de un mezclador de la alimentacin de un reactor:

a) Calcule (H para este proceso.

b) En que caso resulta el valor calculado en el aparte a) igual al flujo de calor

11. De una unidad de sntesis sale vapor de metanol a una temperatura de 800 F y pasa a travs de una caldera en la que se enfra, en este proceso se genera vapor saturado a 70 psia. La alimentacin de agua a la caldera entra a 70 F y 70 psia. Si el cociente entre la alimentacin molar del agua y el metanol es de 0,2 y la caldera opera adiabticamente, calcule la temperatura de salida del metanol.hagua ( 70 F y 70 psia) = 38,05 BTU/lbmCpmetanol = 10,54 +9,2 10-3 T T en F y Cp en BTU/lbmol F

12. Una mezcla equimolar de benceno y tolueno a 10 C alimenta continuamente un recipiente donde se calienta la mezcla a 50 C. el producto lquido contiene 40 % en mol de benceno y el producto vapor 68,4 % en mol de benceno. Calcule la cantidad de calor que debe transferirse a la mezcla por mol de alimentacin

13. Se enfra vapor de benceno a 1000 F y cambia de estado a 75 F en un condensador continuo. El condensado se vierte en barriles de 55 gal y toma 2 min llenar cada uno de ellos. Calcule el flujo de calor que se extrae del condensador en BTU/h.14. Se utiliza vapor saturado a 29,8 psig para calentar un flujo de etano a presin constante. El etano entra al intercambiador de calor a 60 F y 20 psia, a un flujo de 27890 ft3/min y se calienta a 200 F. El vapor se condensa y sale del intercambiador como lquido a 80 F. Las entalpas especficas del etano a 20 psia son 450 BTU/lbm a 60 F y 513 F BTU/lbm a 200 F.a) Calcule la cantidad de calor (BTU/min) que debe suministrarse para calentar el etano 60 F a 200 F.

b) Calcule el flujo volumtrico (ft3/min) de vapor que debe suministrarse al intercambiador.

c) Diga si en el intercambiador de calor los flujos deben colocarse en la misma direccin o en direcciones opuestas. ( Recuerde que el calor siempre fluye de una mayor temperatura a una menor temperatura)

15. Se tiene 75 litros de etanol a 70 C y 65 litros de agua a 25 C ; se mezclan en un recipiente cerrado y bien aislado. Despreciando la evaporacin y el calor de mezclado, calcule la temperatura final de la mezcla.16. Un flujo que contiene gas propano entra al interior de una tubera de un intercambiador de calor doble tubo a 40 C y 250 kPa, y sale a 240 C a la misma presin. Por el tubo exterior (espacio anular) entra vapor sobrecalentado a 300 C y 5 bars fluyendo en sentido opuesto a la corriente de propano y saliendo como vapor saturado a la misma presin. Calcule la relacin m3 de vapor alimentado/m3 propano alimentado. Considere las prdidas trmicas al ambiente despreciables. TDBEsinReaccPBIQ08

Abril2008/U.M

Q

Reactivo B

hB = 3 KJ/kg

mB = 70 kg/min

Reactivo A

hA = 5 KJ/kg

mA = 100 kg/min

Alimentacin al reactor

hF = 8 KJ/kg

mF = ?

R =?

xAR = ?

xSR = ?

C = 1000 kgmol/h

xA =0.6

xB =0.4

5m

Ws

E =?

xAE = 0.05

S= 2000 kgmol/h

xs = 1

vapor

vapor

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_248588.unknown