problemas - cristalizacion

7/30/2019 Problemas - Cristalizacion

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Cristalizacion

1)una solucion de Ba(NO3)2 que procede de un evaporador contiene 30.8 Kg de

Ba(NO3)2/100 Kg de h2O y pasa a un cristalizador donde se enfria y cristaliza nitrato

de bario. El enfriamiento produce una evaporacion del 10% de agua presente en la

solucion original. Calcule lo siguiente para una alimentacion de 100 Kg totales desolucion.

a)el rendimiento de cristalizacion cuando la solucion se enfrie a 290K (17C) si la

solucion es de 8.6 Kg Ba(NO3)2/100 Kg de H2O

b)el rendimiento a enfriar a 203 K donde la solubilidad es 7 Kg Ba(NO3)2/100 Kg

H2O

Solucion

| W = agua evaporada

F=licor |

madre ________|______ S=solucion remanente

--------------->|_____________ |-------------------->C=cristales formados

a)Datos

solubilidad a 290K= de 8.6 Kg Ba(NO3)2/100 Kg de H2O

W=10% de H2O presente en F

F=100 Kg

Balance de H2O

F* 100 = 0.1*F* 100 + S* 100 __

100+30.6 100+30.6 100+8.6

S=74.8392

Balance de de Ba(NO3)2

F* 30.6 = S*8.6 + C

100+30.6 100+8.6

C=17.5038

b)Datossolubilidad a 290K= de 7Kg Ba(NO3)2/100 Kg de H2O

W=10% de H2O presente en F

F=100 Kg

Balance de H2O

F* 100 ___ = 0.1*F* 100 + S* 100

100+30.6 100+30.6 100+7

S=73.7366


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Balance de de Ba(NO3)2

F* 30.6 = S*7 + C

100+30.6 100+7

C=18.6064

2)La solucion de partida o inicial de NaOH contiene 79 gr/l de H2O. la densidad de la

solucion vaporizada a 30c es de 1.555 gr/cc lo que corresponde a la concentracion de

840 gr/l de solucion. Determinar la cantidad de agua evaporada por tonela de solucion

inicial.

Solucion

Xini= 79 Kg/m^3 =0.073

1000 + 79 Kg/m^3

Xfin= 840 Kg/m^3 =0.541555 Kg/m^3

calculo de la cantidad de agua evaporada por tonelada de la solucion inicial:

W=Gin*(1- Xini) = 1000*(1- 0.073)=864.81 Kg de H2O

( Xfin) ( 0.54 )

3) En un evaporador entran 1.4 ton de solucion al 9% se evapora a presion atmosferica

hasta la concentracion final de 23%(masa). La solucion diluida entra su concentracion a

la temperatura de 18C. la temperatura de ebullicion en el aparato es de 105C. el

consumo de vapor calentado Peb=2 atm constituye 1450 Hg/h, la humedad de este

vapor es de 9,5%. Determinar la perdida de calor desde el aparato al medio ambiente.

Solucion:

Vapor caliente 1450 Kg/h

_ _

|

| ____| |____ |

| | | |

| | P=1atm _ |______|_____ 1.4 ton 9% (masa)|| | T=105C | | 18C

| |_|__________| |

| | P=2atm |

|_______|________________|

| X=4.5% humedad

_____|

23%(masa)

Consumo masico del agua

W=Gin*(1- Xini) = 1400*(1- 0.09)=852.17 Kg de H2O( Xfin) ( 0.23 )


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Consumo de calor evaporado

Qev=W*Y = 852.17 Kg* (105C, p=1atm)

Consumo de vapor calentado

Qcal=Gin*Cin*(Teb-Tin)

Como Xin


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Csol=4190*(1-0.25)+1105.625*0.25=3418.9 J/Kg/K

6) Una solucion salina que pesa 1200 Kg y que tiene 25% en peso es de Na2CO3 se

enfria hasta 298K, la sal de cristalizacion como decahidratado. Cual sera el

rendimiento de cristales de Na2CO3 anhidra/100 Kg H2O. proceda a los calculos en lossiguiente casos:

a)supongamos

b)supongamos que el 8% del peso total de la solucion se pierde por evaporacion de agua

durante el enfriamiento.

Solucion

a)Peso Mol Na2CO3=106

Peso Mol H2O = 18.02

Peso Mol Na2CO3.10H2O=286.2

A t=20C=298K solubilidad =21.5 Kg Na2CO3/100 KgH2O

___________ C=W H2O

______________|____

| |

| Enfriador |

---------| Cristalizador |---------- B= N Kg Na2CO3 (21.5 Kg Na2CO3)

|_________________| 100 Kg H2O

A=12000 Kg Na2CO3 |

|____________ D=M Kg cristales Na2CO3.10H2O

25% SAl

reaccion:

Na2CO3+10H2ONa2CO3.10H2O

Balance de materia para el agua

E=S

entrada

12000Kg sol*(1-0.25)Kg agua=9000 Kg agua

Kg solSalida

En C W=0

En B N Kg sol*100 Kg agua

(21.5+100)Kg sol

En D M Kg cristales Na2CO3.10H2O*10*18.02 Kg H2O

286.2 Kg Na2CO3.10H2O

igualando

9000=N*100 + M*10*18.02 .... (1)121.5 286.2


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Balance de materia para el Na2CO3

E=S

entrada

0.25*1200=3000 Kg Na2CO3

Salidas

En C W=0

En B N Kg sol* 21.5 Kg agua

(21.5+100)Kg sol

En D M Kg cristales Na2CO3.10H2O*106 Kg H2O

286.2 Kg Na2CO3.10H2O

igualando

3000=N*21.5 + M*106..... (2)

121.5 286.2

resolviendo (1) y (2)

N = 7468.29 Kg Sol

M=4531.91 Kg Cristales Na2CO3.10H2O

b)Peso de agua evaporada=0.08*12000=960 Kg

Del balance de agua 9000-960=N*100 + M*180.2 (1)

121.5 286.2

Del balance de Na2CO3 3000=N*21.5 + M*106 .... (2)

121.5 286.2

N=5629.8 Kg Sol

M=5410.2 Kg cristales de Na2CO3.10H2O

7)una solucion consta de 0.7 m^3 de H2SO4 (al 100%), 400 Kg de solucion de vitriolo

azul (CuSO4.5H2O) y 1.4 m^3 de H2o

determinar

a)Calor especifico

b)La cantidad de vapor saturado seco (P=1atm) necesaria para calentar la solucion de 12a 58 C. las perdidas de calor por el aparato en el periodo de calentamiento de la

solucion constituye 255100 KJ

Solicion

a) Masa de H2SO4=V H2SO4* H2SO4=0.7m^3*1841 Kg/m^3=1288.7 Kg H2SO4

Calculos de los calores atomicos de los compuestos:

Del H2SO4

98.08*C1=2*18+1*31+4*25.1

C1=1,70677 KJ/KgK

Del CuSO4.5H2O249.68*C2=1*26+1*31+9*25.1+10*18


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C2=1.85397 KJ/KgK

Del agua

18.02*C3=2*18+1*26.1

C3=3.446 KJ/KgK

Masa total= Masa H2SO4+Masa vitriolo+Masa H2O

=1288.7+400+1.4*1000=3088.7 Kgcalculo de la mezcla

x1=1288.7 x2= 400 X3= 1400

3088.7 3088.7 3088.7

C=C1*x1+C2*x2+c3*x3

C=1288.7*1.70677+1.85397* 400 + 3.4461* 1400

3088.7 3088.7 3088.7

C=2.5142 KJ/KgK

b) de la ecuacion

G vapor = Q = Qcal+Qevap+Qperdvap*X vap*X

Qevap=0 (solo calentamiento)

Qperd=255100 KJ

Qcal=Gin*Cin*(Tfin-Tin)

Gin=3088.7 Kg

Cin=2.5142 Kj/KgK

Tfin=58C Tin=12C

Qcal=3088.7*2.5142*(58-12)=357218.03884

vapo cal=2676 Kj/Kg (a 1 atm)

X=1 Vapor seco

G vapor = Q = 612318.03884 KJ=228.81 Kg

vap*X 2676 KJ/Kg

8) La didolucion saturada que contiene 1500 Kg de Kcl a 360K se enfria en un

deposito abierto a 290K. si la densidad relativa de la disolucion es de 1.2 y la

solubilidad del cloruro de potasio es de 53.35 por 100 parytes de agua a 360 K y 360

34.5 a 290K

a)la capacidad del deposito requerido

b)el peso de crsitales obtenidos, despreciando las perdidas de agua por evaporacion.

Solucion

Resolviendo solubulidad en peso a 360K, 1500 Kg de Kcl

S=1500* 100 =2811.621 Kg de agua

53.35

masa total de la solucion

W=1500+2811.621=4311.621 Kg

La densidad de la solucion

D sol=1.2*1000=1200 Kg/m^3

La capacidad del tanqueC=4311.621=3.5930


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1200

Calculo de la masa de KCl siduelto en 2811.621 Kg de agua a 290K

W=2811.621*34.5=970.0092 Kg

100

La masa de cristales obtenidos

1500-970.0092=529.99 Kg

9) La solubilidad del NH4 es de 36gr/l de agua, la densidad de la solucion vaporizada a

26C es 1325 gr/l lo que corresponde a la concentracion de la solucion

esta ultima se halla utilizando 24 ml de HCl 10N en una muestra de 20 ml de solucion

vaporizada determinar:

a)Xini

b)Xfin

c)W

Solucion

a)Tomamos como base 1 litro de solucion

W NH4OH = 36gr

W H2O=1000 gr

Xini= 36 ___ =0.0347

1000+36

b)al titular el NH4OH

(N*V)NH4OH=(N*V)HCl

(N*V)NH4OH=12*35=420 gr Peso Mole NH4OH=35

Xfin= 420 = 0.317

1325

c)W=Gini*(1 - Xini ) =1000*(1- 0.0347) =890.5363 Kg/h

( X fin) ( 0.317 )

10)una solucion consta en 0.7 m^3 de H2SO4 (100%) 400 Kg de Na2SO4 y 1.4 m^3

de agua (d H2SO4=1.8305) hallar el calor especifico de la solucion

Solucion

C=4190*(1-X)+C1*X

C1=2*26+1*22.6+4*16.8=0.9986 KJ/Kg PM Na2SO4=142142

Hallamos X

Peso del H2SO4=*V=1830.5 Kg/m^3*0.7*m^3=1281.35 Kg

Peso del Agua=*V=1000*Kg/^3*1.4m^3=1400Kg

Peso de Na2SO4=400 Kg

Peso total=1281.31+400+1400=3081.35 Kg

X=W Na2SO4= 400 =0.1298

W total 3081.5

C=4190*(1-0.1298)+998.6*0.1298=3775.7563 KJ/KgK


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11) Hallar el consumo inicial si la capacidad de un evaporador es de 2.650 m^3/h. la

cocnetracion inicial constituye 50 gr/l y final 295 gr/l dedido a deficiencias de manejo

hay una perdida de capacidad de 10% considerar la densidad de la solucion=1.6 gr/cc

Solucion

De la ecuacion

W=Gini*(1 - Xini )

( X fin)

por condicion del problema

W=2.650m^3/h*1600 Kg/m^3*0.9=3816 Kg/h

Entonces

3816 Kh/h=Gini*(1 - 50 )

( 295)

Gini=4594.7755 Kg/h

12)El calor absorbido cuando se disuelve isotermicamente a 18C, 1 mol de

MgSO4.7H2O en una gran cantidad de agua de 3180 calorias. Cual es el calor de

cristalizacion de 1 gr de MgSO4.7H2O . se supone que los efectos calorificos de

disolucion son despreciables.

Solucion

Pm MgSO4.7H2O= 346.5 gr/mol

Por lo tanto los 3180 cal correspondiente a esta cantidad de gramos y el calor de

cristalizacion de MgSO4.7H2O es

3180 =12.9006 cal/gr

246.5

13) se desea obtener un acido de optimas condiciones para la purificacion de minerales.

Que cantidad de agua es necesario para evaporar 1 m^3 de H2SO4 (d =1560) 62 % en

masa para obteber acido con una densidad de 1840 Kg/m^3 (98.7% de masa) de que

volumen acabara el acido concentrado obtenido

Solucion

Solucion

| W = agua evaporada

1m^3 H2SO4 |

________|______ F2=solucion remanente

--------------->|_____________ |-------------------->

Balance de agua

Agua qie ingresa = 1 m^3*1560Kg sol*(1-0.622) Kg Agua*589.68 Kg de agua

m^3 sol Kg Sal

agua que sale = F2*1840 Kg Sal*(1-0.987) Kg agua + W Kg agua=23.92F2+Wm^3 sol Kg Sal


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Balance del acido

Acido qie ingresa = 1 m^3*1560Kg sal*0.622 Kg acido*970.32 Kg de acido

m^3 sol Kg Sal

acido que sale = F2*1840 Kg Sal*0.987 Kg acido =1816.08 F2

m^3 sal Kg Sal

970.32=1816.08*F2

F2=0.5343 m^3

W=576.89 Kg de agua

Cantidad de agua evaporada=5769.89 Kg

Volumen de acido concentrado=0.5343 m^3 sol de acido

14) Hallar el calor especifico de la solucion a 40% de la sal potasica de acido acetico

solucion

X=0.4

C=4190*(1-X)+C1*X

CH3COOK PM=98

C1=7.5*2+9.6*3+16.8*2+26 = 1.055 KJ/KgK=1055 J/KgK

98

C=4190*(1-0.4)+1055*0.4=2936 J/KgK

15) que se entiende por cristalizacion fraccionada

expliquese con la ayuda de un diagrama como se puede explicarse esta operacin a una

mezcla de cloruro sodico y nitrato sodico, teniendo en cuenta los siguientes datos

a 293K la solubilidad del cloruro sodico es de 36 partes por 100 de agua y la del nitrato

sodico de 88 gramos por 100 de agua. A esta temperatura una disolucion saturada que

contenga ambas series contedra 25 partes de cloruro de agua. A 373K estos valores son

de 40, 176 y 160 respectivamente por 100 de agua.

Solucion

Con los datos disponibles se construye una representacion grafica de partes de NaCl por

100 de agua frente apartes de NaNO3 por 100 de agua, tal como se muestra en la sgtfigura. Tanto con respecto al NaCl como al NaNO3 a 293 y 373K respectivamente

A este sistema se le puede aplicar la cristalizacion fraccionada en forma que se infica a

continuacion:


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|

40 | \

| \ a 373K

36 |\ \

| \ \

25 | A \| \ a 293K \

17 | \ -------------\ B

| D \ \

| \ \

|______\_C_______\__________________

0 59 88 160 176

se prepara una solucion de NaCl y NaNO3 a 37.K esta solucion esta representada por

el punto B y sobre la base de 100 partes de agua contiene 17 partes de NaCl y 160

partes de NaNO3

la solucion se separa del solido resdual y despues se enfria hasta 293|K al hacer esto lacomposicion de la solucion se desplaza a lo largo de la linea BD

en el punto D esta situado sobre AC que representa soluciones daturadas de NaNo3 pero

no de NaCL por tanto la solucion todavia contiene 17 partes de NaCl y ademas esta

saturada con 68 partes de NaNO3. es decir se han formado (160-68)=92 partes de

cristales de NaNO3 puro que se pueden retirar de la solucion y lavarse.

En esta forma se han separado a partir de una mezcla de NaNo3 y NaCl cristales de

NaNO3 relativamente pueros, dependiendo de la eleccion de las condiciones y del

tamao de las particulas

El porcentaje de NaNo3 recuperado a partir de la solucion saaturada a 373Kes

(92*100)/160=57%

16) Que cantidad de agua es necesario evaporar de 1m^3 de acido sulfurico de

d=1560Kg/m^3 (65.2% masa) para obtener acido con =1840 Kg/m^3 (98.7% masa)

Solucion

Gin=1560

Xin=0.652

Xfin=0.987

W=Gin*(1- Xin )=1560*(1- 0.625) =529.5 Kg( Xfin) ( 0.987)

Balance de materia

1560-529.5=1030.5 Kg de acido

1m^3----- 1840 Kg acido

X -------- 1030.5 Kg acido

X=0.560 m^3=560 litros

17)Determine el calor especifico de una mezcla compuesta de 2 litros de agua, 8Kg de

hielo y 5Kg de sal comun


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Solucion

H2O=1000 Kg/m^3

M H2O= H2O*V H2O=1000 Kg/m^3*2*10-3 m^3=2Kg deAgua

Masa total=M=2+8+5=15

XH2O=2/15=0.1333

Xhielo=8/15=0.5333

Xsal=5/15=0.3333

M*C=n1*C1+n2*C2

C H2O=2*18+1*25.1 = 3.39 KJ/KgK

18.02

C Hielo=2*9.6+1*16.8=1.998 KJ/KgK

18.02

C NaCl=1*26+1*26=0.889 Kj/KgK(23+35.5)

C=3.39*0.1333+1.988*0.5333+0.889*0.3333

C=1.8139 KJ/KgK

18)Aprovechando la regla de linealidad, determinar la Teb de la anilina bajo vacio de

0.8 atm. Es decir la presion residual de Pabs=0.2 atm, se conoce que la temperatura es

de 160C, la presiondel vapor saturado de anilina es 300 mmHg y a la presion

atmosferica de Teb de la anilina es 184C.

Solucion:

Usando patron Hxano: del diagrama

P1=300 Q1=49.2

P2=760 Q2=69

K= t1 - t2

O1-O2

K= (160-184)=1.21

(49.2-69)

usando una presion de 147 mmHg, la temperatra de ebullicion del hexano es 24.5

( 160 T ) =1.21 Teb=130.1C

(49.2-24.5)

19)valiendose de la regla de Babo determinar la depresion de temp. Para la solucion

acuosa al 25% de cloruro de calcio a la presion absoluta de 0.5 atm.

Solucion:

Utilizando una tabla para encontrar la sol. Acuosa al 25% de CaCl2 a presion

atmosferica (1.033 atm) hierve a una temperatura de 107.5C, luego utilizando la tablade vapor de agua saturado en funcion de la temp. Veremos que es igual a 1.345 atm. La


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relacion entre las presiones de vapor de la solucion y el agua a la misma temperaturas de

107.5C es

P = 1.033=0.77

Po 1.345

De acuerdo a la regla de babo esta relacion conserva su valor constante para todas lastemperaturas de ebul. de la solucion, por tanto a la temperatura t

P = 0.5 =0.77 Po=0.55/0.77=0.65 atm

Po Po

Hallamos la temperatura de ebullicion del agua a Po=0.65 atm que es igual a la

temperatura de ebullicion de la solucion de cloruro de calcio a P=0.5 atm

Para Po=0.65 t=87.5C

La temperatura de ebullicion del agua a p=0.5 atm es igual a 80.9C

La depresiacion es 87.5-80.9=6.6C

20)Hallar el calor especifico para soluciones de Nacl al 40%

Solucion:

Para 40%

C=4190*(1-X)+C1*X C1=Suma(ni*ci)/M

C1=26*1+26*1=0.8935

58.5

C=4190*(1-.04)+0.89350.4=2514 j/KgK

Para 20%

C=4190*(1-0.20)=3352 J/KgK


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21)Se enfria lentamente hasta la temperatura de 20C una solucion de 30% de Na2CO3

que pesa 10000 Kg. Los cristales formados son de Na2CO3 a 20C es 21.5 de sal

anhidra por 100 partes de agua. Durante el enfriamiento se pierde evaporacion el 3% de

la solucion original.

Cual es el peso de NaCO3.10H2O formado.

Solucion

________________> V=3% de F=300 Kg de H2O

|

F=10 000 Kg -------> |

30% NaCO3 |________________> C=Peso de NaCO3.10H2O

70% H2O Na2CO3=0.215*X

H2O=X

Balance de H2O

WH2O=WH2O*V-WH2O en NaCO3.10H2O + X7000=300+(180/286)*C+X

6700=X+(180/286)*C (1)

Balance de Na2CO3

W en F=W en NaCO3.10H2O +0.215* X

3000=(160/286)*C+0.215*X (2)

resolviendo C=6627.3 Kg

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