Departamento de Ingeniera QumicaGrado en Ingeniera Qumica

Fundamentos Ingeniera Qumica 2014/2015Quinta Relacin de problemas

43. Calcular la variacin de entalpa asociada al proceso siguiente a 500 K.C(s) + 1/2O2(g) CO(g)

Datos:Hf (CO)= -11054 kJ/molCp[C(s)]=1686+477.10-3T J/mol KCp[O2(g)]=2996+419.10-3T J/mol KCp[CO(g)]=2841+410.10-3T J/mol K.44. Se alimenta contnuamente a un recipiente una mezcla equimolar de benceno ytolueno a 10C donde se calienta la mezcla a 50C. El producto lquido contiene 40% enmol de benceno y el producto vapor 68.4% en mol de benceno. Cunto calor debetransferirse por mol a la mezcla de alimentacin?45. Se alimenta vapor a una presin de 10 bar absoluta a 370C a una turbina con unavelocidad de flujo msico de 2000 kg/h. La operacin de la turbina es adiabtica y elefluente es vapor saturado, saliendo ste en un punto situado a 5m por debajo de laentrada del vapor en la turbina. Calcule el trabajo producido por la turbina enkilowatios, despreciando los cambios de energa cintica.46. Una turbina funciona con 500 kg/h de vapor. El vapor entra a la turbina a 44 atmy 450C a una velocidad lineal de 60 m/s y sale en un punto 5 m por debajo de laentrada a la turbina a presin atmosfrica y a una velocidad de 360m/s. La turbinaproduce un trabajo externo a una velocidad de 70kW y se estima que la prdida de calorde la turbina es de 104 kcal/h. Calcule el cambio de entalpa asociada al proceso.47. Se quema metanol lquido con 100% de aire en exceso. El ingeniero que disea elhorno debe calcular la temperatura ms alta (temperatura adiabtica de llama) quedeben soportar las paredes del mismo para poder seleccionar el material adecuado.Efectese ese clculo suponiendo que se suministra metanol a 25C y que el aire entraa 100C.

Cp (J/molC)CO2 = 36.11 + 4.233.10-2TH2O (g) = 33.46 + 0.688.10-2TO2 = 29.10 + 1.158.10-2TN2 = 29 + 0.2199.10-2T

48. Un volumen (medido a 820 K y 1 atm) de 3850 m3 de gases con la siguientecomposicin molar: 80% de CO2, 180% de H2O, 90% de O2 y 650% de N2 liberadosdurante el proceso de combustin de un horno, es enviado a un intercambiador de calorcon el fin de aprovechar su energa y precalentar el aire en entrada a dicho horno.Calcular la cantidad de calor que cedern dichos gases al aire que circula por el interiorde los tubos del intercambiador si entran a una temperatura de 800 K y salen con unatemperatura de 390 K en un proceso que se produce a presin constante de 1 atm. Losvalores correspondientes a la entalpa de cada componente del gas a las dostemperaturas son:

Gas H (kJ/mol)390 K 800 KCO2 3404 23710H2O 3456 18823N2 4511 15756O2 3946 16564

Departamento de Ingeniera QumicaGrado en Ingeniera Qumica

Fundamentos Ingeniera Qumica 2014/2015Quinta Relacin de problemas

49. De una unidad de sntesis sale vapor de metanol (CH3OH) a una temperatura de800 F y pasa a travs de un intercambiador de calor en la que la corriente se enfra;generndose en este proceso vapor saturado a 70 psia. La alimentacin de agua alintercambiador es a 70 F y 70 psia. Si el cociente entre la alimentacin molar del aguay del metanol es 02 y se supone un comportamiento adiabtico, cul es la temperaturade salida del metanol? Dato: para el metanol tmese Cp=10,54+9,2exp-3T (Btu/lbmolF)

50. Una corriente de metano a 100C se quema con un 100% en exceso de aire a 25Cen un horno adiabtico. Calcule la temperatura adiabtica de llama.

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)0

fH (kJ/g-

mol)-7484 0 -39351 -24182

Valores medios de Cp (cal/g-mol C)Cpv (N2) = 8.05Cpv (H2O) = 10.60Cpv (O2) = 7.87Cpv (CH4) = 8.23Cpv (CO2) = 8.66

51. En un reactor adiabtico se efecta la reaccin de deshidrogenacin de etanol(C2H5OH) para la obtencin de acetaldehdo (CH3CHO):

C2H5OH (g) CH3CHO (g) + H2 (g) Hro(25 C)=+6895 kJ mol-1El reactor se alimenta con vapor de etanol a 300 C y se alcanza una conversin del30%. Calclese la temperatura de salida de los productos considerando constantes lossiguientes valores de capacidades calorficas: C2H5OH (g): Cp= 0110 kJ mol-1 C-1;CH3CHO (g) : Cp= 0080 kJ mol-1 C-1 y H2 (g) : Cp= 0029 kJ mol-1 C-1.

52. Un gas natural contiene 85% de metano y 15% de etano en volumen. Calcule elpoder calorfico de este combustible en kJ/g siendo las entalpas estndar decombustin del metano y del etano -802 kJ/mol y -1428 kJ/mol respectivamente.

Ejercicios propuestos para casa53. Cuando reacciona el monxido de carbono con agua en exceso del 100% se producehidrgeno y dixido de carbono. La prdida de calor del reactor es de 120.2 kJ/kmol de CO.Sabiendo que la temperatura de salida del reactor es de 800K y la presin es 1 atm Cul esla temperatura a la que se introducen los reactivos? Asumir que la reaccin es completa y queno hay cambios de estado.

La entalpa de reaccin es 3101741 .

orH = kJ/kmol CO. Los valores de Cp medio son:

Cp H2O (v) = 36.30 kJ/kmol KCp H2 = 28.84 kJ/kmol KCp CO = 28.95 kJ/kmol KCpCO2 = 36.11 kJ/kmol K