AO DEL DEBER CIUDADANO

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERUFACULTAD DE INGENIERA QUMICA

E.A.P. INGENIERIA QUIMICA DEL GAS NATURAL Y ENERGIA

CATEDRA

: CIENCIAS AMBIENTALES.PRESENTADO A

: Ms. POMALAYA VALDEZ, JOSE EDUARDOPRESENTADO POR

: MEZA ESPINOZA, Carlos Enrique.

Alumno del sptimo semestre.

HUANCAYO - PER2013

6.1. Balancee las siguientes ecuaciones

a)

b)

c)

d)

e)

6.2. Calcule la velocidad de ascenso de una burbuja de aire de 100um de dimetro en un tanque de agua a 20 C.

SOLUCION:

Datos:

Remplazando valores en la ecuacin (1)

6.3.Calcule el tiempo necesario para que una partcula irregular de arena de slex con un dimetro de equivalente de 0.8 mm se sedimente en el fondo de un tanque de 4 m de profundidad.

DATOS:

APLICANDO:

,

6.4. Determine la velocidad de sedimentacin Terminal, en agua 20 C, de una partcula de arena esfrica de 0.07 mm de dimetro.SOLUCIN:

6.6. La siguiente informacin procede de una prueba de laboratorio que se llevo a cabo para determinar la concentracin de slidos suspendidos de una muestra de aguas residuales no tratadas. Una muestra de 100 mL se filtra a travs de una almohadilla de filtracin. El peso de la almohadilla y el crisol limpios, los cuales se secaron, se dejaron enfriar y se pesaron, es de 48.610 g. despus de filtrar, secar a 104 C y dejar enfriar, el peso del crisol, la almohadilla de filtracin y los slidos secos es de 48.903 g. Cul es la concentracin de slidos suspendidos en la muestra de aguas residuales, en mg/L?

SOLUCIN:

6.7.Cuntos moles de H2SO4 se requieren para formar 65.0 g de CaSO4 a partir de CaCO3?

6.8. Una planta generadora de energa elctrica de 1,000MW que consume carbn consume antracita, que contiene 5% de cenizas y 2.5% de azufre, con una eficiencia trmica de 40%. El contenido calorfico del carbn es de 31.280 KJ/Kg. Si el 99.5% de las cenizas y el 88% del so2 se capturan antes de que se emitan por la chimenea, calcule:

(a) la taza de alimentacin de carbn al horno (Kg/dia)

(b) la taza de emisin de cenizas y SO2 hacia la atmsfera (Kg/dia)

(c) el volumen de SO2 que se emite (m3/dia) a 20 C y presin atmosfrica

SOLUCIN:

F: Kg Carbon/Dia = ? Si 1000Mw = 109 J/seg

6.9. Una muestra de 25.26 g de sulfato de magnesio hidratado (MgSO4XH2O) se calienta a 400C para eliminar el agua de cristalizacin. Se encuentra un residuo de 12.34 g de sulfato de magnesio anhidro. Cul es el valor de X?

EMBED Equation.3

6.10. Por accidente se derrama etanol a un ri, la accin microbiana lo degrada de acuerdo con la ecuacin de reaccin

(a) Cuntos kilogramos de oxigeno se consumen en el proceso si se derramaron 500 Kg de etanol?

(b) Cuntos kilogramos de CO2 se producen?

SOLUCIN:

(a)

(b)

6.11.Cuntos gramos de magnesio se necesitan para formar 1 Kg. de carbonato de magnesio?

6.12. El aire es una solucin compuesta principalmente por nitrgeno, oxigeno y argon, con fracciones molares de0.781, 0.21 y 0.009, respectivamente. Calcule las fracciones de masa de cada uno.

Se sabe:

Remplazando valores de mA y masa total e las ecuaciones anteriores.

6.13.Una muestra de 7.14 g de yoduro de potasio se disuelve en 145 g de agua Cul es (a) la molalidad y (b) la fraccin molar de KI en la solucin?

a) ,

b)

6.16. Una planta de fundicin emite 1 tonelada mtrica de SO2, que se transforma en H2SO4 en la atmsfera hmeda de acuerdo a las reacciones

Cuando cae al suelo con una precipitacin pluvial de 10mm sobre una rea total de 400 Km2, que pH es de esperar en la lluvia a 25 C si el nico componente adicional del pH se incorpora a los niveles ambientales de CO2? Suponga disociacin total de H2SO4 y un pH de 5.6 para la lluvia normal con base a los niveles ambientales de CO2.

SOLUCIN:

Para una lluvia acida normal pH = 5.6

La emision de SO2 para una tonelada en gramos

De la reaccin

De la disolucin:

Consideramos gases ideales: PV = nRT

Hallamos el volumen:

V = 382091.875L

Obtenemos de:

Calculamos la concentracin:

6.18. Como jefe de control ambiental de una fundadora de Zinc y plomo usted esta a cargo del control de la emisiones de lluvia acida. Dicho control se consigue neutralizando el dixido de azufre que se extrae de las chimeneas durante la operacin de fundicin.

(a) con base a la siguiente reaccin, Cuntos litros de Ca(OH)2 2M se necesitan para neutralizar los 120 Kg de SO2 que se producen cada da?

(b) si el hidrxido de calcio tiene una pureza de solo 95% en peso, Cuntos

kilogramos del mismo se deben diluir para preparar 100L de la solucin 2M?

SOLUCIN:

(a)

(b)

Al 95% = 14000KgCa(OH)2 * 095

6.20. Se ha analizado una muestra de agua obteniendo los siguientes resultados:

CatinCantidad

(mg / L)

Ca+2

Mg+2

Na+104

38

19

Calcule el nmero de mili equivalentes por litro de cada catin, la dureza total y la alcalinidad como mg/L de CaCO3.

SOLUCION:

6.22. Un anlisis de una muestra de agua proporciona los siguientes resultados:

Alcalinidad total

72mg/L como CaCO3

Temperatura

25 C

pH

9.8Calcule las alcalinidades de carbonato, bicarbonato e hidrxido.

SOLUCION:

Donde:

Luego:

6.23.Una muestra de 200 mL de agua del lago Scugog requiri 2 mL de H2SO4 0.02 N para alcanzar el punto final de fenolftalena y 10 mL ms de cido para titular del punto final de fenolftalena al de naranja de metilo. Cules son las formas de alcalinidad que estn presentes y en qu concentraciones (como CaCO3)?

6.25.Si el agua del lago Ontario tiene concentraciones de Ca+2 y Mg+2 de 0.00096 y 0.00022 mol/L, respectivamente, Cul es la dureza del agua, expresada en mg/L de CaCO3?

6.26. Las siguientes concentraciones de cationes se obtuvieron de un anlisis de agua:

Cationes(mg / L)

Ca+2

Mg+2

Na+

K+60

20

15.5

8

Calcule la dureza y la alcalinidad como mg/L de CaCO3.

SOLUCIN:

Solo los iones divalentes Ca+2, Mg+2; contribuyen a al dureza

6.28. Al analizar una muestra de agua, se encuentra que contiene los siguientes constituyentes en las concentraciones que se indican:

Dixido de carbono (CO2)

8.8 mg/L

Bicarbonato de calcio [Ca(HCO3)2]

186.3 mg/L

Sulfato de calcio (Ca SO4)

81.6mg/L

La cal /Ca(OH)2)se usa para precipitar el CO2 y el Ca (HCO3)2, y la sosa comercial para precipitar el sulfato de calcio de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

Calcule la masa de cal y la sosa comercial necesaria para ablandar por completo en teora 1 litro de esa agua.SOLUCIN:

6.30. Un cilindro que contiene oxigeno a 20M Pa a 0 C podra explotar si la presin pasa de 50 M Pa, Cual es la temperatura mxima (C) a la que se puede almacenar este cilindro sin peligro, con un factor de seguridad de 2.0?

SOLUCION:

Considerando volumen constante

T1 = 0 C = 273K ; P1 = 20MPa

P2 = 50MPa ; factor de seguridad = 2.0

T2 = ?

Numero de moles no varia

Aplicando la ecuacin de los Gases Reales

PV = nRT

Si V = Cte.

6.31. Una muestra de 50 mL de oxigeno a una presin de 0.1 MPa se mezcla con una muestra de 250 mL de nitrgeno a la misma temperatura y a una presin 0.0667 MPa. La mezcla se coloca en un recipiente de 150 mL, sin que la temperatura cambie. Calcule la presin parcial de cada gas y la presin total del recipiente.

SOLUCIN:

Considerando la Temperatura constante de 298 K

Aplicando la ecuacin de los Gases Ideales:

Calculamos presin total PT

Calculamos las presiones parciales del oxigeno y del nitrgeno

6.34. Una muestra de 1.002 g de grafito (C) se quema totalmente en un recipiente de acero que contiene 250 mL de oxigeno a una presin de 1.0 MPa a 27 C. calcule la fraccin molar de cada gas y la presin total despus de la combustin: suponga que todos los gases y que la temperatura aumenta 2.5 C.

SOLUCIN:

Se tiene la reaccion:

Grafito (C) = 1.002 gramos

T = 27 C

VRECIPIENTE = VO2 = 250 mL = 0.25 L

Moles de grafito(C) = 0.0835

Moles de oxigeno, aplicamos la ecuacin: PO2 = 1MPa = 9.87 atm

El reactivo limitante es el grafito, y una combustin completa:

Despus de la reaccin queda:

Hallamos las fracciones molares de los gases:

Calculamos la presion total (PT) del recipiente:

6.36. La digestin anaerobia de un residuo industrial, que es principalmente acido actico, produce dixido de carbono y metano gaseosos. Calcule el volumen de CO2 y de metano que se produce diariamente a 20 C para una produccin diaria de residuos equivalente a 500 kg de CH3COOH.

SOLUCION:

Se tiene la reaccin:

T = 20 C

500 Kg CH3COOH = 8333.33 mol CH3COOH

Segn la reaccin se tiene: 1mol de CH3COOH, produce 1 mol de CO2 Y 1 mol de CH4

Por PV = nRT tenemos:

6.40. En la situacin que se describe el problema 6.39, suponga que una sola fabrica es la causante de la emisin del contaminante, y que la eficiencia global de la planta para la eliminacin de este material es de 60%. Si el flujo residual promedio que sale de la fabrica es 0.05 m3/seg., entonces sin tomar en cuenta los volmenes que se quitan alas flujos (por ejemplo, en los slidos, etc.,) cual es la concentracin mxima del contaminante, en mg/L, que se puede descargar al sistema de alcantarillado.

SOLUCIN:

Realizamos el balance de materia:

Del problema (6.39), Ci = 1.169 mg/L

Aplicamos la formula:

En la ecuacin de balance de materia, se tiene:

Base de clculo 1dia:

6.42. Un esperador que trabaja por gravedad recibe 30,000 galones por da de lodos de aguas residuales y aumenta el contenido de slidos de 3.0 a 7.0% con una recuperacin del 90% de los slidos. Calcule el volumen de lodos espesados.

SOLUCIN:

De un balance de materia: de slidosENTRADA = SALIDA

R = L + E

Base de clculo para un da:

; Q = V / t ; t = 1 da

6.46. Se lleva acabo una reaccin qumica en un RTCM. El componente A se trasforma en el producto C, y la ecuacin de velocidad se informa como

(a) calcule el volumen necesario para una conversin del 90% de A para un gasto volumtrico de 100 L/seg., suponiendo que [A0] = 0.1 mol/L.

(b) despus de que ha completado el diseo, el ingeniero averigua que se ha cometido un error en el orden de la reaccin, la cual resulta ser de orden cero, y la ecuacin correcta es

Cul ser el efecto de esto en el diseo?

SOLUCIN:

(a) en un RTCM

Aplicando la ecuacin:

Despejando volumen tenemos:

(b) si la reaccione es de orden cero

El volumen seria:

En un error de diseo de volumen de 5940 L.

6.50. Una reaccin en fase liquidase lleva acabo en un reactor intermitente a temperatura constante. Se alcanza una conversin del 50% en 20 minutos cuanto tiempo tomara alcanzar la misma conversin (a) en RTFT; (b) en un RTCM?

SOLUCIN:

T = Cte

X = 50 %

T = 20 min.(a) en un RTFT, cal calculamos el valor de k

Se tiene la ecuacin: para una reaccin de 1er orden

El tiempo seria el mismo, t = 20 min.

(b) en un RTCM

EMBED MSPhotoEd.3

EMBED Equation.3

SOLUCIONARIO DE EJERCICIOS DE BALANCE DE MATERIA, CINTICA DE REACCIONES Y REACTORES

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