Problemas balance - sistemas abiertos y cerrados PDF

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sistemas abiertos y cerrados ...

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Problema 3.- Un aceite de gravedad específica 0,84 fluye desde un tanque A través de una tubería de acero galvanizado de 500 ft de largo y diámetro nominal de 6” hasta un punto B a 100 plg de altura Calcular la presión necesaria (en psig) en el recipiente A para lograr un flujo volumétrico de 0,45 ft3/seg, si la pérdida por fricción en el sistema es de 1,9 lbf.ft/lb. R: 1,33 psig

SOLUCION: 100 pulg= 2.54 m 80 pulg= 2.03 m

Q= A x V F

V F =√ 2 gh V F =√ 2 x 9.8 x 2.54 V F =7.056 m / s G especifica: 0.84

gespecifica = 0.84=

ρfluido ρagua

ρfluido 997

ρfluido=837.48 Kg /m 3 Υ =ρ x g

Υ =837.48 x 9.8 Υ =8207.3

P1 V 2 P2 V2 + z +h p +Z= + + Υ 2g Υ 2g Eliminamos v2 Eliminamos z1 =0

P1 7.0562 = +2.54 +h p 8240.4 2(9.8)

P1=41861 , 2

N +h m2 p

P1=60 Psi

Problema 3.- Una mezcla que contiene 46 % en peso de acetona (CH3COCH3), 27 % de ácido acético (CH3COOH) y 27 % de anhídrido acético (CH3CO-O-OCCH3) se destila a presión atmosférica. La alimentación entra a una columna de destilación a T= 348 K y a una velocidad de 15000 kg/h. El destilado (que sale por el tope de la torre de destilación) es esencialmente acetona pura, y el producto de la parte inferior contiene 1.00 % de la acetona que entra a la columna. El vapor de salida del tope de la columna entra a un condensador a 329 K y sale como líquido a 303 K. La mitad del condensado se extrae del sistema en tanto que el resto se retoma como reflujo a la columna. El líquido que sale por la base de la torre va a un calentador de vapor, donde es parcialmente evaporado. La fracción vaporizada (3,20 % de acetona. 73,5 % de ácido y 23,0 % de anhídrido acético) vuelve a la columna a una temperatura de 398 K. y el líquido residual, también a 398 K y en equilibrio con el vapor, constituye el producto inferior o también llamado producto de cola de la torre. Determine: (a) las velocidades de flujo y las composiciones de los flujos de productos: (b) el calor que es necesario retirar en el condensador. Q c (kJ/h). SOLUCION

a) Balance de materia Producto liquido de fondo de la columna Acetona (0.01) (0.46) (15000) =69 kg Ácido Acético (0.27) (15000) = 4050 kg Anhídrido Acético (0.46) (15000) = 4050 kg Calculo de la composición del flujo de los productos de fondo: Productos

Masa(kg)

Calculo porcentual

Porcentaje

Acetona

69

69/8169 *100

0.84%

Ácido Acético

4050

4050/8169 * 100

49.58%

Anhídrido Acético

4050

4050/8169 * 100

49.58%

Masa total

8169

Producto tope de la torre de destilación: Acetona

( 0.46) ( 15000) =Destilado+ 69 Destilado=6831 Kg b) Balance materia Acetona(v, 329 K) -> Acetona(1.329 K) -> Acetona (l , 303 K)

(

)

(

)

kJ kJ +(2.30 x ( 303 −329 ) K ) kg . K kg ∆ H=m ¿ kJ kJ +(2.30 x ( 303 −329 ) K ) − 521 kg . K kg ∆ H=6831 kg x ¿ kJ ∆ H=−3967444.8 h − 521

Problema 7.- Una solución de ácido sulfúrico está marcada como 8N (donde 1N = 1 gequivalente/L y 1 mol de H2SO4 contiene 2 g-equivalentes). La gravedad especifica de la solución es 1,230, y su capacidad calorífica es 3,00 J/(g-°C). Calcule la entalpia específica de

esta solución (en kJ/mol H2SO4) a 60°C, en relación con H2O pura y una solución muy diluida a 25°C. SOLUCION Calculo de V :

Eq= Eq

Masa Molecular ; θ → valencia θ

H 2 S O4 =

N=

98 →=49 2

Eq− g Vsolucion(l)

8 N=

49 Vsolucion

Vsolucion=6.125 L Gravedad especifica:

Gravedad Especifica=

densidad del fluido densidad del agua a 4 °C

PH 2 S O 4 =1.230 PH 2 O PH 2 S O4=1.230 X 1 g / ml p=

m → m= px V V

m=1.230

g x 6125 ml ml

m=7533.75 g Calculo de la entalpia : T2

∆ H=∫ mCpdT → ∆ H =mCp ( T 2−T 1 ) T1

∆ H=7533.75 g x 3

J x ( 60 −25 ) ° C g−° C

∆ H =791043.75 J ∆ H=791.043 KJ Calculo de entalpia especifica

∆ H=

791.043 98 g x 7533.75 1 mol

∆ H =10.298...