Problemas - Cristalizacion PDF

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Cristalizacion 1)una solucion de Ba(NO3)2 que procede de un evaporador contiene 30 Kg de Kg de h2O y pasa a un cristalizador donde se enfria y cristaliza nitrato de bario. El enfriamiento produce una evaporacion del de agua presente en la solucion original. Calcule lo siguiente para una alimentacion...

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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 de solucion. a)el rendimiento de cristalizacion cuando la solucion se enfrie a 290°K (17°C) 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 290°K= 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)Datos solubilidad a 290°K= 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

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 30°c 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 =0.54 1555 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 18°C. la temperatura de ebullicion en el aparato es de 105°C. 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=105°C | | 18°C | |_|__________| | | | 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 )

Consumo de calor evaporado Qev=W*Y = 852.17 Kg*γ (105°C, p=1atm) Consumo de vapor calentado Qcal=Gin*Cin*(Teb-Tin) Como Xin|_____________ |--------------------> 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+W m^3 sol Kg Sal

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/Kg°K=1055 J/Kg°K 98 C=4190*(1-0.4)+1055*0.4=2936 J/Kg°K 15) que se entiende por cristalizacion fraccionada expliquese con la ayuda de un diagrama como se puede explicarse esta operación a una mezcla de cloruro sodico y nitrato sodico, teniendo en cuenta los siguientes datos a 293°K 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 373°K 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 sgt figura. Tanto con respecto al NaCl como al NaNO3 a 293 y 373°K respectivamente A este sistema se le puede aplicar la cristalizacion fraccionada en forma que se infica a continuacion:

40 36 25 17

| |\ | \ a 373°K |\ \ | \ \ | A \ | \ a 293°K \ | \ -------------\ 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 la composicion 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 tamaño de las particulas El porcentaje de NaNo3 recuperado a partir de la solucion saaturada a 373°Kes (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 δ=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

Solucion δ H2O=1000 Kg/m^3 M H2O= δ 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/Kg°K 18.02 C Hielo=2*9.6+1*16.8=1.998 KJ/Kg°K 18.02 C NaCl=1*26+1*26=0.889 Kj/Kg°K (23+35.5) C=3.39*0.1333+1.988*0.5333+0.889*0.3333 C=1.8139 KJ/Kg°K 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 160°C, la presiondel vapor saturado de anilina es 300 mmHg y a la presion atmosferica de Teb de la anilina es 184°C. Solucion: Usando patron Hxano: del diagrama P1=300 P2=760

Q1=49.2 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 (49.2-24.5)

Teb=130.1°C

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 107.5°C, luego utilizando la tabla de vapor de agua saturado en funcion de la temp. Veremos que es igual a 1.345 atm. La

relacion entre las presiones de vapor de la solucion y el agua a la misma temperaturas de 107.5°C es P = 1.033=0.77 Po 1.345 De acuerdo a la regla de babo esta relacion conserva su valor constante para todas las temperaturas de ebul. de la solucion, por tanto a la temperatura t P’ = 0.5 =0.77 Po’ Po’

Po’=0.55/0.77=0.65 atm

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=87.5°C La temperatura de ebullicion del agua a p=0.5 atm es igual a 80.9°C 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/Kg°K Para 20% C=4190*(1-0.20)=3352 J/Kg°K

21)Se enfria lentamente hasta la temperatura de 20°C una solucion de 30% de Na2CO3 que pesa 10000 Kg. Los cristales formados son de Na2CO3 a 20°C 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 + X 7000=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...