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Ejercicios 8.36

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Ejercicios del Folder "Principios Elementales de los Procesos Químicos"

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Ejercicios 8.36

  1. 1. 8.36 a) Determinalaentalpiaespecifica(Kj/mol) del vapor n-hexanoa200°C y 2 atm, enrelación con el n-hexanolíquidoa20°C y 1 atm, suponiendoque el vaporse comportacomogas ideal. Demuestraconclaridadla trayectoriadel procesoconstruidaparaestoscálculos,e indique los cambiosde entalpiaencada paso.Señale donde aplicólasuposiciónde laidealidaddelgas. 𝛥𝐻5 = 0 CpΔH2 y CpΔH4  tablaB.2 𝛥𝐻2 = ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 𝑇2 𝑇1 ∆𝐻2 = (216.3𝑥10−3 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )(68.74°𝐶 − 20°𝐶) ∆𝐻2 = 10.542462 kJ mol ∆𝐻4 = ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 𝑇2 𝑇1  ∆𝐻4 = (137.44𝑥10−3 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) (200°𝐶 − 68.74°𝐶)+ (40.85𝑥10−5 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )(200°𝐶−68.74°𝐶)2 2 + (−23.9𝑥10−8 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )(200°𝐶−68.74°𝐶)3 3 + (57.66𝑥10−12 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )(200°𝐶−68.74°𝐶)4 4  ∆𝐻4 = 18.0403744 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 + 7.204880433 kJ mol − 0.61196853 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 + 0.02274215 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙  ∆𝐻4 = 24.65602845 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ∆𝐻3 = 28.85 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙  tablaB.1 ∆𝐻1 = ∆𝐻2 + ∆𝐻3 + ∆𝐻4 + ∆𝐻5 ∆𝐻1 = 10.542462 kJ mol + 28.85 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 + 24.65602845 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 + 0 ∆𝐻1 = 6404849045 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 b) ¿Cual esla entalpiade n-hexanolíquidoa20°C a 1 atm enrelaciónconel vapor de n-hexanoa 200°C a 2 atm? c) A partirdel valorĤ calculadoenel inciso(a) yasumiendocomportamientoideal de gas determine laenergíainternaespecifiadel vapora200°C y 2 atm.Indique de nuevodonde empleó la suposicióndel gasideal. χ(n-hexano l, 20°C, 1 atm) χ(n-hexano l, 68.74°C, 1 atm) χ(n-hexano v, 68.74°C, 1 atm) χ(n-hexano v, 200°C, 1 atm) χ(n-hexano v, 20°C, 2 atm)ΔH1 ΔH2 ΔH3 ΔH4 ΔH5 se comporta como gas ideal (depende de la temperatura y no de la presión) con T constante por lo tanto
  2. 2. Ciclopentano V=1550L/s T=150°C P=1 atm ṁ= 16465.84 mol/s ∆𝐻 = ∆𝑈 + ∆(𝑃𝑉)  𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 ; 2𝑎𝑡𝑚 = 202650 𝑁/𝑚2 ∆𝑈 = ∆𝐻 − 𝑃∆(𝑉)  𝑉 𝑛 = 𝑅𝑇 𝑃  𝑉 𝑛 = (8.3148 𝐽 𝑚𝑜𝑙𝐾 )(473.15𝐾) 202650 𝑁/𝑚2 ∆𝑈 = 64.0727 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 − 1.945 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ∆𝑈 = 62.1327 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 8.45 una coriiente de vaporde ciclopentanopuro,que fluye arazónde 1550 L/s a 150°C y 1 atm, entraa unaenfriadoradonde 55% de alimentaciónse condensaapresiónconstante. a) ¿Cuál esla temperaturaenlasalidadel condensador?Expliquecómolosabe (unaoraciónes suficiente) 𝐺𝐸 = 𝜌 𝜌𝑟𝑒𝑓 ( 𝜌𝑟𝑒𝑓)( 𝐺𝐸) = 𝜌 𝜌𝑟𝑒𝑓 = (1000 𝑘𝑔 𝑚3)( 1𝑚3 1000𝑙 ) 𝜌 = (1 𝑘𝑔 𝑙 ) (0.745) 𝜌 = 0.745 𝑘𝑔 𝑙 (0.745 𝑘𝑔 𝑙 ) ( 1000𝑔 1𝑘𝑔 ) = 745 𝑔 𝑙 ṁ = (1550 𝑙 𝑠 )( 1𝑚𝑜𝑙 70.13𝑔 ) ( 745𝑔 1𝑙 ) ṁ = 16465.84 𝑚𝑜𝑙 𝑠 b) Prepara y llenaunatablade entalpiasenentradaysalida,ycalcule lavelocidadde enfriamento requerdioenKW ENTRADA SALIDAS Ciclopentano (45%v) P= 1 atm T= 49.3°C tabla B.1 Ciclopentano (55%l) P=1 atm
  3. 3. Ciclopentano (v, 49.3°C,1atm) Ciclopentano (l, 49.3°C,1atm) Sustancias ṅ mol/s Ĥ kJ/mol ṅmol/s ĤkJ/mol Ciclopentano l 0 0 ṅ1 Ĥ2 Ciclopentano v 16465.84 Ĥ1 ṅ2 Ĥ3 REFERENCIA:(v,150°C, 1 atm)  Ĥ1=0 ṅ1 = (ṁ)(55%𝑙) ṅ1 = (16465.48 𝑚𝑜𝑙 𝑠 )(0.55) ṅ1 = 9056.014 𝑚𝑜𝑙 𝑠 ṁ = ṅ1 + ṅ2 ṅ2 = ṁ − ṅ1 ṅ2 = 16465.48 𝑚𝑜𝑙 𝑠 − 9056.014 𝑚𝑜𝑙 𝑠 ṅ2 = 7409.466 𝑚𝑜𝑙 𝑠 ciclopentano(v,150°C,1atm) ciclopentano(v,49.3°C,1 atm) 𝛥𝐻2 = ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 𝑇2 𝑇1  ∆𝐻2 = ∫ 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑇 150 49.3  ∆𝐻2 = (73.39 𝑥10−3)(49.3°𝐶 − 150°𝐶) + (39.28𝑥10−5)(49.3°𝐶−150°𝐶)2 2 + (−25.54𝑥10−8)(49.3°𝐶−150°𝐶)3 3 + (68.66𝑥10−12)(49.3°𝐶−150°𝐶)4 4 ∆𝐻2 = (−7.390373 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) + (−3.941651764 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) + (0.277124055 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) + (−8.58838271𝑥10−3 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) ∆𝐻2 = −11.06348909 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ΔH3 ΔH3.1 ΔH3.2
  4. 4. Ciclopentano (v, 150°C,1atm) ∆𝐻3.1 = ∆𝐻2 ∆𝐻3.1 = −11.06348909 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ∆𝐻3.2 = −27.30 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙  Tabla B.1 ∆𝐻3 = ∆𝐻3.1 + ∆𝐻3.2 ∆𝐻3 = (−11.06348909 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) + (−27.30 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) ∆𝐻3 = −38.36348909 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝑄 = ∆𝐻 𝑄 = ∑ ṁ𝑖Ĥ𝑖 − 𝑂𝑈𝑇 ∑ṁ𝑖Ĥ𝑖 𝑖𝑛 𝑄 = [(9056.014 𝑚𝑜𝑙 𝑠 )(−11.06348909 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) + (7409.466 𝑚𝑜𝑙 𝑠 )(−38.36348909 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )] − (16465.84 𝑚𝑜𝑙 𝑠 )(0 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 ) 𝑄 = −100191.1121 𝑘𝐽 𝑠 + −284252.9681 𝑘𝐽 𝑠 𝑄 = −384444.0802 𝑘𝐽 𝑠 (−384444.0802 𝑘𝐽 𝑠 ) ( 1000𝐽 1𝑘𝐽 ) ( 1𝑊 1 𝐽 𝑠 )( 10−3 𝐾𝑊 1𝑊 ) = −384444.0802 𝐾𝑊 ENTRADA SALIDAS Sustancias ṅ mol/s Ĥ kJ/mol ṅmol/s ĤkJ/mol Ciclopentano l 0 0 9056.014 -8.84 Ciclopentano v 16465.84 0 7409.466 -38.36
  5. 5. 8.51 una mexclaliquidaquimolarde n.pentano yn-hexanoa80°C y 5 atm se alimentaaun evaporadorinstantáneoarazónde 100 mol/s.cuandolaalimentaciónse expone alapresión reducidade evaporadorse vaporizaunacantidadconsiderable.Latemperaturadel tanque se mantiene a651C agregandocalor.Las fasesde vapor,liquido,que estánenequilibrioentre si,se dividenydescargancomocorrientesseparadas.Lacorriente de productocontiene 41mol% de pentano.A continuaciónincluyeel diagramade flujoylatablade entalpiasde entradaysalidas para el proceso. REFERENCIA:P(L,65°C ; H(L, 65°C) ENTRADA SALIDA SUSTANCIAS ṅ mol/s Ĥ kJ/mol ṅ mol/s Ĥ kJ/mol P L ṅa Ĥa ṅc Ĥc P v - - ṅd Ĥd H L ṅb Ĥb ṅe Ĥe H l - - ṅf Ĥf P (L,65°, Po) P(L,80°C, 5atm) H(L, 65°C, Po) H(L,80°C, 5atm) Ĥ𝑐 = 0 = Ĥ𝑒 P(V,65°C, ) P(L,80°C, 5atm) XH= (1-XP)=0.59 mol Ĥa Ĥb Ĥf Ĥd
  6. 6. H(V,65°C ) H(L, 80°C, 5 atm) a) Usa laleyde Raoult para calcularel equilibriovapor-líquido,calcule(i) lapresióndel sistemaPo(atm);(ii) lafracciónmolardel pentanonel vaporproducido,Yp,(iii) la velocidaddel flujovolumétricodel vaporproducido,V(L/s);y(iv) lavaporizaciónfraccional del pentano,f(molesvaporizados/molesalimentados).

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