APUNTES DE PROCESOS QUÍMICOS INDSUTRIALES

DIAGRAMA CONCEPTUAL DE UNA EMPRESA (INDUSTRIAL)

Fenómeno Físico: Es aquel fenómeno en el que interviene la materia y no sufre cambios en su estructurainterna .

Fenómeno: Es cualquier acción ó sucesos que sufre la naturaleza.

Fenómeno Químico: Es aquel fenómeno en el que interviene la materia y esta sufre un cambio en su estructurainterna.

Fenómeno Físico − Químico: Es aquel fenómeno en el que interviene la materia y esta puede tener cambio o ala vez no en su estructura interna y / o en su composición.

Planta Piloto: Es aquella donde se usan materiales y materia prima en equipo pequeño.

Administración: Es el área en el que se planea, se dirige, se supervisa, se controla, se organiza, los recursos dela empresa para producir un bien ó servicio.

Ing. Industrial: De hacer u organizar los procedimientos y trabajos que se realizan dentro de un áreaproductiva.

Ing. En Sistemas: Manejar la información de toda la organización a través de sistemas de información y decontrol.

Financiera: Se encarga de controlar todos los recursos financieros y económicos de la empresa.

Tecnología: Es la aplicación del conocimiento de manera eficiente y eficaz.

Desechos: Materiales que ya no son útiles para le empresa, son los desperdicios obtenidos de la elaboración deun producto.

PROCESO INDUSTRIAL

Materia prima

Insumos PROCESO INDUSTRIAL producto (s)

servicios

desechos subproductos

Proceso Industrial: Conjunto de operaciones y procesos unitarios que le ocurren a la materia para sertransformada en un producto final.

Las Operaciones Unitarias: Son fenómenos físicos característicos que le ocurren a la materia en un procesoindustrial.

Los Procesos Unitarios: Es un fenómeno químico característico que le ocurre a la materia en un proceso

1

industrial.

− Continuo.

Proceso industrial − Intermitente ó por lotes (Batch).

− Mixto.

P. I. Continuo: Es aquel en el que tanto la materia prima como el producto, fluyen interrumpidamente en elproceso.

P. I. Intermitente: Es aquel que en el proceso se carga una determinada cantidad de materia prima y pasado eltiempo, después de obtener el producto deseado el proceso se detiene para una nueva carga.

P. I. Mixto: Es un proceso constituido por varios arreglos de fabricación por lotes que permiten un flujocontinuo de materia prima y de productos.

P. I. Intensivo en Mano de Obra: Es el que es manual, es todo el personal.

P. I. Intensivo en Capital : Utiliza menor mano de obra y más instrumentación de control.

Materia Prima: Es el material que va a ser transformado a través de un proceso y que forma parte esencial parala obtención del producto.

Sólida

Orgánica Animal

Materia Prima Inorgánica Líquida Vegetal

Gaseosa

Insumos: Es un material que no necesariamente es esencial para el producto que puede servir como una vía depresentación ó composición del producto.

Ejemplo: Agua, colorantes, Saborizantes, Conservadores, Empaque, etc.

Servicios: Son aquellos medios que sirven para llevar a cabo los procesos industriales.

Ejemplo: Energía eléctrica, Energía calorífica, Energía solar, Aire, Agua, etc.

Producto: Es la razón de ser del proceso industrial. Es aquel material que va a servir para satisfacer unanecesidad.

Equipo: Sería el lugar donde se lleva a cabo las operaciones o los procesos unitarios.

Ejemplo: Bombas, Conservador, Evaporador, etc.

Proceso: Es la serie de pasos que se llevan a cabo para obtener el producto deseado.

Mano de Obra: Es la utilización del recurso humano dentro de la industria que se utiliza para el procesoindustrial.

2

Capital: Son todos los bienes de la empresa, dinero, material, acciones, equipo, etc.

Energía: Todo lo que nos ayuda a realizar un trabajo.

Materia

Balance Entra + Acumule = Sale

Energía A + B = C

Temperatura

Masa

Volumen

Propiedades Distancia

Ó Presión

Variables Energía

Densidades

Etc.

UNIDADES FUNDAMENTALES

CGS centímetro, gramo, segundo.

MKS metro, kilogramo, segundo.

FPS pie, libra, segundo.

SI metro, kilogramo, segundo.

Distancia metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Temperatura º kelvin k

Intensidad de corriente Amper A

Cantidad de sustancia Mol Mol

Intensidad luminosa Candela Cd

SISTEMA DE UNIDADES UTILIZADAS EN VARIABLES DEL PROCESO

3

TEMPERATURA : Grado mayor o menor de calor que un cuerpo tiene.• VOLUMEN : Es el lugar o espacio que ocupan los cuerpos es una propiedad de la materia.• PRESIÓN : Es la relación que hay entre una fuerza aplicada y el área sobre lo que actúa.• VISCOSIDAD : Es una medida de la resistencia que opone un líquido a fluir.•

PREFIJO SÍMBOLO

Mega M 1000000

Kilo K 1000

Hecto H 100

Deca da 10

Deci D 0.1

Centi C 0.01

Mili M 0.001

Micro 0.000001

Peso Molecular de

= 18

Carga del electrón =

SISTEMAS DE MEDICIÓN

MASA DISTANCIA TIEMPO VOLUMEN TEMP PRES DENS

CGS Gramo g Centímetro cm Segundo s º C

MKSKilogramokg

Metro m Segundo s º C

FPS Libra lb Pie pie Segundo s º F (R)

SIKilogramokg

Metro m Segundo s º K

otras Tonelada tn Decímetros dm Minuto min Galón gl

Onza osi Pulgada plg Hora h Litro l

Pascal

MmHgAtm

Volumétrico másico

4

barril

MASA TEMPERATURA VOLUMEN

1kg = 2.2. lb º C = º F − 32 / 1.8

1 lb = 454 g º F= 1.8 º C + 32

1 tn = 1000k º K = º C

R = º F + 460

PRESIÓN

DISTANCIA

1 pie = 30.5 cm

1 plg = 2.54 cm

EJERCICIO

Masa y nivel del líquido.• Unidades en cgs, mks y fps.• ¿en que tiempo ( h, min, s ) se vacía el tanque?• Flujo másico•

altura Diámetro nivel volumen masa densidad

Cgs 500cm 300 cm 375 cmTanquelíquido

1.15

Mks 5 m 3 m 3.75 m35.325

26.4930463.5 kg

1.15

Fps

temperatura presiónFlujovolumétrico

O de desalojo

Cgs 40 º C

5

Mks 40 º C

fps

Masa• Unidades en cgs, mks y fps• En que tiempo (h, min, s) se vacia el tanque• Flujo masico•

Altura Diámetro Nivel Volumen Masa

Tanque Liquido

cgs 500 cm 300 cm 375 cm 35325cm 3 2649cm3 36463.5 g

mks 5 m 3 m 3.75 m 35.32 m3 26.49 m3 36.463 kg

fps 16.404 9.843 12.303 971.882f 72.880 f

Estados de la materia

Presión sólido ( + ) ( + )

Temperatura liquido ( − ) ( + )

Volumen Gas ( − ) ( − )

Forma

Condiciones del gas ideal

1.− Volumen de las moléculas que contienen

2.− No existe fuerza de atracción en tra las molecolas

3.− Que los choques entre las moléculas son flexibles

Ley de Boyle

Una masa determinada es inversamente proporcional

(v) =

VP = V1P1 = V2P2=V3P3=*

Ley de charles

El volumen de una masa determinada de gas a una presion constante varia inversamente proporcional a latemperatura absoluta.

(V)mp = R, T

T= temperatura V1 V2 V3 K2

Absoluta T1 T2 T3

6

Ley de Goy Loussac

(p)

la presion d euna masa

(p) = K2T =

PV

T

V

T

P

T

PV

T

R= 10.72

PV

T

PV= nTR PM = d=

N= d=

PV RT PM= d

1 solo gas

PV = n R T

Variables con cambios

P1V1 P2V2

T1 T2

En el sistema

P1V1 = n1RT1 P2V2 = n2RT2 P3V3 = n3RT3

P1 =n1 P2 =n2 P2 =n2

7

Ley de Dalton

PT= P1+ P2+ P3 +Pn

PT= + +

PT = (N1 + N2 + Nn)

PTV = NTR Mezcla

Mezcla

%Peso = x 100

% mol = % Volumen = % mol

% Vol = x 100

Problema:

De un tanque de m 20Kg de gas butano ( C4H10) fluye una cantidad a razón de 30 pies3 durante 3 minutos auna presión de 10 Lb/plg2 y una temperatura de 68° F.

calculé la densidad del gas en las condiciones de flujo• ¿Qué cantidad de gas queda en el tanque después de los 3 min?•

.1024 lb/pie2

PM= 58 lb/mol n= PV/PT = (10 pie3) x (30 pie3/mol) x 3 mol 0.109lb/mol

10.72lb/pulg x 52.228

m= n PM= 0.109 lb/mol x 56 lb/mol

m= 44−9.11= 34.77 lb

Problema:

15 kg de bióxido de azufre (SO2) que se encuentran a condiciones normales de presión y temperatura, seintroducen a un reactor donde se incrementa la temperatura a 400°C y la presión a 3 atm.

¿Qué volumen de gas se supone qu entra en las condiciones del rector?•

n= = 234.4 mol

V1 = (nRT) / P = (234.4 mol X 0.082 X 273°K) / 1 atm = Vcn 5247.27 L

= = = 9950.34 L

Volumen ma condiciones normales de temperatura?•

1 mol = Vcn = 22.4 l

8

243.4 mol X 22.4 l/mol = 5247.27 l

Problema 2

Una mezcla de gas contiene 80% mol de metano (CH4) por 15% mol de etano (C2H6) y 5% mol de azufre(S). La mezcla se encuentra a 150 oC y 8 atm de presión en un tanque de 10' 000 l. determinar.

la presión parcial de cada gas.• La cantidad en libras de cada gas• El porciento peso de cada gas.•

PM

CH4 = 16 g / mol

C2H6 = 30 g/mol

S= 32 g/mol

Pt V= nRT

nT = Pt V/ RT = 30 atm * 1000l / 0.08 atm−l/ molk * 423 = 864.9

S= 0.05 * 864.9 = 43.6 mol S

C2H6 = 0.15 * 864.9 = 129.1 mol

CH4 = 0.80 * 864.9 = 691.9 mol

864.9 mol

b) n= M/ PM

Ms = 43 l mol * 32 g/mol = 1382.4 g = 3.04 lb

M CH4 = 691.9 mol * 16 g /mol = 11070.4 = 84.38 lb

M C2H6 = 129.7 mol * 30 g/mol = 3891.0 g = 8.56 lb

MT 16343.8 g = 35.99 lb

c) Porciento peso = ME/ MT*100 % peso = 1382.4 / 16343.8 * 100 = 8.45 %

% peso = 11670.4 / 16343.5 / 100 = 67.73 %

% P C2H6 = 3891 / 16343.8 * 100 = 23.83 %

PROBLEMAS

Un recipiente contiene un gas a una presión 10 y contiene un temperatura de 300 k• ¿Cuál es la temperatura de ese gas al triplicarse la presión?• Si hay 100 g de CO2 en el recipiente a una presión inicial de 5 atm cuál es el volumen del recipiente y la•

9

densidad a estas condiciones500g de etileno (C2H2) a 40 oc y 30 atm se somete a una presión sobárica, cambiando la temperatura a20oC determinar:

•

¿Cuál es el nuevo volumen del gas?• ¿Cuál es la densidad de este gas a CNPT?• Para obtener amoniaco (NH3) se introduce 30 lb de N2y 6 lb de H2 un reactor de 2 pies3 donde se lleva acabo la reacción una fase gaseosa, resultando una presión de la mezcla de 20 kg/cm2 y una temperaruta de240 oC la reacción que tiene una eficiencia de 80% es la siguiente

•

N2 (g) + 3 H2 (g) ! 2NH3 (g)

Calcular:

la cantidad de gases que hay en la mezcla después de la reacción• La presión parcial de cada gas• La composición de la mezcla en % volumen•

Un recipiente

P1=

T1=

T2 = ?•

P2 = 3p

Mco2 = 100g•

P1 = 5 atm

V= ?

d =?

V = cte

P1/T1 = P2/T2

T2 = P2T1/P1

T2 = 3P2 T1/P1

T2 = 3 * 300

T2 = 900

nco2 = m/PM = 100g / 44 g

n= 2.27 mol

v = nRT/p = 2.27 mol * 0.08 atm−l/mol k*300k/5atm

D = P*PM/RT

5 atm * 44g/mol/0.082*300

d = m/v = 100g / 11.1lb

d= 8.943 g/l

MC2H2= 500g

T1=40oC

P1= 30 atm

P=cte

T2=20oC

V2= ?• DCNPT= ?•

V1/T1=V2/T2

V2= V1/T1*T2

V2 =16.45*293

V2= 15.39 l

D= P*PM / RT

D=1atm*26 g/mol/.082*273 ok

D= 1.17 g/l

N= 500g/26g/mol=19.23 mol

V1= nRT/P1=

19.23 mol*0.082*313/5

v1 = 16.45l

10

NH3

MN2 = 30 lb

MN2 = 6lb

V = 2 pie3

P= 40 kg/cm3

Mezcla

T = 240oC

Epp = 30%

MN2 = 30 lb* 454 g/1lb = 13620 g

MN2= 13620/28= 4863 mol

MN2=6lb*454 g/1lb =2724 g

MN2=275/2 = 1362 mol

P=40 kg/cm3 * 1 atm/1.633 kg/cm2

P=38.72 atm

N2(g) + 3H2(g) !2NH3

N2+H2!NH3

n = m/PM PM= m/n = g/mol= lb/lb mol = tn / tn mol

m 28 g 2g 17g

m 28g + 6g = 34 g

34g = 34 g

N2 − H2

1 − 3

486.4 − X1

X1= 486.4 * 3/1

X1 = 1459.2 molH2

N2 − H2

1 − 3

Y=1362 mol

Y=1362 /3

Y= 454 reactivo limitante

11

n % mol %v Xi

N2

H2

NH3

123.3

272.4

726.4

10.4

24.2

64.7

109

24.2

64.7

0.109

0.342

0.647

nT =1122.0

V= 2 pie3 = 56.6 l

P = 40 kg /cm2 = 38.72 atm

T = 240 0C = 813K

Cantidad de gases a la salida• Pc=• % v•

Pi − XPT

P1V2 = 0.1094 * 3872 atm = 4.22 atm

PH2 = 0.242 *3338 atm = 937 atm

PNH3 0.647 * 833.8 atm = 25.05 atm 534.4 atm/ 832.12 atm

P = n * RT/V

PN2 = 123.2 mol*0.082 atm−l/molk/56.6 l

PN2= 91.5 atm

PV= Nrt

GAS

Ideal. Volumen de las moléculas (despreciable), fuerza entre las moléculas.• Real. Volumen entre las moléculas. Hay fuerza de atracción en las moléculas.•

(v) = K (PV)= pc

AT P

PV=� Tc

nRT

�= Factor de desviación del gas real.

= Factor de comprensibilidad.

12

CONDICIONES REDUCIDAS

PT= P CO2 Pc= 73 atm

Pc

Tr= T = 304.3k

TC NH3 Pc = 111.5 atm

Tc=406 k

Vr= V

Vc

PROBLEMA

Las constantes críticas del amoniaco (NH3)•

Pc= 111.5 atm y Tc= 406k

¿Cuál será el volumen real ocuparán 200 kg de gas a una temperatura de 170ºC y 160 atm? ¿cuál será elporcentaje % de desviación respecto al volumen ideal?

•

Las constantes críticas del dioxido de carbono son de Pc=73 atm y Tc=304.3 k ¡cuál serà la presión real delrecipiente de 120 L que contiene 20 kg de gas a una temperatura de 70ºC?

•

Pv= �nRT

V= �nRT Z 1.0

P

n= 200 000 = 117647 mol

17

Pr= P = 106 = 0.45

Pc 111.5 �= 0.62

Tr = T = 443= 1.09

Tc 406

T= 1757273.443

�= 0.62

V= 0.68 x 1176447 x 0.082 x 443 = � ideal = 1

%= �ideal−� x 100•

13

V= 2741.5 L

Vi=

Pv=�nRT �= 1

P= �nRT P=n�T = 454.54 x 0.082 x 343

V V 1202

P1 = P = P = Pi= 106.53 atm

Pc 73

Ti= T= 340 = 1.12 Pi= P

Tc 304.3 Pc

N = 200 000 g = 454 Pi= 106.57 = 1.45

44 73

�= 0.7

Pi = � Pi

=0.7 x 106.53

= 54.57 atm

ESTADO LIQUIDO

Gases ideales

Reales

Ley de Bagle

Forma Volumen

Gas (−) (−)

Líquido (−) (+)

d= m

v

tensión superficial *La densidad es mayor que los gases.

*La atracción de las moléculas se da tanto en el interior del líquido, como las que están afuera.

14

Las moléculas tienden a escapar y chocar unas contra otras y posteriormente regresan.

Tensión superficial.• Los líquidos fluyen.• F = P•

A

Gas

Viscosidad.− es la oposicion que presentan los gases o liquides al fluir

Presion de Vapor

Pv2

F = Pv L2 L1

A

Temperatura de ebullicion

La temperatura en la cual el liquido ejerce una presion de vapor arriba de el constante.

Presion barometrica C.d P=585mmHg

TH2C=93ª

Nivel del Mar P=760mmHg CH2O=100ª

H=Entalpia

Hv=Entalpia de vapor

Hl=Entalpia de liquido

Calor de vaporizacion

Hv=Hv−Hl

Df = Hv_____

DT T(Vf−Vl) P= Presion de vapor

T=temperatura de ebullicion

Vg= volumen de gas

Vf= volumen de liquido

Vg= RT

15

P para un mol de gas

dlnP− Hv dt

R T2

Encuentre los valores

Ln P2 = Hv (1 − 1)

P1 R (T1−T2)

Ln P2 = Hv (T2 − T 1)

P1 R (T1T2)

2.304 Log x =ln X

Ln P m= −Hv =

R

Pr=1atm

T=temperatura de ebullicion normal

Y= mx + b

P= m + b

T

Ln P=Incremento +b

T

Los siguientes dataos experimentales muestran el comportamiento de la presion de vapor del etanol(C2H5OH) respecto a la temperatura de ebullicion

T ªC 10 20 30 40 50 60 77.93

PmmHg 23.6 4.3 78.8 135.3 222 352.7 760

Determinar:

El calor latente de vaporizacion promedio en Col/g

Los valores de A y B de la ecuacion Ln = A + b

T

El punto de ebullicion normal

16

La presion de vapor de 0ªC

Ln P2 = Hv (T2 − T 1)

P1 R (T1T2)

T ª K 283 293 303 313 323 333

X=1* 10(3)

T3.53 3.41 3.03 3.19 3.09 3

Y= Ln P 3.16 3.76 4.36 4.90 5.40 5.86

Hv1 =(ln 4.3) (283*29.3)(1.98)=.9850 Cal/mol

( 23.6) (293−283)

Hv2 =(ln 78.8) (293*303)(1.98)=10647.4 Cal/mol

( 4.6) (303−293)

Hv3 =(ln 135.3) (303*313)(1.98)=.10151.2 Cal/mol

( 78.8) (313−303)

Hv4=(ln 222) (313*323)(1.98)=9912.37 Cal/mol

( 135.3) (323−313)

Hv5 =(ln 352.7) (323*333)(1.98)=.9859.09 Cal/mol

( 222) (333−323)

PM = 46 g/mol C2H5OH

Hv

m=−5097.91=A = R b=21.16 Hv=R.A=Pm=−1.98(−5097.91)= 10093.06 Cal/mol

Ln 760 = −5097.91 + 21.16 Ln 760−21.16= −5097.91

T T

T= 77.93ª C

P Ln P

T 1/T

Ln P= −5097.91 − 21.16

273

17

P=−37.85

A partir de los datos indicados en la tabla Calcular:

Los valores de A y B de la ecuacion Ln P= A/T + B

Indicar si el liquido hierve a una temperatura mayor que la del agua en la ciudad de mexico

Cual es la temperatura normal de ebullicion de ese liquido

Tª C 30 50 70 80 90 100

PmmHg 20.6 56.6 136 202.3 293.7 417.3

P2 = Hv (T2 − T 1)

P1 R (T1T2)

TK 303 323 343 353 363 373

X= 1/T*10(3) 3.3 3.04 2.91 3.83 2.75 2.68

Y= Ln P 3.02 4.91 5.30 5.68 6.03 6.03

Y= mX+ B

m=A=− 4853.08

b = B= 19.03

P2 = Hv (T2 − T 1)

P1 R (T1T2)

LnP= 4853.08/T + 19.03

A =m = Hv/R=>Hv= −RA= −(1.98)(−4853.08)= 9609.09

En la ciudad de mexico

P= 585 mmHg

T= −4853.08 = 110.3° C

Ln 585−19.03

Presion normal

P= 760 mmHg

T= −4853.08 =−12.39

Ln 760−19.03

18

T=391.48° K = 118 ° C

Viscosidad

La resistencia que ofrecen los liquidos al fluir

M1 = PT

M P1T1 Como referencia

M =Viscosidad del agua

P= Densidad del agua

T= tiempo de fluido del agua en un viscosimetro

M1 =Viscosidad del agua

P1= Densidad del agua

T1= tiempo de fluido del agua en un viscosimetro

M= 3 = Poise Centipoise(cps)

Cms

A mayor temperatura menor viscosidad

Tipos de flujo•

Mayor

menor

El coeficiente de viscosidaddel agua a 20°C es de 1 cps. Calcular la viscosidad de un liquido problema quefluye en 2.25 min y cuya densidad es de 0.8 g/cm3, mientras que el agua fluye en 1.52

M = 1cps

H2O 20°C

T1= 2.25 min

P1=0.8 g/cm3

T=1.52 min

P= 1 g/cm3

M1=P T * M

P1T1

19

= 1g/cm3 *1.52 min * 1 cps

.8 g/cm3*2.25

M= .84 cps relativa

Estado Solido

Características físicas de solidos

Ideal −> leyes PV = nRT; para un solo gas

Gas

Real −> leyes empíricas ; mezcla de gases.

Ideal −> líquidos puros

Liquido

Real −> mezcla de líquidos

puros

Sólido

Mezcla

O2

N2

NH2 GAS

H2O Aceite 60 % H2O (solvente) solución

liquido 40 % alcohol (soluto)

Alcohol

Sólido impermeabilidad

maleabilidad

elasticidad

dureza

ductibilidad

TIPOS DE SOLIDOS

20

cristalinos

sólidos

amorfos

Características de líquidos y sólidos puros y tipos de mezclas

Forma Volumen Mezcla

Gas ( − ) ( − ) G − G

Liquido ( − ) ( + )L − L

G − L

Solido ( + ) ( + )

S − L

S − L

S − S

Propiedades

Presión, Volumen , temperatura, densidad , masa , cantidad de materia, etc.

Sistema: En aquel que existe una presión del universo que sirve para ser estudiado.

Frontera del sistema

vecindades

Sistema en equilibrio: Cuando algunas propiedades están fijas.

ESTADO vs FASE

Fase: Una porción homogénea que se puede distinguir fácilmente de otra.

N2 O2

CO2 Los gases gorman una sola fase

NO2

Agua alcohol

Una sola fase en liquido

agua

Dos fases en o mas en liquidos

aceite

oro

21

plata En sólidos son distintas fases

plomo

REGLA DE LAS FASES

L = C − F +2

Donde:

L = Numero de grados de libertad o variables mínimas en el sistema

C = Numero de componentes del sistema.

F = Numero de fases que hay en el sistema.

Ejemplo:

Para el Hidrógeno: H2

C = 1

F = 1 L = C − F +2

L = 1 − 1 + 2

L = 2

C = H2 , N2 L = 2 − 1 +2

F = 1 L = 3

L = ?

C = agua (l)

F = 2

L = 1− 1 +2 = 1

C = agua

F1= liquido L = 1 − 3 + 2

F2 = solido L = 0

F3 = vapor

DIAGRAMAS DE FASES

Agua

22

P

V

Curva de : Puntos (Temperatura):

Ao sublimación M Vaporización (condensación)

Bo Vaporización N Fusión (solidificacion)

Co Fusión R Sublimación

O triple

Azufre

P

t

ENERGIA

Energía: capacidad para realizar un trabajo.

Fuentes de energía:

Eólica solar lumínica

Eléctrica mecánica

Cinética química

Nuclear hidráulica

calorífica potencial

sistemas

abierto: puede intercambiar materia y energía

Cerrado: puede intercambiar materia pero no energía.

Aislado: no intercambia materia ni energía.

Homogéneo (una sola fase)

Heterogéneo (mas de una fase)

Ley de la conservación de la energia

Esta ley interrelaciona a la energia, el calor y al trabajo.

23

Calor: Es una propiedad de los sistemas que se producen en un proceso debido a la diferencia de temperaturasentre el sistema y sus alrededores.

Trabajo: Es una propiedad de trayectoria que se produce en un proceso y se manifiesta en la frontera sistemapor la desviación de un cuerpo.

Dicho lo anterior podemos expresar que:

Q = W

dQ = dW

dQ − dW = 0

dQ − d W = dE

donde E = energia interna

1ra ley de la termodinámica

Capacidad calorífica : capacidad que tiene un sistema para absorber o ceder calor.

Si el proceso es a presion constante se llama Cp.

Si es el volumen constante se llama Cv

para una mol tenemos:

Qv = CvdT = Cv (T − Ti) = �E

Para n moles:

Qv = nCv (T − Ti) = �E

Qp = CpdT = Cv (T − Ti) = �H

Qv = nCp (T − Ti)

�H = Hv + Hp

trabajo

w = pdv w=Pv

W = Pdv

PROCESO CICLICO

Es aquel en el cual el sistema puede llevar a cabo varios procesos pero puede regresar a las condicionesiniciales.

Tipos de procesos

24

Proceso isotérmico (a temperatura constante)

PV = nRT

para calcular el trabajo en un proceso isotérmico

Para el proceso isobarico

W = Pdv

w = P (V2 − V1)

Para el proceso isocorico

W = Pdv

w = 0

sistema aislado Q = 0

proceso adiabático Q = 0

P

V

Cp − Cv = R

Cv Cp �

Monoatómico 3 5 1.66

Diatópico 5 7 1.4

Triatómico 7 9 1.28

Proceso W Q

25

Isotérmico W 0 0

Isobarico P(Vp−Vi)−W

n�(Tf−Ti)

Isocorico 0 nCu(Tf−Ti) n�(Tf−Ti)

Adiabatico − 0 nCp(Tf−Ti) n�(Tf−Ti)

Para procesos isotérmico, isobárico e isocorico tenemos:

Pv = cte.

Para procesos Adiabaticos

PiVi = P2 V2

DIAGRAMA DE FASES DEL AGUA

L = numero grados de libertad de variables a fijar.

C = componentes o sustancias independientes. L = C − F

F = numero de fases.

Sistema:

C = 1 L = 1 − 1 + 2 = 2

F = 1 L = 1 − 2 + 2 = 1

26

F = 2

F = 3 L = 1 − 3 + 2 = 0

Energía: capacidad que realiza un trabajo algunos tipos de energía son:

Eólica.• Eléctrica.• Cinética• Nuclear.• Calorífica• Solar• Mecánica• Química• Hidráulica• Potencial• Lumínica.•

El sistema puede ser Abierto, cerrado, aislado

Q +

frontera

Q −

Mezclas homogéneas: tienen una sola fase.

Mezclas heterogéneas: tienen mas de una fase.

Sistema abierto: intercambia materia y energía con sus alrededores.

Sistema cerrado: solo intercambia energía.

Energía: capacidad para realizar un trabajo.

Trabajo: es una propiedad de trayectoria que se produce en un proceso y se manifiesta en la frontera delsistema.

Q = W

DQ = DW

DQ − DW = 0

DQ − DW = DE Ley de la termodinámica E = energía interna.

Propiedad de estado: Q − W = E2 − E1 = �E

�E = Q − W

Capacidad calorífica: capacidad que tiene un sistema para absorber o ceder calor

27

Cv = (�E) = dWV Qv= CvdT = Cv( Tf − Ti) = �E para 1 mol

�T dT Q = nCv( Tf − Ti) = �E para n moles

CP = (�H) = dQP Qp = nCpdT = nCp( Tf − Ti) = �H cambio de entalpía

�T dT Qp = CpdT = Cp(Tf − Ti)

proceso isotérmico proceso isobarico proceso Isocorico

PV = NRT W = PDV W = PDV

P = NRT W = P" DV W = P"

V

DW = NRT DV W = P ( V2 − V1 ) W = 0

V

En un sistema aislado, Q = 0

Proceso adiabático, Q = 0

�E = Q − W

W = −�E

�E = nCv �T

PV" = CTE

P 1/"V "/" = CTE

V = CTE

Cv Cp �

Gas monoatomico 3 5 1.64

Gas diatópico 5 7 1.4 R = 10.7 L

Gas triatómico 7 9 1.28 mol ok

Proceso W = Q = �ð ð �ð ð

Isotérmico T= cte nRTLn(v2/v1) W 0 0

Isobarico P = cte P(Vf − Vi) �ð W nCp(Tf − Ti)

Isocorico V = cte 0 �ð nCv(Tf − Ti) nCP(Tf − Ti)

Adiabatico ð��ð 0 nCv(Tf − Ti) nCP(Tf − Ti)

Problema : 250g de amoniaco(NH3) se encuentran a un temperatura de 10oC y a una presión de 20 atm.

28

Determinar Q, W,�E, �H. Para los siguientes casos de procesos.

Proceso Isobárico hasta alcanzar un volumen de 200 ml• Proceso isocorico hasta alcanzar una presión de 2 atm• Proceso adiabatico hasta alcanzar un a presión de 2 atm.•

Solución:

T = 283ok v1 = nRT

NH3 m = 250g = 14.7 mol P

PM 17g/mol v1 = 14.7mol X 0.082 x 283 = 17.05L

20 atm

T1 = T2 283ok P2 = P1V1 = 20 X 17.05 = 1.70 atm•

V2 = 200L V2 200L

b) P1 = P2 = 20 atm V1 = V2 = T2 = V2T1 = 200L X 283oK = 3319.64ok

V2 = 200L T1 T2 V1 17.05L

c) VI = V2 = 17.5Lv T2 = P2T1 = 2atm X 283oK = 28.3o k

P2 = 2 atm P1 20 atm

W = 0 P1V1� = P2V2�•

P2 = 2 atm V2 = � "P1V1� = 1.28 " 20 X (17.05)1.28 = 102.91L

P2 2

T2 = P2V2 = 2atm X 102.91L = 170.75oK

nR 14.7 X 0.082

TABLA DE DATOS

Proceso w = Q = �� � �� �

isotermico T= ctenRTln(V2/V1) =2028086cal

W = 2028086 cal 0 0

Isobarico P = cte P(v2 − v1) = 8884.7�H = 401747.47 cal 312470.25 cal 401747.47cal

Isocorico V = cte 0 − 26208.63 cal − 26208.63 cal − 33696.8 cal

Adiabatico 11551.51 cal 0 − 11551.51 cal − 14931.38 cal

Isotermico:

W = 14.7 mol X 1.98 cal X 283oK X Ln (200L) = 2028086 cal

29

moloK 17.05

isobarico:

W = P(V2 − V1) = 20 atm (200 − 17.05) = 3659 atm.L X 2402 cal/ atm.L = 88547.8 cal

�E = nCv(T2 − T1 ) = 14.7 mol X 7 cal/moloK = (3319.64 − 283)L = 312470.25 cal

�H = nCP(T2 − T1) = 14.7 X 9(3319.64 − 283)K = 401747.42 cal

Isocorico:

W = 0 �E = Q �E = nCp(T2 − T1)

�E = 14.7 X 7(28.3 −283) = −26208.63 cal

�H = nCP(T2 − T1) = 14.7 x 9(28.3 − 283 ) = −33696.8 cal

adiabatico

�E = nCp(T2 − T1) = 14.7 X 7(170.74 − 283 ) = −11551.55 cal

�H = nCp(T2 −T1) = 14.7 X 9(170.74 − 283 ) = −14931.38 cal

PROBLEMA: una masa de 2kg experimenta un proceso de 3 etapas: la primera (1−2) es un volumen Cte.

La segunda (2−3) a presión Cte., la tercera (3−1), a temperatura Cte. Si el gas se encuentra inicialmente a 1atm y 300ok siguiendo la reacción v1/v2 = S

calcular QT, WT, �ET Y �HT• dibujar en un diagrama P − V el Proceso.•

N = m/PM = 2000/ 4g/mol = 500 mol

Cv = 3cal/moloK � = Cp/Cv = 1.66

Cp = 5

Pv = nRT

V1 = nRT = 500 X 0.082 X 300 = 12300L

P 1 atm

Proceso P(atm) V(L) T(ok)

Isocorico (1−2) P1 = 1 atm V1 = 12300L T1 = 300oK

P2 = 5 V2 = 12300L T2 = 1500 oK

Isobarico (2−3) P3 = 5 V3 = 2460L T3 = 300 oK

30

Isotérmico (3−1) P4 = P1 V4 = V1 T4 = T1

1 atm 12300L 300 oK

diagrama de proceso

PROBLEMA: una masa de 2kg experimenta un proceso de 3 etapas: la primera (1−2) es un volumen Cte.

La segunda (2−3) a presión Cte., la tercera (3−1), a temperatura Cte. Si el gas se encuentra inicialmente

a 1 atm y 300ok siguiendo la reacción v1/v2 = S

a) calcular QT, WT, �ET Y �HT

b) dibujar en un diagrama P − V el Proceso.

N = m/PM = 2000/ 4g/mol = 500 mol

Cv = 3cal/moloK � = Cp/Cv = 1.66

Cp = 5

Pv = nRT

V1 = nRT = 500 X 0.082 X 300 = 12300L

P 1 atm

Proceso P(atm) V(L) T(ok)

Isocorico (1−2) P1 = 1 atm V1 = 12300L T1 = 300oK

P2 = 5 V2 = 12300L T2 = 1500 oK

Isobarico (2−3) P3 = 5 V3 = 2460L T3 = 300 oK

Isotérmico (3−1) P4 = P1 V4 = V1 T4 = T1

1 atm 12300L 300 oK

31

PROBLEMA: calcular la cantidad de gas combustible (gas L:P) que tiene un poder calorífico de 800 cal/mol,que se debe emplear para evaporar 10 000L de agua que estan a 25 C hasta vapor a 100 C.

densidad agua = 1g/mL, 1kg/L

CP agua = 1 cal/gok Qs = mCp�

�Hp = 10000 cal/mol d = m/v

m = d . v = 10000L X 1 kg/L = 10000kg, 10000000g

Qs = 10000000g X 1cal/goC X (100−25) = 7.5 X108

QL = n�Hv n = m = 10000000g = 555555 mol

PM 18 g/mol

QL = 555555 mol X 10000 cal/mol = 5.555x109 cal 55.555x108 cal

QTH2O = Qs + QL = (7.5 + 55.555)x10 8 = 63,055x108 cal

QH2O = 63,055x108 cal = 7.81x105 = 781,000 mol de gas L.P

Q comb

CNPT = P = 1 atm

T = 273oK 781,000 mol X 22.4 L = 1.74x107L

N = 781000 mol 1 mol

V = 22.4 L

FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES

Homogéneas.− Liquidas

Mezclas

Heterogéneas.− Agua y aceité

diluida

Soluto.− componente en menor proporción concentrada

Soluciónes saturada

Solvente.− componente en mayor proporción sobre saturada

PROBLEMA: se prepara una solución disolviendo 37.6g de NaOH en 200mL de agua, cuya densidad resultade 1.175g/mL. Esta solución después se disuelve con agua hasta tener un volumen final de 1 litro.

32

¿Cuál es la concentración de la solución inicial, dado en molaridad, % peso, % mol?• ¿Cuál es la concentración de la solución final, también en molaridad, % pero, % mol?•

a)

M = n

V

M = m = 37.6 = 4.7 mol/L

PMV 40g/mol X 0.200L

D = b = b = d.v = 1.75g/mL X 200mL = 235g %P = 37.6g X 100 = 16%

v 235g

b = a + M agua

M agua = b − a

M agua = 235g − 37.6g = 197.4 g

NH2O = 197.4g = 10.97 mol agua

18g/mol

% mol = n X 100

nT

n = a = 37.6g = 0.94 mol

PM 40g/mol

NT = n + nH2O = 0.94 + 10.97 = 11.91

N X 100 = 0.94 mol X 100 = 7.89 % mol

NT 11.91 mol

b)

VH2O = 800ml m = d.v = 1g/mL X 800 mL = 800g

nH2O = 800mL = 44.44 mol

18g/mol

b' = b + 800g = 235g + 800g = 1035g

D' = b' = 1035g =1.035g/mL

33

1000mL

M' = n = 0.94 mol = 0.94 mol / L

v 1L

%P = a X 100 = 37.6 X 100 = 3.63%

b 1035

nT = n + nH2O = 0.94 + 1097 = 11.91 + 44.44 = 6.35

% mol = 0.94 X 100 = 1.66% mol

56.35

M1v1 = M2V2

M1 = M1V = 4.7 X 0.200L = 0.94 mol/L

V2

PROBLEMA : ¿Cuál será la molaridad de 35 mL de ácido clorhídrico concentrado al 38% peso, cuyadensidad es 1.18g/mL?. ¿Cuál será la nueva concentración si se diluye la concentración a 500mL?

a)

M = ? M = n = 10XPXD = 10 X 38 X 1.18 = 12.28 mol/L

V = 35mL ácido v PM 36.5

P = 38%

D = 1.18g/mL

b)

M2 = ?

V2 = 500mL

PM ácido = 36.5g/mol M1V1 = M2V2

M2 = M1V1 = 12.28 X 35 = 0.85 mol/L

V2 500mL

PROBLEMA: en una planta industrial se dispone de un tanque de 3m de diámetro y 2.5m de altura el cualcontiene al 805 de capacidad una solución al 355 peso de ácido sulfúrico (H2SO4) con una densidad de1.84g/mL. Después de cierto tiempo se evapora al 20% de solvente (agua) y 6% de soluto. Determinar:

La cantidad de soluto y solvente en Kg que se evapora.•

34

La concentración inicial y final. Suponiendo que el volumen disminuye en proporción al % evaporado.•

%P 35%.

D = 1.84g/mL

Vtanque = 3.1416 X d2 X h = 0.784X(3m)2X2.4m = 16.956m3 = 16956L

4

Vsolución = 16956L X 0.80 = 13564.8L

D = b b = D.V = 1.84 X 13564.8L = 24959.232g

v

soluto = 0.35 X 24959.23 = 8735.73g

24959.23

solvente = 0.65 X 24959.23 =16223.5g

a) perdidos

soluto = 0.06 X 8375.73g = 524.14g

solvente = 0.20 X 16223.5g = 3244.69g

M1 = n1 = 10.P.D = 10 X 35 X 1.84 = 6.57g mol/L

V1 PM 98g/mol

b)

soluto = 8735.73 − 524.16 = 8311.57g

n2 = a = 8211.57g = 83791 mol

PM 98 x 0.098

V evaporación = 13564.8L X 0.26 = 3526.84L

V2 = 13564.8L − 3526.84L = 10037.96L

M2 = n2 = 83791 mol = 8.35 mol /L

V2 10037.96L

PROBLEMA: un recipiente de 10m3 se adiciona 500L de una solución al 63% en peso de ácido sulfúrico(H2PO4) con una densidad de 1.4g/mL.

¿Cuál es la molaridad del ácido alimentado?•

35

¿Cuál es la cantidad de agua que se debe agregar para que la solución resultante tenga una concentraciónconcentrada de 0.5 molar?

•

V = 10m3 = 10,000L

M1 = ? M1 = n1 = 10.P.D = 10 X 63 X 1.4 = 9 mol/L

M2 = 0.5 mol/L PM 98g/mol

%P = 63% ácido 500L M1V1 = M2V2

D = 1.4 g/mL V2 = M1V1 = 9 X 500 = 9000L

M2 0.5

Vagua = 9000 − 500 = 8500L

FORMAS DE EXPRESAR

La concentración de soluciones.

Solución mezclas de gases es una solución

Homogénea

Mezclas

Heterogénea

Solución de dos componentes

Soluto = Componente que está en el menor proporción.

Solución

Solvente = Componente que esta en mayor proporción.

Diluida = pequeña proporción de solución en una gran cantidad de solvente.

Solución

Concentrada = Mucho soluto poco solvente.

No saturada = Todavía se puede disolver algo soluto.

Solución Saturada = Ya no se puede disolver mas soluto

Sobre saturada = Que a 20ºC no se puede disolver los 30 gramos pero si le aumento a 30ºC entonces si sedisuelve los 30 gramos.

% peso = a / b * 100

36

% volumen = u / v * 100

% mol = n / nT * 100

Xi = n / nT

Molaridad M = n / v

C = a / v

A = peso de soluto

B = peso de la solución

V = mol de soluto

nT = mol de solución (solvente + soluto)

Problemas

Se prepara una solución disolviendo 37.6 gramos de NaOH en 200 ml de agua cuya densidad resulta de 1.175g/ ml. Esta solución después se diluye con agua hasta tener un volumen final de un litro.

¿Cuál es la concentración de la solución inicial dada en molaridad % peso y % mol?• ¿Cuál es la concentración de la solución final, también en molaridad y en % peso?•

37.6 g NaOH

H2O

D = 1.175 g / ml !

M = n / v

M = m / Pmv

M = 37.6 / 40 g / mol * 200 l

% P = a / b * 100

D = b / v =

B = D * v

B = 1.175 g / ml * 200 ml

B = 235 g.

V H2O = 800 ml ! = D * V = 1 G / ML / 800 ML = MH2O = 800g

V' = 1 litro

37

B' = b + 800 g = 235 + 800 = 1035 g

D' = b' / v' = 1035 g / 1000 ml = 1.035 g/ml

Nueva molaridad

M' = n / v' = 0.94 / 1 = 0.94

% P' = a / b' * 100 = 37.6 / 1035 * 100 = 3.63 % soluto el resto es solvente

% mol = 0.94 / 56.35 * 100 = 1.66 % mol

M' = 10 P * D / PM

M = 4.7

% P = M* PM / 10 D

% P = 4.7 * 40 / 10 * 1.175

% P = 16 ESTO ES IGUAL AL ANTERIOR

H2O

Mi = n / v'

Ni = M1 V1

M1 V1 = M2V2

M2 = M1V1 / V2 = 4.7 * 0.200 / 1 = 0.94 Es igual al anterior.

¿Cuál será la molaridad de 35 ml de ácido clorhídrico (HCl) concentrado al 38 % en peso cuya densidad esde 1.18 g / ml?

•

¿Cuál será la nueva concentración si se diluye esta concentración a 500 ml ?• M = ?•

V = 35 ml HCl

P = 38 %

D = 1.18 g / ml

M2 = ?•

V2 = 500 ml

M = n / v = 10 PD / PM = 10 * 38 * 1.18/ 36.5 g / mol = 12.28 mol / l

PM HCl = 36 .5 g/ mol

M1V1 = M2V2

38

M2 = M1V1 / V2

M2 = 12,28 * 35 / 500

M2 = 0.85 molar

Problema:

En una planta industrial se dispone de tanque de 3 metros de diametro y 2.4 m de altura el cual contiene al80% de capacidad una solución al 35 % peso de ácido sulfúrico (H2SO4) a una densidad de 1.84 g / ml.Después de cierto tiempo se evapora 20% de solvente (agua) y 6% de soluto.

Determinar:

La cantidad de soluto y solvente en kg que se evaporan• La concentración inicial y final suponiendo que el volumen disminuye en proporción al porcientoevaporado.

•

30 m �

v = " r2 h = " (D / 2)2

=0.785 � h

= 0.785 (3)2 (2.4)

V tanque = 16.956 m3 = 16956 l

V solución = 16956 * 0.80 = 13564.8 l

Soluto = 8735.73 − 524.16 = 8211.57 kg•

M1 = n1 / V1 = 10 PD/ PM = 10 * 35 * 1.84 / 98 = 6.57 MOL / L

M2 = n2 / V2 =83791/ 10037.96 = 0.34 mol / l

V evaporado = 13564.8 * 0.26 = 3526.84

V 2 = 13564.8 − 3526.84 = 10037.96

N2 = a/ PM = 8211570 g / 98 g / mol = 83791 mol

aire

S(s)

S(l)HO2!SO3

vapor

S (l)

39

Un recipiente de 10 m3 de capacidad se adiciona 500 l de una solución al 63% en peso de ácido fosfórico conuna densidad de 1.4 g /ml.

¿Cuál es la moralidad del ácido alimentado ?• ¿Qué cantidad de agua se debe de agregar para que la solución resultante tenga una concentración 0.5molar?

•

M1 = ?• Que cantidad de agua se debe agregar•

M2 = 0.5 molar

M1 = n1 / v1 = 10 PD / PM = 10 * 63* 1.4/ 98

M1 = 9 mol / l

M1V1 = M2V2

V2 = M1V1 / V2

V2 = 9 * 500 / 0.5 = 9000 L

V agua = 9000 − 500 = 8 500.

Problema:

Una corriente gaseosa extraída de un pozo petrolero tiene la composición siguiente en % peso promano 50 %butano 40% y sulfuro de hidrógeno 10 %. Es necesario purificar la mezcla eliminando H2S (sulfato dehidrógeno) utilizando una torre de absorción de sodio al 40 % (NaOH) para tal fin. Por cada kg de H2Salimentada se utiliza 2.7 kg de hidróxido de sodio.

Efectuar el balance material si se alimentan 10 tn de mezcla gaseosa:

NaOH (d)

(B) (A) Propano = 0.50 * 10 000 = 5000 kg

Butano = 0.40 * 10 000 = 4 000 kg

Sulfato = 0.10 * 10 000 = 1000 kg

(B) Propano = 5000 kg

Butano = 4000 kg

(C) Sulfuro = 1000 kg

Sosa = 2700 kg

1kg H2S − 2.7 kg NaOH

1000 k − x = 2700 kg

40

D = Sosa = 2700 kg

Los gases que salen en un reactor SO2, SO3, O2 y N2 estos gases se introduce en un reactor donde se separaSO3 con una eficiencia de 85 % mediante ácido sulfúrico líquido, el cual absorbe 2 kg de SO3 por cada 10litro de ácido si sale 2000 libras de mezclas gaseosa al absorbedor con la composición indicada en eldiagrama. Determina.

H2SO4 (l)

(D) a) La composición de la entrada,

(B) SO3 b) La cantidad SO3 absorbido y la

cantidad de ácido líquido utilizado.

(A)

(C) H2SO4. SO3

c) 1133.33 lb de SO3

2 kg SO3 − 10 l de ácido

1133.33 lb / 2.2 lb/kg − x = 2575.75 l

200 lb SO3 − 15 % SO3 que entra

X− 100 % = 1333.33 lb entra

Y − 85 % = 1133.33 se absorbe.

% P SO2 = 300/ 3133.33 * 100 = 9.5 %

% P SO3 = 1333.33 / 3133.33 * 100 = 42.5

A un evaporador de simple efecto se alimentan 4000 lt de guarapo (solución de azúcar al17%) en peso quetiene una densidad de 1.5 kg por litro, obteniéndose después de la operación una solución concentrada al 35%en peso.

Que cantidad de agua se evapora por kg de solución alimentada• Realizar el balance de material en las demás corrientes• Azúcar = 0.17 * 600 = 1020 kg•

Agua = 0.83 * 6000 = 4980 kg

Azúcar = 1020 kg − 35%•

Agua = x − 65% 1894.2 kg X1 = 1020 * 65 / 35 = 1894.2 kg agua

Agua = 4980 − 1894.2 = 3082.8•

Evapora = 8980 − 1894.2 = 3082.8

41

Problema:

Se desea producir una tonelada de leche en polvo con un contenido de humedad de 2% en peso. Para esto, laleche fresca se introduce a una sección de evaporación donde se elimina el 90% del agua y después para a lasección del secado. La densidad de la leche es de 1.027 g/ml con un contenido de agua igual al 87% peso

Determinar los litros de leche necesarios para producir la leche en polvo indicada• Indicar la cantidad de agua (en kg) eliminada en el proceso.•

Leche en polvo con 2% de humedad

1 ton = 1000 kg

(D) Humedad = 2% = 0.02 * 1000 kg = 20 kg

Otros = 98% = 0.98 * 1000 kg = 98 kg

Otros = 980 kg − 13% (de la leche)•

X − 87% agua

X1 = 980 * 87 / 13 = 6558 kg agua / 7538 kg leche

(Otros = proteína, caseina, grasa, lactosa, minerales)

V = m / D = 7538 kg / 1.027 kg / l = 7339.8 L de leche

Otros = 980 kg•

Agua = 6558 − 5902.2 = 655.8

Agua = 0.98 * 6558•

= 5902.2 kg

Agua = 655.8 − 20 = 635.8 kg•

(B) − (D)

PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES PAG: 46

Científico

Fenómenos Físicos

Fenómenos Químicos

Fenómenos Físico−Químico

Laboratorio

Planta Piloto

42

Económico

Admon

Ing.Sistemas

Tecnología

Financiera

Ing.Indust

t = 40 º C

0 = 3 m

h = 5 m

75 %

3 l / min

Masa

1 kg = 2.2 lb

1 lb = 4.54g

1 tn = 1000 kg

Volumen

1 m3 = 1000 l

1 l = 1000ml = 1000cm3 = 1 dm3

1 pie3 = 28.3 l

1 gal = 3.785 l

Temperatura

°C = (°F−32)/1.8

°F = (1.8°C)+32

43

°k = °C + 273

R = °F + 460

Distancia

1 pie = 30.5 cm

1 plg = 2.54 cm

Presión

1 atm = 1.033 (kg/cm2)

= 14.7(lb/plg2) = 700 mmHg

D = 1.5 g/cm3

T = 40°C

75 %

H = 5m

� 3m

G

A

S

Ideal

Real

Relativamente bajas presiones

Relativamente altas temperaturas

Relativamente altas presiones

Relativamente bajas temperaturas

P K P1 P2

T T1 T2 T2

= = =

K = nK

44

n= cantidad de moles

n= l

P = R

T

P = atm

CNTP

T = 273 K

K1

=

K2

=

K3

=

atm l

mol k

1 atm * 29.4l

273k 1 mol

= R =0.082

K

=

Constante universal de los

gases ideales

(lb/pulg2)pie3

lb mol °R

nRT

Ecuación de

45

los gases ideales

=

Proceso isocórico o isométrico

Proceso isobárico

Proceso isotérmico

P3

T3

P2

T2

P1

T1

P Pm

RT

nRT

PV

m

V

M

Pm

RT

V

M

Pm

1 gas

P Pm

RT

46

PT PM

RT

d =

d =

dRT

P

PM =

RT

V

RT

V

RT

V

nnRT

V

N2RT

V

N1RT

V

RT

V

Mi

MT

ni

nT

Vi

47

VT

10 (lbn/plg2) x 58 (lb mol)

10.72 lb/pulg2 pie3 528 °R

P Pm

RT

d =

1500 g

64 g/mol

M

Pm

1 ATM x 5247.27 L x 673 k

273 k x 1.3 ATM

P2 V2

T2

P1 V1

T1

sistema

Cp

W = NRT Ln V2

V1

W = NRT Ln P1

P2

Cp − Cv = R

R = 0.082 atm L

Mol oK

R = 1.98 cal

48

Mol ok

� = Cp

Cv

� = Cp

Cv

Sistema

C

E

120 atm

B

liquido

N

X

760 mmHg

V

M

4.58 mmHg

O

solido

gas

A

R

344 °C

t2

0.0010 ° C

t1

49

S ( v)

S(l)

S(rombico)

S(monociclico)

S (l)

S (r)

S (m)

S (v)

isocorico n=�

Isobarico n=0

Isotermico n =1

adiabatico

% v = u / v * 100 = a/b/b/d * 100 = a * d/ b * d * 100

a / b *100 = % p* d / d

d = a / v ! v = a / d

D = b / v ! v = b / D

M = n / v = a / PM/ v = a / PMV = Db / 100 PMv =

D * P / PM * 100

D = G / ML / 1000 ML / 1 L = g / l

Molaridad

M = 10 P*D / PM

1 litro

200 ml H2O

M = 4.7 mol / l

% P = 37.6 / 235 * 100

% P = 16 % de soluto

50

% mol = n / nT * 100

n = a / PM = 37.6 / 40 = .94

n T = n + n H2O = .94 + 10.97 = 11.91

B = a + Magua = 235 − 37.6 g

M agua = 197.4 gramos

N H2O = 197.4 g / 18 g / mol = 10.97 mol H2O

" MOL = .94 / 11.90 * 100 = 7.89 % MOL.

M H2O = 800/ 8 = 49.44 mol

Del agua que agregamos.

200 ml H2O

M2 = n2 / v2

N2 = M2 V2

M1V1 = M2V2

Para diluir y concentrar soluciones

20% solvente

6% soluto

35 % peso

d= 1.84 g/ml

2.4 m

V inicial = 13564.8 l

D = b / v

B = 24959.23 kg

Soluto = 0.35 * 24959.23 =

8735.73 kg

solvente = 0.65 * 24959.23 =

16223.5 kg

51

Pérdidas•

Solvente = 0.20 * 16223.5 =

3244.69 kg

Soluto = 0.60 *8735.73 =

524.14 kg.

10000 kg

mezcla gaseosa

(A).

95 % SO2

42.5 % SO3

9.5 % O2

38.5 % N2

85%

SO3 = 10% = 0.10*2000 = 200

SO2 = 15% = 0.15 *2000 = 300

O2 = 15% = 0.15*2000 = 300

N2 = 60% = 0.60 * 200 = 1 200

2000 lb 2000 lb

52