INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ACAPULCO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA YBIOQUÍMICA

OPERACIONES UNITARIAS III

UNIDAD I:HUMIDIFICACION

PROBLEMARIO

EQUIPO N° 3

INTEGRANTES:

• CAMACHO MIRANDA EMILIA • CHAVES NAVA LARISA MALANI• CHAVES NAVA BRIAN ALBERTO• SUATEGUI DE LA CRUZ DIANA ISABEL• EMIGDIO SANCHEZ GUSTAVO

ACAPULCO, GRO. 08 DE JULIO DEL 2014

ÍNDICEUNIDAD 1: Humidificación

Problemas propuestos: 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8,4.94.1 Una masa de hidrógeno con Cl4C tiene una temperatura de rocío tr = 15 °C y 760 mm Hg. Calcúlese:a) La humedad absoluta.b) El volumen específico.c) El calor específico.d) La temperatura hasta la que ha de enfriarse, a la vez que se comprime hasta 2 atm, para separar el 60% del Cl4C.Las tensiones de vapor del Cl4C en función de la temperatura son:

T °c 0 5 10 15 20 30 40P mmH 14 18 25 33 91 143 216

Para los calores específicos del vapor de Cl4C y del H2 pueden tomarse los valores: 0.13 y 0.35 Kcal/Kg °C.

Datos:Hidrogeno:2 g/molCl4C:153.812=154 g/molTr=15°CP:760 mmHg

Solución:

a).- humedad absoluta

y=MvMg

PvP−Pv

¿154g /mol2g /mol

33mmHg760mmHg−33mmHg =3.4951 kg Cl4C/kg H

b).- volumen especifico

v= ¿+ yMv)

RTP =(

12 +

3.4951153.812)

(8.314)(288.13)760 /760 = (0.5 + 0.227) (

23.62831

¿ = 0.5227 +1 =

12.3505c) calor especifico

c= ( Cp) + ( Cp) vy= 0.35+0.13 (3.4951)=0.35+0.4543 = 0.8043

d) ym= Pvp−pv

= 33760−33 =0.0453

y`m= (0.0460) (4)=0.0184

ym – y`m= 0.0453 – 0.0184 = 0.0269

pv*= 1520

pv*= (1520)(0.0184)=27.46 mmHg

Se hace una interpolación para encontrar la temperatura de: 11.16°c que corresponde a la tensión de vapor para que la mezcla se enfríe y comprima .

T °c P mmHg

10 25

X 27.46

15 33

Y= y1 + ( x−x1¿¿-y1)/x2-x1)= 27.46+ (-10) 35-25/15 = 11.16 °c

A esta tensión de vapor le corresponde una temperatura de 11.16 °C, temperatura hasta la que hay que enfriar la mezcla,a la vez que se comprime a 2 atm.

4.2 Una masa de aire está saturada con éter dietílico a 20 °Cy 745 mm Hg. Calcúlese:a) La composición en volumen.b) La humedad molar.c) La humedad absoluta.d) El volumen específico.e) La humedad absoluta si la temperatura desciende hasta 0 °C.

f) La cantidad de éter condensado si se enfrían hasta 0 °C 1000 m3 de mezcla inicial.

Las tensiones de vapor del éter en función de la temperatura son:

t, °C | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 |p, mm Hg | 112.3 | 185.3 | 291.7 | 442.2 | 647.3 |

Solución:Datos:

P: 745mmHg

T: 20°C

a) Fraccion molary=

pvp

=442.2mmHg745mmHg

=0.5935

b) Ym: nvng=pvpg

= pvp−pv Pv: 442.2mmHg

Pg: 302.8mmHg

Pt: 745mmHg

Ym: 442.2mmHg745−443.3mmHg

=442.2mmHg302.8mmHg

=1.4603

c) Eter dietilico (Mv) = 74.12 kg/kmolAire (Mg) = 29 kg/kmol

Y=MvMg

Ym

Y=74.1229

(1.4603 )=¿

Y=2.5558 (1.4603)=3.7323 kgeterkgaire

d) R=62.38367 mmHg.Lmol.k

20°C +273= 293°K

V=( 1Mg +YMv )(RTP )

V=( 129kgkmol

+

3.732374.12kgkmol )= 62.3836 (mmHg.L)

mol.°Kx293°K

745mmHg

v=(0.0344 kgkmol +0.5003 kg

kmol )=18,278.3948 mmHg.L

mol745mmHg

v=(0.0847 kgmol )(24.5347 L

mol)

24.5317Lmol |1000mol1kmol | 1m3

1000L=24.5347 m3

kmol

v=(0.0847 kgkmol )(24.5347 kmolm3 )=2.078 m3

kg

4.3.- 300 m3 de CO2 saturados con agua se encuentran a 20 °C y 1 atm y se comprimen hasta 2.5 atm a la vez que se enfrían hasta 15 °C, con lo cual se condensa parte del agua que va separándose del sistema. A continuación

se expansiona hasta 1.3 atm y se calienta hasta 20 °C. Calcúlese:a) La humedad absoluta final.b) La cantidad de agua condensada.c) La humedad relativa final.d) El volumen de la mezcla medido en las condiciones finales.

Datos:

T= 20°C

T2=15°C

P=2.5 atm

P2=1.3 atm

Solución:

a) Y=MvMg

PvP−Pv

Y=1844

12.78101900−12.7810

=0.4090 12.78101900−12.7810

=0.4090 12.78101887.219

Y=(0.4090) (6.7723X10−3)

Y=2.7698X10−3o0.0027

b) V=(1Mg

+YMv

)RTP

V=( 144 +0.002718 ) (0.082)(288.15)

2.5=(0.0227+1.5X10−4 ) 23.6283

2.5=(0.02285)(9.4513)

V=0.2159

m=(2.7724x10−3)(300)

0.2158 =3.8541

c) Pv=(988 ) (2.7724) (2.4444)=6.6944

φ= PvPv¿

φ=6.6944mmHg17.53mmHg

=0.3818o38 %

d)

Ym=(17.53988 )= 17.53970.47

=0.0180

Y=1844

(0.0180)=0.0073

V=( 144 +0.007318 ) (0.082)(293)

1.3=0.4270

V=(3.8514)(0.4270)

0.0073=225.28

4.4 100 m3 de una mezcla de CO2 y vapor de agua medidos a 50 °C y 750 mm Hg tienen una composición del 6% en volumen de vapor de agua. Calcúlese:a) La humedad absoluta.b) La humedad relativa.c) La humedad relativa porcentual.d) El volumen específico.e) La temperatura de rocío.

f) La presión a la que se alcanza la saturación permaneciendo constante la temperatura.

Solución:

a)

Y=MvMg

PvP−Pv Pv=(0.06) (750 )=45mmHg

Y=1844

45mmHg750mmHg−45mmHg

=0.4090 45mmHg705mmHg

=(0.4090 ) (0.0638)=0.0260

a) φ=PvPv¿

φ=45mmHg

92.51mmHg=0.4864o48.6%

b) φp=PvPv¿ (P−Pv¿

P−Pv )φp=

45mmHg92.51mmHg (750mmHg−92.51mmHg

750mmHg−45mmHg )=(0.4864)(657.49mmHg705mmHg )φp=(0.4864 )(0.9319)=0.4532o45.3%

c) V=( 1Mg +YMv )RTP K=50+273.15=323.15°K

V=( 144 +0.026018 ) (0.082)(323.15)

750=(0.0227+1.4444X10−3)

26.4983750

V=(0.0241 ) (26.8527 )=0.6471

d) En la tabla de vapor de agua, buscando a la presión devapor de 45 mm Hg e interpolando con los datosproporcionados por dichas tabla, encontramos que latemperatura de roció será de 36.2°c.

Presión en Kg/Cm2 Temperatura en °c0.060.060.08

35.8236.20 (valor interpretado)41.16

e) Ym= PvP−Pv

Ym=45mmHg

750mmHg−45mmHg=45mmHg705mmHg

=0.0638

Ym'=(0.0638) (9.94 )=0.6341

0.06341=92.51864P−92.5864

P=1546mmHg

4.5 Una mezcla acetona – nitrógeno a 800 mm Hg y 30 °C tiene una saturación relativa del 80%. Calcúlese:a) La humedad molar.b) La humedad absoluta.c) La humedad relativa porcentual.d) El volumen específico.

e) La masa de acetona contenida en 1 m3 de mezcla.Datos

P= 800 mm Hg

T= 30°C

% de humedad: 80%

Solución:

a)._ 80/100= 0.80

pv= (φ) (pv*)=(0.80)(283) =226.4

ym= Pv/P-Pv =226.4 /800-226.4 = 0.3947

b)._ ym= MvMg Pv

P−Pv = 5828 (0.3947) = 0.8175

c)._ φp PvPv∗¿¿

( PvP−Pv

) = 226.4283 800−283800−226.4 = 73%

d)._ v= ¿+ yMv)

RTP =(

128 +

0.818558.04 )

(0.082)(303.15)1.0526 = (0.0357+

0.0003) (24.86831.0526¿ = 1.17

e)._ m= y/v = 0.818/1.17=0.6991

4.6 En un depósito de 5 m3 se ha de almacenar aire a 15 atm y25 °C. El aire con que se alimenta el compresor situado a la

entrada del depósito se encuentra a 25 °C y humedad relativa del 40%, a la presión atmosférica normal. Calcúlese la cantidad de agua condensada en el depósito.

Datos: calculandoPv:

P=15atm pv=φ.Pv¿

5m3 de airePv=(0.4 ) (23.76mmHg )

T= 25°CPv=9.504mmHg

P= 15atmφ=40%

Pv¿ (25°C )=23.76mmHg Mv=18

Mg=29

Ym=MvMg ( Pv

p−Pv ) Ym=(9.504 mmHg

11400mmHg−9.504mmHg )=( 9.504mmHg11390.496mmHg)

Ym=8.3437x10−4

-calculando a 1atm:

Y=1829 ( 9.504mmHg

760mmHg−9.504mmHg )=(0.6206 )( 9.504750.496 )

Y=(0.6206) (0.0126 )

Y=0.0078 kgdeaguakgdeaire

PV=PY MgMv

Calculando a 15 atm:

Pv=(11400mmHg) (0.0078 )(2918 )Pv=(88.92 ) (1.6111)=143.259mmHg

Pv=143.259mmHg

Calculando: Humedad absoluta

Y=MvMg

Ym=MvMg ( Pv

P−Pv ) Y=

1829 ( 143.259mmHg

760−143.259mmHg ) Y=0.6206(143.259mmHg616.741mmHg ) Y=0.6206 (0.2322mmHg)

Y=0.1441 kgdeaguakgdeaire

*Volumen especifico T= 25°C+273=288°k

V=( 129+

0.144118 )(0.082 atm.Lk.mol ) (288°K)

15atm

v=(0.0344+8.005x103 )1.5744 Lmol

v=(0.0424 )1.5744 Lmol| 1m3

1000L|1000mol1kmol

v=(0.0424 )(1.5744 m3

kmol )

v=0.0667 m3kgdenitrogeno

m=Y (Vo)V

m=0.0078 (5m3 )0.0667

= 0.0390.0607

=0.5847kgdeagua

0.5847kg es la cantidad de agua condensada

4.7 Calcúlese la temperatura húmeda y la temperatura de saturación adiabática de una mezcla benceno – aire a 30 °C que tiene una humedad absoluta de 0.200 Kg benceno/Kg aire.

Solución:Datos: Formulas

T: 30°C *temperatura humeda

Y=0.200kg benceno/kg de aire

Yw−Y=

hckYλω (t−tw)

Benceno= 0.400

*hckY Yw=Y+

hckYλω (t−tw )

T°C=30

P/mmHg=119.4mmHg

λω=109

hckY=0.400delbenceno

Yw=0.200 kgbencenokgdeaire

+0.400λω (30ºC−tw )

Tabla: A-12

λω=109 kcalkg

−TablaA−12

Calculando la humedad de saturación Yw y tanteando una temperatura supuesta de tw=15ºc

1ª tanteo

Yw=0.200 kgdebencenokgaire

+0.400109

(30ºc−15ºc)

Yw=0.200 kgkgaire

+3.6697x10−3 (15ºC)

Yw=0.200+0.05550

Yw=0.2550kgdebenceno/kg

Benceno – tensiones de vapor P: 760mmHg

T,ºc 5 10 20 30 40 50

P,mmHg 34.9 45.6 75.3 119.4 183.2 271.6

Humedad de saturación de benceno a 10ºc y 20ºc

Y=MvMg

Pv¿

P−Pv¿

Benceno a T=10ºc y P=760mmHg

(7829 )( 45.6760−45.6 )=0.1715

Benceno a T=20ºc y P=760mmHg kg

(7829 )( 75.3760−75.3 )=0.2955

Teniendo:

Yw−Y=

hckYλω (30−15)

0.2550−0.200=0.400109

(30−15 )

0.0550=3.6697x10−3 (15ºC)

0.5550=0.0555

Interpolando

Tºc

10ºc 0.1715

0.2550

20ºc 0.2955

(17ºc)

A esta temperatura (17ºc) corresponde a una humedad de 0.2550kg de benceno /kg

Tanteo 2.- suponiendo Tw=17ºC

Yw=0.200+0.4118

(30−17 )=¿

Yw=0.200+3.38983x10−3 (13)

Yw=0.200+0.0440

Yw=0.2440

*interpolando

Yw−Y=

hckYλω (T−Tw)

0.2440−0.200=0.4118

(30−17 )

0.044=0.04406

Por lo que la temperatura húmeda es Tw=17°C

Por lo tanto, la temperatura de saturación adiabática será ts= 14 °C.

b) temperatura de saturación adiabática

Ys−Y=Cλs (t−ts)

Ys−0.2=o.30+0.41Ysλs(30−ts)

Ys=0.2+0.35+0.41Ys109 (30−ts )

Tanteo – suponiendo que ts= 15°C

Ys=0.2+0.35+0.41Ys109 (30−15 )

109 Ys=0.2+(0.35+0.41 Ys) 15

109 Ys-21.8= (5.25+6.15 Ys)

109 Ys=+6.15 Ys = 5.25 + 21.8

115.15 Ys=27.05

Ys=27.05115.15

=0.2349

Teniendo

Ys−0.2=(0.35+0.41 )Ysλs(30−ts)

0.2349−0.2=(0.35+0.41 ) (0.2349)109 (30−15 )

0.0349=0.0614

Tanteo 2, suponiendo que ts=14°C

Ys=0.2+(0.35+0.41)Ysλs (30−ts)

Ys=0.2+(0.35+0.41)Ys105 (30−14)

105Ys=0.2+ (0.35+0.41)15

105Ys=21=(5.6+6.56 Ys)

105Ys−6.56Ys=5.6+21

98.44Ys=26.6

Ys=0.2702

Teniendo

Ys−0.2=0.35+0.41Ysλs (30−ts )

0.2702−0.2=0.35+0.41 (0.2702 )105 (30−14)

0.0702=0.0702

Por lo tanto, la temperatura de saturación adiabática será ts=14°C

Tw=14°C

4.8 determine gráficamente las siguientes propiedades de aire húmedo a 35 ° c y 760 mm Hg.

a) humedad absoluta en condiciones de saturación

b) volumen especifico en condiciones de saturación

c) temperatura humedad y temperatura relativa si la temperatura derociór es de 15°c

d) temperatura relativa y temperatura de roció si la temperatura humedad es de 30°c

e) temperatura humedad y temperatura de roció si la humedad relativa es del 80 %.

4.9.- Disponemos de una masa de aire a 50°C con el 30% de humedad relativa a 760mmHg. Calcúlese:

a) φ=PvPv¿

Pv=PxPv¿=0.30 (92.51 )=27.753mmHg

Y=0.6206( 27.753732.247 )=0.6206 (0.379)=0.0235 kgdeaguakgaire

b) Ymax=1829 ( 92.51667.49 )=0.0860 kgaguakgaire

c) T°C mmHg

27 26.74

27.62 27.753

28 28.35

-------------------------------------------------

1 1.61

X= 0.3708 0.597

28°C – 0.3708 = 27.6292°C

d) c=(cp )g+(cp)vY c=(24 )+(46) (0.0235) c=24+1.081 c=25.081x100 c=2508.1kcal

e)

35°C = 0.4218

Y=MvMg ( Pv

P−Pv )Pv=0.4218 = 42.18

Pg= 717.82 760-42.18= 717.82

Y=1829 ( 42.18

760−42.18 )Y=0.6206( 42.18717.82)Y=0.6206 (0.0587)

Y=0.0364

f) 32.5 °C