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CAP 4
Realice la siguiente lectura y con base en ésta conteste lo que se le pide: Una muestra de gas natural fluye a 500 lb / in2 y 250 °F, y se analiza para conocer su composición. A partir del análisis se calcula la cantidad de cada compuesto: 𝐶𝐻4 = 100 lb, 𝐶 2 𝐻6 = 240 lb, 𝐶 3 𝐻8 = 15 lb, 𝐻2 = 50 lb. El gas natural se hace pasar a través de un absorbedor, donde se elimina 88% en volumen de propano (𝐶 3 𝐻8).
Solución:
DATOS : Conversiones
PRESION: 500 x lb ¿ 21 atmx^ ¿
2 147 lb =3,40^ atm
TEMPERATURA: 250 ℉ =^95 ( ℃ )+^32 ℃ = 121.11 ≈ 394.1 𝐾
CH 4 = 100 lbx 0,454 1 lb^ kg =45,4 kg n = (^) PMw = (^4540016) =2837,5 𝑚𝑜𝑙
C 2 H 6 = 240 lbx 0,454 1 lb^ kg =108,96 kg n = (^) PMW =^10 308960 = 3632 mol
n = (^) PMW =^681044 =154,7mol
Se elimina el 88% queda solo el 12% de 𝐶 3 𝐻 8
Luego el número de moles inicial y final 𝑛𝑖 = 2837,5 + 3632 + 154,7 + 11350 = 17974, 𝑛𝑓 = 2837,5 + 3632 + 18,84 + 11350 = 17838,
Hallaremos el volumen usando la formula 𝑃𝑉 = 𝑅𝑇𝑛 (R=0,082𝑎𝑡𝑚. 𝑙⁄𝑚𝑜𝑙. 𝐾)
1. La composición de la mezcla gaseosa a la salida del absorbedor, en por ciento en volumen.
El porcentaje: 2: El peso molecular promedio a la entrada del absorbedor.
3: La cantidad en gramos, separada de propano en el absorbedor.
Sin el 100% de 𝐶 3 𝐻 8
𝑤𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐶𝐻 4 + 𝐶 2 𝐻 6 + 𝐻 2 = 45,4 kg + 108,96 kg + 22,7 kg
Sin el 88% de 𝐶 3 𝐻 8
𝑤𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐶𝐻 4 + 𝐶 2 𝐻 6 + 𝐻 2 + 𝐶 3 𝐻 8 = 45,4 kg + 108,96 kg + 22,7 kg +
0,82kg
4: Las presiones y los volúmenes parciales a la salida del absorbedor (considere CNPT).
Presiones parciales: 𝑃𝑖 = 𝑋𝑖 × 𝑃𝑡
El peso molecular promedio de la mescla es 31.98 g/mol.
10: El volumen a la salida del absolvedor si la mezcla tiene una temperatura de 25 °C y una presión de 1.05 atm.
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 25℃ + 273 = 298 𝐾
𝑃𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 1.05 𝑎𝑡𝑚
11: La densidad del gas a la salida del absolvedor.
12: Las presiones y los volúmenes parciales a la salida del absolvedor.
Presiones parciales a la salida.
𝑃𝑖 = 𝑥𝑖 × 𝑃𝑇
𝑃𝐶𝑂 2 = 0.07 × 1.05 = 0.074 𝑎𝑡𝑚
𝑃𝐶𝑂 = 0.22 × 1.05 = 0.074 𝑎𝑡𝑚
𝑃𝑁 2 = 0.33 × 1.05 = 0.074 𝑎𝑡𝑚
𝑃𝑂 2 = 0.38 × 1.05 = 0.074 𝑎𝑡𝑚
Volúmenes parciales a la salida.
𝑉𝑖 = 𝑥𝑖 × 𝑉𝑇 𝑉𝐶𝑂 2 = 0.07 × 243.66 = 17.06 𝐿 𝑉𝐶𝑂 = 0.22 × 243.66 = 53.60 𝐿
𝑉𝑁 2 = 0.33 × 243.66 = 80.40 L
𝑉𝑂 2 = 0.38 × 243.66 = 92.60 𝐿
Realice la lectura siguiente y con base en ésta conteste lo que se le pide:
En una planta conservadora de alimentos, accidentalmente se mezclaron 3 lb de con aire; si la presión del es de 18 lb/ y al mezclarse con el aire la presión es de 1,8 atm y se encuentran contenidos en un recipiente de
0,.
Determine:
Solución:
13: La cantidad de aire que entró al sistema.
Hallamos la temperatura de la mezcla con el
En la mezcla:
Hallamos el número de moles de aire en la mezcla.
Hallamos el número de moles del.
Entonces la cantidad de aire que entra es:
𝑚𝑖 = 28,9 × 14,704 = 424,95 𝑔
La masa de 𝐶𝑂 2 3 lb lo convertimos a gramos
La masa total es 1785, 73 y el volumen es 14,16. Hallaremos la densidad
Realice la lectura siguiente y con base en ésta conteste lo que se le pide:
En una planta de acondicionamiento de gas, un flujo de gas contiene 18% mol de 𝐶𝑂 2 y 82% mol de 𝐶𝐻 4 el flujo se alimenta a un absorbedor a una velocidad de24.8 kg/min donde se separa la mayor parte de 𝐶𝑂 2. El gas que sale del absorbedor contiene 91% mol de metano
Solución:
18: La composición en por ciento en peso de la alimentación.
𝐶𝑂 2
19: La cantidad de 𝐶𝑂 2 absorbida.
𝑚𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 𝑚𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − 𝑚𝑠𝑎𝑙𝑒 = 9406.76 𝑔 − 4205.96 𝑔 = 5200.8 𝑔
20: Las presiones parciales a la salida de absorbedor, si la presión de la mezcla es de 4 atm.
𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 4 𝑎𝑡𝑚
𝑃𝑖 = 𝑥𝑖 × 𝑃𝑇 = 0.09 × 4 𝑎𝑡𝑚 = 0.36 𝑎𝑡𝑚
𝑃𝑖 = 𝑥𝑖 × 𝑃𝑇 = 0.91 × 4 𝑎𝑡𝑚 = 3.64 𝑎𝑡𝑚
21: Se desea preparar una mezcla gaseosa con 20% mol de N2 y 80% mol de CO 2. Un tanque de 50 L de capacidad vacío se llena a una temperatura de 298 K con el N 2 hasta que la presión llega a 2 atm, se pesa y se le agrega CO 2 hasta obtener la composición deseada. Establezca:
a) El peso del CO 2 que permite tener la composición deseada
de la mezcla.
b) La presión total de la mezcla final.
V1= 50L; T= 298°K; P= 2atm
𝑃𝑡𝑉𝑡 = 𝑛𝑡𝑅𝑇
(2)(50) = 𝑛𝑡 (0.082)(298)
𝑛𝑡 = 4.092 𝑚𝑜𝑙
4.092 𝑚𝑜𝑙 = 20% 𝑛𝑡 2
20.46 𝑚𝑜𝑙 = 𝑛𝑡 2
20.46 − 4.092 = 𝑛𝑐𝑜 2 = 16.368 𝑚𝑜𝑙
CO 5 0.189mol SO 2 8 0.222mol aire 12 0.333mol
𝑚𝐶𝑂 2 𝑋𝐶𝑂2 = 𝑃𝑀𝑛𝑡 => 𝑚𝐶𝑂2 = 13.563𝑔
Moles de CO 2 absorbidos = 0.308(97%) = 0.299mol 𝑚𝐶𝑂 2 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 = 0.299(44) = 13.156 … 𝑅𝑝𝑡𝑎 (𝑎) Masa de CO 2 que queda = 0.407g y 𝑚𝑡 2 = 4.516𝑔
23. Una mezcla de gases de 15% peso de CH 4 , 30% peso de CO 2 , 35% peso
de H 2 O, 5% peso de O 2 y 15% peso de N 2 se encuentras a 8 kg/cm^2 y a 70°C, con un volumen de 500L. Determine:
a) Las presione parciales en la mezcla en lb/in^2.
b) La composición en por ciento mol de la mezcla.
c) Las cantidades de masa de cada componente en lb.
masa PM(g/mol) PM(lb/mol) CH 4 15x lb CH 4 16 0. CO 2 30x lb CO 2 44 0. H 2 O 35x lb H 2 O 18 0. O2 5x lb O2 32 0. N2 15x lb N2 28 0.
Moles(reemplazando x) X(n/nt)
CH 4 30.315 0. CO 2 22.047 0. H 2 O 62.875 0.
N2 CO2 H 2 O H2 NH3 CO C2H
%V 10 5 15 20 20 25 5
X(%V/100%) 0.1 0.05 0.15 0.2 0.2 0.25 0.
̅D 𝑃𝑀D D D D = 0.1(28) + 0.05(44) + 0.15(18) + 0.2(2) + 0.2(17) + 0.25(28) + 0.05(26)
Se condensa 90% => 36.335(0.9) = 32.702g de H 2 O…Rpta (b) Quedan 3.633g de H 2 O
Se absorbe 97% de NH 3 quedando 1.373g de NH 3
Utilizando obtenemos las masas de los gases restantes Masa %W…Rpta(c) N2 37.68g 19.9% CO2 29.606g 15.63%
H 2 O 3.633g 1.92% H 2 5.383g 2.84% NH3 1.373g 0.73% CO 94.201g 49.74% C2H4 17.494g 9.24%
25: Un horno de coque produce 1000000 ft^3 /h de un gas que tiene la siguiente composición en por ciento en volumen: C 6 H 6 8%, C 3 H 8 5%, CH 4 40%, CO 7%, H 2 35% y el resto es de CO 2. El gas sale del horno a 20 lb/in^2 y 740°F. Después del enfriamiento a 100°F, el benceno y el tolueno se eliminan en un 85% peso por absorción.Determine:
a) El peso molecular promedio de la mezcla a la salida del horno y
del absorbedor.
b) La masa del gas a la salida del horno.
c) La composición a la salida de la torre de absorción en por ciento
en peso.
d) La masa de benceno y tolueno separado en lb.
e) No contiene tolueno
%V X PM
C6H6 8% 0.08 78
C3H8 5% 0.05 44
CH4 40% 0.4 16
CO 7% 0.07 26
H2 35% 0.35 2
a) La presión parcial de cada componente.
b) El peso molecular promedio de la mezcla.
c) El por ciento en peso de los componentes.
N 2 CO H 2 O 2
%mol 30 50 15 5 X 0.3 0.5 0.15 0.
Rpta (a) N 2 CO H 2 O 2 X*Pt 15atm 25atm 7.5atm 2.5atm
Rpta (b) ̅D 𝑃𝑀D D D D = 𝑋𝑁 2 𝑃𝑀𝑁2 + 𝑋𝐶𝑂𝑃𝑀𝐶𝑂 + 𝑋𝐻 2 𝑃𝑀𝐻2 + 𝑋𝑂 2 𝑃𝑀𝑂 2
Utilizando obtenemos las masas de los gases: ̅D 𝑃𝑀D D D D
27: U na muestra de gas natural fluye a 700 psia y 320°F, y se analiza para conocer su composición. El análisis permite calcular las siguientes cantidades: CH 4 600g, C 3 H 8 380g, C 2 H 6 1300g y H 2 100g. El gas natural se hace pasar por un absorbedor donde se elimina 60% del volumen de C 3 H 8 y 5% de H 2. Determine:
a) La composición de la mezcla gaseosa que sale del absorbedor en
por ciento en volumen.
b) El peso molecular promedio a la entrada y a la salida del
absorbedor.
c) La composición en por ciento en mol de los gases separados.
d) Las cantidades de cada componente separado del absorbedor en
libras.
e) La densidad de la mezcla de gases a la entrada del absorbedor en
forma directa e indirecta.
f) Si la presión a la salida del absorbedor es la mitad de la entrada y
la temperatura asciende a 43°F, ¿qué densidad tiene la mezcla que sale N 2 CO H 2 O 2
del absorbedor? masa 15221.252g 25368.753g 534.616g 2899.286g %W…Rpta(c) 34.6% 57.6% 1.2% 6.6%
masa PM moles CH 4 600g 16 37. C3H8 380g 44 8. C2H6 1300g 30 43. H 2 100g 2 50 total 2380g 17.065 139.
Densidad a la entrada
28: Una mezcla que contiene 20% mol de CO, 30% mol de CO 2 , 40% mol N 2 y 10% mol de O 2 , se encuentra a 600°R y 30 lb/in^2 en un recipiente de 1 ft^3 ; ésta se pasa a través de un tanque donde se elimina 85% de CO 2 , saliendo la mezcla a 1 atm y 25°C. Determine:
a) ¿Cuál es el peso molecular promedio de la mezcla al inicio y final
del proceso?
b) ¿Cuál es la presión parcial de cada componente a la salida?
c) La densidad de la mezcla a la entrada y a la salida del
absorbedor.
% mol X PM CO 20 0.2 28 CO 2 30 0.3 44 N 2 40 0.4 28 O 2 10 0.1 16
̅D 𝑃𝑀D D D D = (0.2)(28) + (0.3)(44) + (0.4)(28) + (0.1)(16) = 31.6𝑔/𝑚𝑜𝑙
Utilizando obtenemos las masas de los gases ̅D 𝑃𝑀D D D D CO CO 2 N 2 O 2 masa 11.841g 27.911g 23.682g 3.383g
Utilizando V=X*Vt obtenemos los volúmenes de los gases CO CO 2 N 2 O 2 Volumen 5.663L 8.495L 11.327L 2.832L
Se elimina 85% de CO 2 27.911(0.85) = 23.724g, quedando 4.187g 8.495(0.85) = 7.221L, quedando 1.274L Tenemos que mt = 43.093g y vt = 21.096L
Rpta (a): 31.6 g/mol y 49.916 g/mol Rpta (c):
Utilizando …Rpta (b) CO CO 2 N 2 O 2 presión 0.27atm 0.06atm 0.54atm 0.13atm
