Ejercicio 1: La densidad a 4 ºC de una solución acuosa de NaCl al 20% en peso es 1,155 g/cc a) Calcule la fracción molar de NaCl b) Calcule la concentración másica volumétrica de NaCl La masa molecular del NaCl es 58 kg/kmol La masa molecular del H2O es 18 kg/kmol a) Moles de NaCl= 20/58 Moles de H2O = 80/18 Fracción molar de NaCl = (20/58)/(20/58 + 80/18) = 0,072 b) Tomando como base de calculo 1 cc de solución, tenemos que: Masa de NaCl contenida = (20/100) (1,155) = 0,231 g/cc Respuesta: a) La fracción molar de NaCl es 0,072 b) La concentración másica volumétrica de NaCl es 0,231 g/cc Ejercicio 2: El combustible doméstico (GLP) es una mezcla líquida (por compresión) de gases propano y butano. La mezcla contiene 80% molar de propano y 20% molar de butano a una temperatura de 85º. Para esta temperatura, la presión de vapor del propano es de 9000 mm y la del butano de 2350 mm. a) ¿Cuál es la presión dentro de un cilindro que contiene cierta cantidad de dicha mezcla? b) ¿Cuál es la composición de los primeros gases que pasan al quemador? Y ¿de los últimos? a) Dentro del cilindro la sustancia líquida se considera en equilibrio con sus vapores, y se cumple que la presión parcial de cada componente en la fase gaseosa es: ppropano = 0.8(9000) = 7200 mm pbutano = 0.2(2350) = 470 mm P total = pprop + pbutano Presión total = 7670 mm b) La composición de los primeros gases es ypropano = 7200/7670 = 0,938 93,8% molar ybutano = 470/7670 = 0,061 6,1% molar Los últimos gases serán 100% de butano. c) Si el cilindro se encontrara a una distancia apreciable de la cocina, de forma tal que la presión mínima requerida en el mismo para vencer las fuerzas por fricción es de 80 psig, ¿Cuál sería la composición del gas licuado cuando la presión en el cilindro sea la límite?

P = 80 psi = 5.45 atm = 4150 mm ppropano = xprop 9000 pbutano = xbut 2350 xprop9000 + xbut 2350 = 4150 Tenemos que xprop + xbut = 1 xprop9000 + (1 - xprop)2350 = 4150 Despejando xprop = 0,271 xbut = 0,729 La composición del GLP sería 27,1% molar de propano y 72,9% molar de butano. Ejercicio 3 El aire de servicio de una instalación tiene una presión de 750 mm de Hg, una temperatura de 40ºC y está saturado de vapor de agua. La presión parcial del vapor a estas condiciones es de 60 mm de Hg. Determine la fracción molar y en peso del vapor en la mezcla de aire-vapor. Considere la masa molecular promedio del aire como 29 y la del vapor de agua 18. Ejercicio 4 (difusión en fases gaseosas) Calcule el coeficiente de difusión del cloruro de benzoilo (C6H5COCl) en aire a 120ºF Solución: Los volúmenes moleculares de la tabla son, para: Aire VA = 29,9 Cloruro de benzoilo

7 C = 7(14,8) = 103.6 5 H = 5(3,7) = 18.5 O= 7.4 C= 21.6 Total = 151.1 Para anillos de 6 grupos se resta -15.0 VB = 136.1

Las masas moleculares son MB = 140.6 MA = 29.0 Consideramos presión atmosférica P = 1 atm T = 49 + 273 = 322 ºK

4,35 . 10-7 (T)3/2 D=

1

1 +

P(VA1/3 + VB1/3)2

MA

MB

4,35. 10-7 (322)3/2

1

1

1(29.91/3 + 136.11/3)2 3.10 5.14

29

= 7.53 (10-6) m2/s

+

25134.66(10-7 ) =

140.6

* 0.204 68.02

=7,53 (mm)2/s

Ejercicio 5 (difusión del CO2) Calcular el coeficiente de difusión del CO2 en agua a 60ºC. Ejercicio 6 (capa determinante) La absorción de amoníaco en agua se realiza en un aparato al contacto con la mezcla gaseosa amoníaco-aire, a 2 atm y 15 ºC. Se ha evaluado para los coeficientes reales de transporte: Fase gaseosa: ky = 2000 mol/h·m2 Fase líquida: kL= 340 mol/h·m2 (mol/l) kx =19000 mol/h·m2 La concentración de la fase gaseosa en equilibrio sobre las disoluciones diluidas de amoníaco en agua puede expresarse por la ecuación y*=0.424x. Determine La capa que rige la difusión en este caso. El coeficiente global de transporte, referido a dicha capa.

Ejercicio 7 (determinación de fuerza motriz) Una mezcla de amoníaco y aire se somete a un proceso de absorción en el cual el agua absorbe al NH3. La concentración del gas, a la entrada, es igual a 0,0123 kg de NH3/kg de aire y a la salida 0,0017 kg de NH3/kg de aire. La concentración de NH3 en el agua, cuando entra, es 0,001 kg de NH3/kg de agua y a la salida 0,009 kg de NH3/kg de agua. La línea de equilibrio del proceso es una recta y se expresa por la ecuación Y* = 0,7 X. Determine la fuerza motriz del proceso para un flujo a contracorriente. Datos: Y1 = 0,0123 kg de NH3/kg de aire Y2 = 0,0017 kg de NH3/kg de aire

X1 = 0,009 kg de NH3/kg de agua X2 = 0,001 kg de NH3/kg de agua

Y* = 0.7 X Solución Para flujo a contracorriente: 1. Cálculo de las concentraciones de equilibrio a la entrada y la salida del gas Y1* = 0,7 X1 = 0,7(0,009) = 0,0063 kg de NH3/kg de aire Y2* = 0,7 X2 = 0,7(0,001) = 0,0007 kg de NH3/kg de aire 2. Cálculo de la fuerza motriz a la entrada y salida del gas Y1 = Y1 – Y1* = 0,0123 – 0,0063 = 0,006 kg de NH3/kg de aire Y2 = Y2 – Y2* = 0,0017 – 0,0007 = 0,001 kg de NH3/kg de aire 3. Cálculo de la relación Y1 = 0,006 Y2 0,001

Y1/ Y2

= 6>2

4. Se aplica la media logarítmica para el cálculo de Ym Y1 -

Y2

0,006 – 0,001

Ym =

= 2,3 log

Respuesta

Y1 Y2

0,005 =

2,3 log 6

2,3(0,778)

Ym = 0,00279 kg de NH3/kg de aire

Ejercicio 8 (gas-líquido) Y 0,15

B

0,10

D

Un equipo de transferencia de masa opera con una fase gaseosa y otra líquida a contracorriente. La representación del sistema en un diagrama y-x se muestra en la figura-: AB es la línea de trabajo y CD es la línea de equilibrio. La sustancia a transferir es HCl a) Identifique el proceso de transferencia de masa que se está efectuando b) Diga el valor de las concentraciones de trabajo de las fases gaseosa y líquida en el fondo y el tope del equipo c) Diga el valor de las concentraciones de equilibrio de la fase gaseosa en el fondo y el tope de la columna d) Si al proceso se alimentan 3000 kg/h de aire, calcule la cantidad de HCl que se transfiere

0,07 A

C

0,05

X

Ejercicio 9 (Mezcla CO2 y aire, solución de DEA) En una torre rellena se ponen en contacto una mezcla gaseosa de CO2 y aire con una solución de dietanol-amina (DEA) con flujos a contracorriente. La fase gaseosa: entra al proceso con una concentración del soluto de 0,028 kg/kg de aire y sale con 0,001 kg/kg de aire. La solución de DEA alimentada no contiene CO2. La ecuación de la línea de equilibrio es Y* = 0,5 X. El gasto específico del absorbente es de 1,5 kg de DEA/kg de aire. Determine: a) Concentración de salida de la solución líquida b) Cantidad de CO2 absorbida si se procesan 750 kg/h de aire. Ejercicio 10 (Extracción gas-líquido) En la figura determine: a) Concentraciones de entrada y salida del gas b) Concentraciones de entrada y salida del líquido c) Sentido del proceso de transferencia de masa d) Grado de extracción e) Gasto específico del absorbente Y 0,10

0,05

C

0,05

Ejercicio 11 (extracción mezcla amoníaco-aire con agua) Durante la absorción de amoníaco a partir del aire mediante agua, se utilizan 500 kg/h del líquido. La temperatura media en la torre es de 22 ºC. La concentración inicial del amoníaco en la mezcla gaseosa es 0,017 kg de amoníaco/kg de aire y la concentración de salida es de 0,002 kg de amoníaco/kg de aire. La línea de equilibrio del proceso se considera como recta y su ecuación en concentraciones másicas relativas es Y* = 0,6X. Determinar: a) Grado de extracción alcanzado en el equipo b) Número de unidades de transferencia, si el gasto específico es 1,5 c) Altura de trabajo de la torre si HOG = 0,95 m Ejercicio Nº 8 (continuación) e) Calcule el gasto específico del absorbente en el proceso. f) Calcule la cantidad de agua necesaria para realizar el proceso de transferencia de masa g) Calcule el coeficiente global de transferencia de masa de la fase G si se sabe que: kG = 10 kg de HCl / h·m2 (kg de HCl/kg aire) kL = 15 kg de HCl / h·m2 (kg de HCl/kg H2O) h) Calcule el número de unidades de transferencia y la altura total de trabajo del equipo si el mismo es una columna cuyo diámetro es de 2 m y posee un relleno cuya superficie especifica es de 300 m2 /m3

Ejercicio 12 (volumen de empaquetadura) Se desea absorber amoníaco mediante agua en una torre lavadora. El contenido inicial de amoníaco en el gas de 0,0176 kg/kg de gas inerte. El grado de extracción es de 90%. La disolución que sale de la torre contiene 0,018 kg/kg de agua. La concentración de equilibrio del fluido gaseoso para las condiciones iniciales es de 0,0141 kg /kg de gas y para las condiciones finales de 0,0 kg /kg de gas. El flujo de gas inerte (esencialmente aire) es de 1000 m3/h considerando condiciones normales. La velocidad del aire a la entrada del aparato es de 1,48 m/s. Determine el volumen de la capacidad de empaquetaduras, si se dispone de anillos Rashing cerámicos de 330 m2/m3 de superficie específica. Ejercicio 13 (torre de absorción empacada) Se necesita construir una torre capaz de absorber 8 kmol/h de acetona a partir de una mezcla de aire con vapor de acetona que contiene un 10% en volumen de soluto. La masa del portador gaseoso es de 1500 m3/h. La relación entre las concentraciones de equilibrio puede expresarse por la ecuación: Y* = 2 X kmol/kmol. El coeficiente de transferencia de masa Ky = 0,5 kmol de acetona/m2·h kmol acetona/kmol aire . Como absorbente se utilizan 3500 kg/h de agua libre de acetona. El grado de extracción se estima en un 95%. El área de la sección transversal de la torre será de 3 m2.