Balance de materia y energía. Bloque de corrección (Rellena el ayudante)

...

[pic 21]

[pic 22]

Intercambiador de calor:

Puesto que la mayoría de la mezcla contiene tolueno y a presión atmosférica la temperatura de ebullición es inferior a 105 °C, se asume que el fluido está completamente líquido.

Análogamente al balance realizado en el condensador obtendremos que el calor intercambiado es:

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Se procede a obtener el valor de con la expresión: [pic 24]

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Para obtener el valor del cp de la mezcla se realizará un ponderado entre los cp de cada uno de los compuestos:

Compuesto

Cp [kj/kmol*k]

Cp [kj/kg*k]

Referencia

Tolueno

157

1,71

Nist webbook

Benceno

143,57

1,84

Nist webbook

Tabla 2 Capacidades caloríficas

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Con todos los datos, finalmente se obtiene que el calor recibido es: [pic 27]

- Se utilizará el agua líquida como fluido de servicio para llevar a cabo la condensación y el intercambio de calor en el proceso. Se ingresará a temperatura ambiente (aprox 20°C) y se calentará hasta un máximo de 50 °C, debido a que pasada de esta temperatura comienza a precipitar los minerales que contiene el agua formando sarro.

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- Existirán perdidas naturales provocada por la entropía y perdidas del proceso provocadas por la fricción entre las tuberías y el fluido, también parte de la energía se traspasará a los alrededores en el condensador y el intercambiador de calor, puesto que estos equipos en la realidad no están perfectamente aislados.

Ejercicio 2:

A continuación, se presenta un sistema similar al instalado en el Laboratorio. En este proceso hay dos ciclos involucrados, el ciclo de enfriamiento y el de calefacción. El primero está conformado por las líneas 1, 2, 3 y 4 y el segundo por las líneas 5, 6, 7 y 8. El segundo ciclo cumple la función de simular el calor de reacción producido por una reacción química en el reactor CSTR1. Esto se logra calentado el agua que entra al reactor mediante una resistencia R1. El primer ciclo utiliza agua de la matriz para enfriar el reactor CSTR1. El agua que sale del reactor debe ser enfriada antes de ser devuelta al alcantarillado y es por eso que el agua que viene desde la matriz intercambia calor con el agua que va hacia el alcantarillado en el intercambiador de tubos y coraza HX1.

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Figura 2 Proceso ejercicio 2

Respecto al sistema se tiene la siguiente información:

- El sistema ha alcanzado el estado estacionario y está perfectamente aislado.

- El flujo del ciclo 1 es de 0,7[L/min] mientras que el flujo del ciclo 2 es de 1,5 [L/min].

- [pic 33]

- [pic 34]

- El calor entregado por la resistencia.

Suponiendo que el flujo 5 es igual al flujo 7 (caudal, entalpía, temperatura, etc.) el balance de energía en la resistencia queda:

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Donde H es la entalpía, Q el calor entregado por la resistencia y el subíndice indica el número de flujo; despejando el calor queda.

; considerando cp y densidad constante a bajos cambios de temperatura la ecuación queda.[pic 36]

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- La temperatura de las corrientes 2 y 3.

Suponiendo flujo constante[pic 38]

Aplicando balance de energía en el reactor:

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Suponiendo cp y densidad constante para pequeños cambios de temperatura la ecuación queda:

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Ahora aplicando el balance de energía en el intercambiador de calor:

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Suponiendo cp y densidad constante para pequeños cambios de temperatura la ecuación queda:

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Aplicando la relación encontrada anteriormente ; se puede obtener que ;y aplicando la relación ;se obtiene que , para finalmente obtener que [pic 45][pic 46][pic 47][pic 48][pic 49]

Ejercicio 3:

Se tiene una solución de 100[mL] de NaOH a 60[°C] (140[°F]) a 10 [M] y tiene una densidad de 1,33[g/cm^3] con la que quiere estudiar el calor de dilución.

Para ello se le pide lo siguiente:

- Calcule la temperatura final de la solución y calor de dilución si se agregan 200[mL] de agua a 10[°C] (50[°F]).

Los moles de NaOH son.

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El porcentaje en masa inicial de NaOH estará dado por:

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Por lo que el porcentaje en peso final de NaOH será:

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