SOLUCIÓN DEL EXAMEN FINAL (5) DE TERMODINÁMICA EN ING QCA (72115)

...

Especificaciones: P = 115 kPa; xL(1) = 0,08

El procedimiento de cálculo se refleja en la siguiente tabla:

P1sat (kPa)(*)

P2sat (kPa)

Λ12

Λ21

Θ1

Θ2

γ1

γ2

P*sat (kPa)

Tcalc

ΔT

100,10

370,713

101,687

0,1646

0,5812

0,2315

0,9665

4,7802

1,0256

179,343

73,985

-26,113

73,98

179,343

37,033

0,1598

0,5017

0,2271

0,9601

5,2043

1,0265

188,108

75,573

1,588

75,57

188,108

39,573

0,1601

0,5065

0,2273

0,9605

5,1771

1,0265

187,653

75,492

-0,081

75,49

187,653

39,440

0,1601

0,5063

0,2273

0,9605

5,1785

1,0265

187,676

75,496

0,004

Los resultados son: TB = 75,5° C, yG(1) = 187,676*5,1785*0,08/115 = 0,676

Relación G/F = (0,35 – 0,08)/(0,676 – 0,08) = 0,453

Flujo molar del vapor: G = F*(G/F) = 0,453*25 = 11,32 kmol/h; Flujo molar del líquido: L = 13,68 kmol/h

A 75,5° C:

Acetona (1)

Agua (2)

∂ln(Psat)/∂T

0,02991

0,04159

Entalpía de vaporización: hvap = 8,314*(75,5 + 273)2*[0,08*0,02991 + 0,92*0,04159] = 41050,10 kJ/kmol

Entalpía en exceso: hE = x(1)*X(2)*[a12*Λ12/Θ12 + a21*Λ21/Θ21]*4,184 = 298,32 kJ/kmol

CpmL/R =

4,971*0,030 + 4,038*0,920

= 4,113

CpmG/R =

4,971*0,676 + 4,038*0,324

= 4,669

CpmF/R =

4,971*0,350 + 4,038*0,650

= 4,365

Tomando T0 = TB = 75,5° C (348,5 K)

Entalpía de la mezcla gaseosa de entrada: (hF – h0) = CpmF*(TF – T0) = 671,38 kJ/kmol

Entalpía de la mezcla gaseosa de salida: (hG – h0) = CpmG*(TG – T0) = 0

Entalpía de la solución de salida: (hL – h0) = CpmL*(TL – T0) – hvap + hE = -40751,78 kJ/kmol

Flujo de calor: Q = 13,68*(-40751,78) – 25*671,38 = -574268,85 kJ/h = -159,5 kW

SEGUNDO PUNTO (50%)

Considere la oxidación en fase gaseosa ideal del etileno a óxido de etileno a una presión de 1,5 bar y 5% de exceso de aire. La reacción transcurre hacia el equilibrio en forma isotérmica. No hay reacciones laterales. El fluido de enfriamiento necesario para mantener el reactor a temperatura constante es etileno con un flujo molar de 12 kmol/h por cada kmol/h de etileno alimentado al reactor. El fluido de enfriamiento (etileno) tiene un cambio de temperatura de 200° C.

Por cada kmol/h de etileno alimentado al reactor, determine: a) la composición molar del producto del reactor; b) la temperatura a la cual ocurre la reacción.

Considere Cp/R de las especies químicas constante.

Datos de Cp/R, entalpía y energía de Gibbs de formación a 298 K, en kJ/kmol

Especie química

Cp/R

Δh°f298 (kJ/kmol)

Δg°f298 (kJ/kmol)

C2H4 + ½O2 C2H4O

C2H4 (g)

5,325

52510

68460

O2 (g)

3,535

0

0