Erick Badillo-UPIICSA-Baterias Plantas y Procesos

8/18/2019 Erick Badillo-UPIICSA-Baterias Plantas y Procesos

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

UPIICSA

“BATERIA PLANTAS Y PROCESOS”

Erick Badillo García

Sec: 200!00"2"

Sec: #I$2


2/22

Ba%ería de &ro'le(a) &ara el e*a(e+ e*%raordi+ario

, U+a )ol-ci.+ /-e co+%ie+e 0 de NaCl1 de 3Cl 4 56 de a7-a )e ali(e+%a

al &roce)o (o)%rado e+ la 87-ra a la 9elocidad de 500 37;: NaCl !?5 1

3Cl 2?! 4 @2O !?!

Recirc-laci.+: =R>: NaCl 5?" 1 3Cl 2,1 @2O !5,5, Calcle)e lo) 37;< de=P> 4 =R>? %a('i+ co(&le%e la) co(&o)icio+e) de cada corrie+%e,

BALANCE GENERAL

A500BDCD

BALANCE E FATERIA POR COFPONENTE

NaCI: =0,500>C

C 50 37;<

3CI: =0,0500>

##2 37;<

@HO: =0,56500> B

B !005 37;<

BALANCE TOTAL E FATERIA EN EL CRISTALIAOR

B

E

C


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P DR : P##2 37;< DR

BALANCE E FATERIA POR COFPONENTE EN EL CRISTALIAOR

3CI: =0,2!P> ##2 37;< D 0,2R

=0,2! =##2 37;< DR>> ##2 37;< D 0,2R

",2 37;< D0,2!R##2 37;< D 0,2R

0,2!RJ0,2R##2 37;2,6#


4/22

K3CI?9 ¿ 1124.375

23053.44 0,056

@HO: K@HO?9=20#,>!005D=0,!!#20#,>

K@HO?9=20#,>!005D20!,##

K@HO?9=20#,>"2,##

K@HO?9 ¿19214.551

23053.44 0,5

2, U+a corrie+%e A =e+ k7;(i+,> /-e co+%ie+e 0 ( de e%a+ol 4 60 ( de a7-a )e (ecla co+

o%ra corrie+%e B =e+ k7;(i+,> /-e co+%ie+e !0 ( de e%a+ol 4 el re)%o de a7-a, La corrie+%e de

(ecla C =a la )alida de la -+idad (ecladora> co+%ie+e # de e%a+ol, Calc-lar:

a> La &ro&orci.+ e+%re la) corrie+%e) A 4 B? e)%o e) =A;B>

'> Si la corrie+%e de )alida C e) #00 k7;< MC-l e) la relaci.+ e+%re la) corrie+%e) A4 B ME)%arelaci.+


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S-)%i%-ir la ec, e+ ec, 2

=, > A D =,!>=00JA> 00 =,#> A> A 2#;J0, 5,

,A D !0 J ,!A #

J, A# Q !0

A J2# 5, A 5, J0,

B 00 Q 5, !,!!

B !,!!

A) AB=83.34 Amin

mol

16.66 Bminmol =5

Aminmol

Bminmol

+m

P . M . (00molmin =!

kgmol > !00

kgmin

!00 k7 * !0 (i+ 5?000 k7;


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GAS

AGUA

L

A000 L'

2000 l'

CET0,2

GAS0,5

KACET

K AGUA

, P-ede rec-&era)e ace%o+a de -+ 7a) &or%ador? di)ol9i+dola e+ -+a corrie+%e de

a7-a &-ra e+ -+a -+idad lla(ada a')or'edor, El dia7ra(a de -o de la 87-ra

)i7-ie+%e? 2000 l'(;< de -+a corrie+%e co+ 20 de ace%o+a )e %ra%a+ co+ 000

l';< de -+a corrie+%e de a7-a &-ra? lo /-e &rod-ce -+ 7a) de de)car7a li're deace%o+a 4 -+a )ol-ci.+ de ace%o+a e+ a7-a, S-&.+7a)e /-e el 7a) &or%ador +o )e

di)-el9e e+ el a7-a,

Calc-le %oda) la) 9aria'le) de corrie+%e) de)co+ocida)


7/22

FE

BALANCE E FATERIA GENERAL

YDALD

2000D000LD

LD000 l';

BALANCE E FATERIA EL GAS

K GASYL

0,52000L

L!00 l';<

COFO TENEFOS L SUSTITUIFOS EN LA ECUACION

LD000

!00D000

000J!00

00 l';<

SUSTITUIFOS EN LA ECUACION 2

A =J KACET>


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1000

1400 J KACET

J1000

1400 KACET

0,25#6 KACET

KAGUAJ KACET

KAGUA0,6 de @HO

4. Establezca el balance de masa y el diagrama de fujo para producir 20 ton/día de H2SO4segn las ecuaciones de las reacciones consecuti!as y sus e"ciencias obtenidas alalimentar los reactantes bas#ndose en las este$uiometrias de las reacciones.

4%eS2 & '' O2 2%eO( & )SO2 * con E+ ,0-2SO2 & O2 2SO( * con E+ ,(-SO( & H2O H2SO4 * con E+ ,-

Apartir de la tercera ecuación

SO( & H2O H2SO4 con E+ ,-

)0ton/tonmol ')ton/tonmol ,)ton/tonmol

)0,) '),)

120ton 120


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1+'.(( al ,- 1+(.3 al ,-

al '00- seria '3.', al '00- seria (.)

Apartir de la segunda ecuación

2SO2 & O2 2SO( * con E+ ,(-'2)ton/tonmol (2ton/tonmol '0 ton

'3.', ton/tonmol

'2)'0 (2'0

1'3.', 1'3.',

1+'(.34 1+(.42

al '00- '4.33 al '00- (.3 De la primera ecuación

4%eS2 & '' O2 2%eO( & )SO2con E+ ,0-4)0 ton/tonmol (2 ton/tonmol (20 ton/tonmol '2 ton/tonmol

4)0'2 (2'2 (20'2

1'4.33 1'4.33 1'4.33

1+'(.) 1+'0.') 1+,.2(

al '00- +'.() al '00- +''.(' al '00-+'0.2

. e acuerdo con la reacci5n6 cuya ecuaci5n resumida es 7

4%eS2 & '' O2 2%eO( & )SO2 En este proceso se o1idan 2)00 ton de un mineral $ue contiene 42- en masa de %eS 2empleando 4(00 ton de aire con un contenido del 2( - en masa de o1igeno* reacci5nde la $ue se obtienen 30 ton de %e2O(.etermine7 a8 el porcentaje de reactante en e1ceso* b8 el porciento de e"ciencia de lareacci5n* c8 el balance de masa del proceso.

c) Balance de masa del Proceso.

4%eS2 & '' O2 2%e2O( & )SO2

( (4 ×56 )+(4×32×2 ) )+(11×16×2) ( (2×56×2)+(2×162×3 ) )+((8×32)+(8×16×2))

480 g/mol+352g /mol320 g /mol+512g /mol


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832g /mol832g /mol

• 9alculando proporciones de los :eacti!os

4%eS2¿ 480

832

=0.5769

''O2¿352

832=0.4231

• 9alculando proporciones de los ;roductos

2%e2O(¿320

832=0.3846

)SO2¿512

832=0.6154

• 9alculando cantidad de masa $ue se tiene en la entrada del proceso de %eS2

Fe S2=2800 ton×.42=1176 ton.

• 9alculando cantidad de O2 a la entrada del proceso con relaci5n a la masa de aire.

O2=4300 ton× .23=989ton

Si se obtiene al "nal del proceso 30 ton de %e2O(. Entonces7

S O2=0.6154 ×750

0.3846=1200.07 ton

a) Para calcular el porcentaje de reactante en exceso.

Fe S2=1176 ton

;ara ''3 toneladas de Fe S

2 se necesitan deO

2

4%eS2¿0.5769


11/22

∴O2= .4231×

1176

.5769=862.481 ton

Si se tienenO

2=989 ton

6 con esto decimos $ue el reacti!o limitante es Fe S

2 y el reacti!o

en e1ceso esO

2 .

Porcentaje de exceso

excesoO2=

989−862.481862.481

×100=14.68

b) El porciento de efciencia de la reacción.

9alculando el rendimiento te5rico de la reacci5n.

4%eS2 & '' O2 2%e2O( & )SO2;or '


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Iolumen constante al ser un proceso estacionario. Bire como gas ideal.

'. ;ara calcular la potencia necesitamos conocer el fujo m#sico y el trabajo de compresi5nW VC adem#s de entalpias. 9omo la entalpia es en Junciona a la temperatura de un gas ideal

podemos ir a las tablas con los !alores de @ y obtenemos

1=295 K

P1=1atm

Vas!iracion=4.4m/ s

A1=0.25m2

2=630 K

P2=10 ¿̄

Vsalida=2.2m/s

h1=259.17 k"

/


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espejandoW VC

h(¿¿1−h2)+(C 1

2−C 2

2)2¿

W VC =$+ fm× ¿

W VC =−5.5 (kW )+1.316 ( kgs )×( (−379.47 k" /kg )+ (14.52 % & m/kg )2 ×( 1k" 1000 % & m ))

W VC =−5.5kW + (−499.38 kW )+(−0.0096 kW )=−504.89 kW

Ya que el ujo de calor 5 .5 (kW ) apenas supera el !" del trabajo

W VC =504 .89kW # por esta ra$ón es ra$onable considerarlo adiab%tico.

2. Hacerlo supone en torno al ' - de error.

3. %luye !apor de manera estable por una turbina adiab#tica a una tasa de 4000 lbm/*

entra a '000 psia y ,00K% y sale a psia como !apor saturado. Si la potencia generada

por la turbina es de 4 LC6 determine la tasa de p=rdida de calor del !apor.

atos

L+400 lbm/

;'+'000 psia

@'+,00 %

;2+ psia

Estado6 !apor saturado

C+4LC

L+400 lbm/ /(00 seg + '2. lbm/seg

C+4LC+4000 AM/seg0.44) N@>/'AM+ (3,2 N@>/seg

9on ;+'000 ;SB nos !amos a las tablas en !apor saturado y comparamos la temperatura del

sistema?@sistema8 con la temperatura de saturaci5n?@saturacion8 y se obser!a $ue la

@sistema@saturacion 6 lo $ue $uiere decir $ue estamos en !apor sobrecalentado donde con

los !alores ya mencionados buscamos la entalpia inicial.

H inicial+ '44).' N@>/lbm


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%O:L>PB E NBPBG9E E EGE:QB R+Ec &Ep & H&C

9omo el aparato es una turbina se tiene $ue R+0 6 trabajo diJerente de +06 energía potencial

+0 6 energía cinetica +0 6 pero me solicitan buscar la perdida de calor asi $ue $ueda asi.

RC+ H

R+ H&C TTTTT..9OG PB ;:ESOG E SBPB U SBNEGO R>E ES@BLOS EG IB;O:

SB@>:BO N>S9BLOS EG@BP;B %GBP.

;2+;sia

H "nal+'20. N@>/lbm

@eniendo la entalpia de entrada 6 de salida y la potencia generada por la turbina sustituimos7

R+? H "nal H inicial8&C

R+?'20. V '44).'8 N@>/lbm & (0(.( N@>/lbm

& ' ((.* B+,-lbm

). Bgua a 0K% y K psia es calentada en una c#mara mezcl#ndola con !apor de agua

saturado a 0 psia. Si ambas corrientes entran a la c#mara de mezclado con la misma

tasa de fujo m#sico6 determine la temperatura y la calidad de la corriente $ue sale.

E+AD/+E0PE1A+,

1AP1E2/3 4 5A62DAD

7(/62&,2DA '0W9 (.44 L;a 42.0'

7(/8AP/1A+,1A

D/

'(3.3) (.44 L;a 23('.' '

0E956A '(.)) (.44 L;a '(). 0.(3,4

H2o?li$uida8 se obtiene de tablas con los datos de @emperatura y ;resi5n.

;ara el !alor de la @emperatura de interpola entre las tablas de Iapor saturado a (.0 bar y .0

bar obteniendo lo siguiente.

(.0 bar '((.W9

(.44 bar !:;.*;


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.0 bar ''.) W9

;ara el !alor de en el Iapor Saturado tambi=n se interpola7

'(0W9 2'34.2


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hs=(1 kgs ×42.01 k" kg )+(1 kgs ×2731.1 k" kg )

2kg/ s =1386.55 k" /kg

;ara obtener la temperatura de salida se interpola ya $ue se conocen los datos de la

h s6

$uedando lo siguiente7

3.)2


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CONVERSIÓN DE UNIDADES

1 ¿̄0.1 x106 Pa

=0.23 ¿̄

20 !sia∗1 Pa

1.45 x10−4 !sia∗¿

140) F a) C =60) C 50) F a ) C =10)C

110)Fa )C =43.33) C

* 'C +* 'P+* H =$+W

DESCARTANDO TENEMOS QUE:

* H =0

Buscamos la relación

m1

m2

* H = H f − H i

* H =m(1+2)h3+ −(m1h1

+ +m2 h2+ )


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m(¿¿1+m2)h3

+ −(m1h

1

+ +m2

h2

+ )* H =¿

m(¿¿1+m2)h3

+ −(m1h

1

+ +m2

h2

+ )m

2

= 0

m2

* H =¿

m1

m2

=−h

3

+ +h2

+

h3+ −h1

+ =

−181.47 k" Kg

+42 k" Kg

181.47 k" Kg

−251.4 k" Kg

=2

E+ %a'la) de lí/-ido )-'Je+Wriado e+co+%ra(o) el 9alor de la) e+%al&ía):

JPara la e+%al&ía dela7-a Wría:

T =C> 0 2

JPara la e+%al&ía dela7-a calie+%e:

T =C> !0 2#,

JPara la e+%al&ía de

la (a)a 8+al:

T =C> , 5,

a relación en!re lasmasas "or lo !an!o es#:$


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0,#00 k7;< de -+ W-el /-e co+%ie+e -+ 55 de c 4 -+ 2 e+ &e)o de @ )e /-e(a e+ -+

=l> a 2# ZC J!520 kcal;k(ol

Calor la%e+%e de 9a&oriaci.+ del @2O a 2# ZC 0!00 kcal;k(ol


20/22

,

mol

kJ-904.6H :)(H6 NO(g)4 )(5)(4

oR 223

=∆+→+ g O g O g NH

El calor e)%+dar de reacci.+ a

2# ZC 4 a%( &ara la o*idaci.+ del a(o+íaco e):


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Se ali(e+%a+ 00 (ol;< de N@ 4 200 (ol;< de O2 2# ZC a -+ reac%or? e+ el c-al )e

co+)-(e co(&le%a(e+%e el a(o+íaco, La corrie+%e &rod-c%o e(er7e co(o -+ 7a) a 00

ZC, Calc-lar el calor %ra+)Werido de)de o


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* H P#O/0COSs−r

=15809 x103k" h

* H #'ACC, - %

=$=−22,615 k"

h +15,809 x103

k" h =15,786 x103

k" h

2,A-Wre lí/-ido a 0 Z C 4 o*í7e+o &-ro a 2# ZC )e (ecla+ e+ -+a relaci.+

e)%e/-io(%rica 4 )e ali(e+%a a -+ /-e(ador? do+de )e lle9a a ca'o la o*idaci.+

co(&le%a del a-Wre a SO2, El /-e(ador e)% &erWec%a(e+%e ai)lado? la &re)i.+ e) -+a

a%(o)Wera 4 el )i)%e(a o&era e+ e)%ado e)%acio+ario, MC-l e) la %e(&era%-ra de la

corrie+%e /-e )ale

[@reacc, J 2"!,5 3;7(ol &ara la reacci.+ S=)> D O2 =7> SO2 =7> a 2# Z C[@ W-)i.+ ,6 3;7(ol &ara el S a Z CC& 2 ;7(ol Z C &ara el S=l>C& 2,2 ;7(ol Z C &ara el S=)>C& "," ;7(ol Z C &ara el SO2=7>C& 2", ;7(ol Z C &ara el O2=7>

0=* H #'ACC, - % 25) C

+* H P#O/0COSs−r

−* H #'AC,VOS '−r

* H #'AC,VOS '−r

=1gmol∗(23.2 " gmol)C )∗(114) C −25) C )+1 gmol∗(1.73 x103 " gmol)C )+1 gmol∗(23.2 " gmol)

* H P#O/0COSs−r =1gmol∗(

23.2

"

gmol)C )∗(s−25) C )=(

23.2

"

) C )s−580 "

0=−296.8 1 103 " +[(23.2 " )C )s−580" ]−4271.792 " e)&ea+do T):

s=296.8 1 103 " +580" +4271.792 "

(23.2

"

) C )

=13,002.23) C

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