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May 21, 2018 | Author: Yonathan Chávez De La Cruz | Category: Combustion, Carbon Dioxide, Physical Chemistry, Chemistry, Physical Quantities


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“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO”CURSO : OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS. DOCENTE : MIÑANO CALDERON, BENIGNO. FACULTAD : INGENIERÍA. ESCUELA : INGENIERÍA INDUSTRIAL CICLO : VI INTEGRANTES :  ALEGRE HINOSTROSA, FRANKLYN. BLAS TONGOMBOL LUÍS ALBERTO. CORTES VILCHES, GIAN CARLOS. GARCIA MORENO, JUAN. GAYOSO OLIVERA, JAIME. GURRIONERO PAULO MILUTINOVICH ESCARATE, ZDORKA. PARDO ARTEAGA, ERASMO.  VALDIVIEZO LA ROSA, ANDRES MARVIN. VILLACORTA SIFUENTES, VICTOR. AÑO : Calor específico de humos (promedio) Ce=1.1.9 g/mol. Cp(H2O)=30.PROBLEMA N°1: En un horno se pretende utilizar gas metano (CH4) puro como combustible utilizando un exceso de aire de combustión del 40 %. . Cp(N2)=29.0.36 KJ/mol Kg CH4 1Kcal 1molCH4 .18 KJ * 16 Kg = 39927.Temperatura de humos a chimenea 160ºC .31 KJ/mol PCI (negativo por ser exotérmico) PCI= PCS – (597*G) Donde: . H2O(l)=-285830 . + Calor ∆H𝐟̇ -74850 -393520 -241820 ∆H𝐑̇= 𝐑̇ = ∑ ∆𝐇𝐟𝐏 − ∑ ∆𝐇𝐟𝐑 ∆H𝐑̇= [-393520 + 2(-241820)] – [-74850] ∆H𝐑̇= -877160 + 74850 ∆H𝐑̇= -802.015KJ/ (kg*K).Se desprecia la humedad del aire Se desea saber: a) Poder calorífico superior e inferior del gas metano en KJ/kg.293 kg/m3 . Solución: C CO2 (g) CH4 (g) H2O (vapor) HORNO O2 Aire Seco N2 O2 = 21% N2 = 79% Exceso: 40% Ingresan Salen Rx: 1CH4 + 2O2 1CO2 + 2H2O …………………….G: Porcentaje del H2O formado por la combustión del Hidrógeno más la humedad propia del combustible: G= (A*%) + H2O . CH4(g)=-74850.Peso molecular del aire: 28. b) Consumo de combustible en kg/s y aire en m3/s para un aporte de calor de 104 KJ/s. Densidad del aire: 1.2. .Temperatura ambiente TA=15°C. Cp(O2)=30.597: Calor de Condensación del H2O a 0oC (Kcal/Kg) 597Kcal * 4. c) Rendimiento calorífico de la instalación.9 . Se dispone de los siguientes datos: .ΔHf(J/mol): CO2(g)=-393520. H2O(g)=-241820.Capacidades caloríficas a presión constante en KJ/(Kmol*K): Cp(CO2)=40. .4*24. 𝛛𝐀𝐢𝐫𝐞 = 1. pero debido a que es un gas metano puro.46 𝐊𝐠𝐦𝐨𝐥/𝐬𝐂𝐇𝟒 * 16 Kg  X= 199.14 Kg/s 𝐕= 1.14 Kgmol/s 𝐦 𝐦 𝛛𝐀𝐢𝐫𝐞 =  𝐕= .21 O2 Exceso= 1.05 KJ/mol Base de Cálculo: 100 kgmol/s de CH4: Rx: 1CH4 + 2O2 1CO2 + 2H2O 1kgmol/s 2kgmol/s 1kgmol/s 2kgmol/s 100kgmol/s 200kgmol/s 100kgmol/s 200kgmol/s ∆H𝐑̇=-80231KJ/mol X ……………………………………………………………. %: Porcentaje de impurezas que puede tener el Hidrógeno en el combustible.89 Kgmol/s 0.36 Kg/s 80231 1 KgmolCH4 O2 Necesario: 12.45m3/s Respuesta (b): Consumo de Combustible: X= 199.46 Kgmol/sCH4 X O2 1 Kgmol/sCH4 2 Kgmol/sO2 𝐗 𝐎𝟐 = 24.89 Kgmol/s de O2 Aire = 34. Donde: A: Kg de H2O que se forman al oxidar un Kg de Hidrógeno.21 (Aire seco) Aire = 166. PCS= PCI + 39927.45m3/s .92 O2 Exceso= 34.31 KJ/mol+39927.92Kmol/s de O2 (necesario o teórico) Aire = O2 Exceso O2 Exceso= 1.2Kg/m3  V= 138. no se considera.36 KJ/mol PCS= -802.2Kg/m3 𝐕 𝛛𝐀𝐢𝐫𝐞 166.05 KJ/mol Respuesta (a): PCI= -802.36 KJ/mol PCS= 39125. Q=-10000KJ/s (energía útil) Combustible (CH4): 100Kgmol/sCH4 -80231 KJ X Kgmol/sCH4 -10000 KJ/s X= 100*10000 = 12.4*O2 necesario 0.31 KJ/mol y PCS= 39125.36 Kg/s Consumo del aire: V= 138. 036 ∗ 30.46) ∗ 100 Respuesta (c) = 86.2)] ∗ 145K Q= 6.056 ∗ 29.Rendimiento Calorífico de la Instalación: Q= m*Cp*∆T Q= m*Cp*(160oC – 15oC)  Q= m*Cp*(145oK) 𝐐 = [(𝐦𝐂𝐎𝟐 ∗ 𝐂𝐩𝐂𝐎𝟐 ) + (𝐦𝐇𝟐𝐎 ∗ 𝐂𝐩𝐇𝟐𝐎 ) + (𝐦𝐍𝟐 ∗ 𝐂𝐩𝐍𝟐 ) + (𝐦𝐎𝟐 ∗ 𝐂𝐩𝐎𝟐 )] ∗ 𝟏𝟒𝟓𝐊 𝐐 = [(0.432 Kg/s K x 145 K = 932.1) + (0.064 ∗ 30) + (0.9) + (0.05 % .𝟔𝟒∗12.044 ∗ 40.64 Kg/s 𝜀𝑃 𝜀𝑎 HORNO 𝜀𝑢 𝛆𝐮 (𝛆𝐚 − 𝛆𝐩 ) 𝐑= ∗ 𝟏𝟎𝟎 → 𝐑= ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝛆𝐚 𝛆𝐚 10000 𝐑 = (𝟗𝟑𝟐. C * 22. 1 m3 V aire = V O2 * 5 = 9.4 Lt. De oxigeno Dato teórico carbono oxigeno 12g.35 *106 Lt.PROBLEMA N° 4: Cuantos m3 de aire se necesitan para la combustión completa de una tonelada de carbón. C 22. O. O X = 106 g. Aire. C X = 1. 103 Lt. V aire = 9350 m3 .4 Lt. O 106 g.4 Lt.87 *106 Lt. O 12 g. Se supondrá que el aire contiene 1/5 de su volumen en oxigeno Solución: C + O2 CO2 1Mol de 1Mol de 22. C X Lt. O2 = 1%. H = 5%. El análisis de los humos secos producidos da: CO2 = 14. ----- 2H2 + 1O2 2H2O 25 ----.8%. Solución: C= 87% H2= 5% CO2= 14. N2 = 81%.1%. 50 ---- 1S + 1O2 1SO2 10 ----.PROBLEMA N° 7: Un horno quema carbón de composición: C = 87%. N2) Entran Salen Base de Cálculo: 1000 kg de Carbón C= 870kg H2= 50kg O2= 10kg S= 10Kg N2= 10kg Cenizas= 50Kg Reacción Salidas O2 CO2 H2O SO2 1C + 1O2 1CO2 870 870 ----.1%. SO2 = 0.4 kgCO2 gases secos .8 X kgCO2 100 X=5878. O2 = 4.1% O2= 1% Aire seco N2= 81% Cenizas=5% (O2.8% S= 1% SO2= 0. 10 Total (Kg necesarios) 905 870 50 10 A partir del CO2 en la salida: Salen % Total (gases secos) 870kgCO2 14. cenizas = 5%.1% N2= 1% HORNO O2= 4. N2 = 1%. Calcular el exceso de aire utilizado y el volumen de los humos producidos sabiendo que salen a una temperatura de 250°C y a una presión de 730 mm Hg en la combustión de 1 TN de carbón. ---. S = 1%. 4) O2 salida = 241 kg O2 neto = O2 necesario .93 * 100 Aire en exceso = 128.2x10-3(m3*atm)/(mol*°K)(523°K) V= 262.O2 salida = (0.2% 21 Cálculo del volumen de los humos producidos: 𝐧𝐑𝐓 𝐕= 𝐏 T°= 250 +273 R= 0.041) (5878.2x10-3 (m3*atm)/ (mol*°K) P= 730 mmHg * 1atm P = 0.93% O2 neto Aire en exceso = 26.0821 (L*atm)/(mol*°K) T°= 523 °K R= 8.6 m3 0.4 m3 .O2 propio del carbón O2 neto = 905 – 10 O2 neto = 895 kg O2 ingresa = O2 neto + O2 salida O2 ingresa = 895 + 241 O2 ingresa = 1136 kg O2 exceso= O2 ingresa * 100 O2 exceso = 26.96 atm 760 mm Hg V= (5878.4mol) (8.96atm Rpt: Exceso de aire: 128 % Volumen: V= 262. 4 CO2 -94. N2 = 1%.9 CO -26. 1H2 + 1/2O2 1 H2O 56 Kg/mol 28 Kg/mol 56 Kg/mol CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 28 Kg/mol 56 Kg/mol 28 Kg/mol 56 Kg/mol CO + 1/2O2 CO2 10 Kg/mol 5 Kg/mol 10 Kg/mol (O2) requerido 89 Kg/mol . b) Calcule la composición de la corriente de salida del horno. N2) T2 = 125 °C Entran Salen T1 = 50 °C a. c) Calcule la máxima temperatura (temperatura adiabática) a que pueden salir los gases de combustión suponiendo que esta se completa. a) Escriba y ajuste las reacciones de combustión. El gas se introduce a 50°C y el aire a 125 °C. COMPUESTO ENTALPIA DE FORMACIÓN A 25°C Kcal/mol CH4 -17. CH4 = 28%.8 Solución: H2= 56% CO2 CH4= 28% H2O CO= 10% HORNO O2 CO2= 5% Aire seco N2 N2=1% Exceso 50% (O2. CO = 10%. Se quema con un 50% en exceso de aire.PROBLEMA N° 10: Un horno se alimenta de un gas de coqueria con la siguiente composicion molar: H2 = 56%. CO2 = 5%.1 H2O -57. 32 Ts = 1550411.8 + 1528447.45 H2O 112 16.5 Kg/ mol) – (89 Kg/ mol) = 44.71 Kg/ mol 0.115504. Humos secos ( producto) Caudal molar (Kg/ mol) % CO2 38 5.5 6.5 Kg/mol *7.32 ( Ts – 398) = 387.36 Ts = 399.5 + 3840.5 Kg/ mol b.6 cal/mol*K) * ( Ts – 323 K) + (44.08 O2 44.2 cal/mol*K) ( Ts-298) 425.76K .79 = 502.32 – 387. Q = 0 Aire Q1 + Q2 = Q 3 ( mH2 * CpH2) * ( Ts – 323 K) + ( mO2 * CpO2) + ( mN2 * Cp N2) * (Ts -398 K) = ( mCO2* CpCO2) ( Ts-te) Asumimos una te CO2 = 298K (56 Kg/mol * 7.21 Kg/mol * 7 cal/mol*K) * (Ts -398 K) = ( 38 Kg/mol * 10.71 Kg/ mol * 0.(O2) entrante = 89 Kg/ mol * 1.36 3878.3cal/mol*K) + 502. Entrada de aire = 133.6) = .5 Kg/ mol.71 100 (Q1) T1 = 50°C (Q3) Ts = ? HORNO 2 Se asume que es un proceso adiabático lo cual indica que (Q2) T2 =125°C no perdida de calor.6 (Ts-298K) Ts (425.5 Kg/ mol = 635.21 72.21 Kg/ mol (aire) O2 exceso = (133.21 (% O2 ) N2 entrante = 635.39 N2 502.8 + 137468.08 TOTAL 696.6 ( Ts – 323k) + 3840.5 = 133. 6% de O. el 90% de C reacciona formando CO2.12/2 1H + ½ O2 H2O 0. 0.PROBLEMA N°8: Un combustible cuya composición en masa es: 82% de C. -------- .82)(0. ------- -------. --------.06 --------.9)/12 1C + 1O2 CO2 0.06 ------ C (0.006 ------ H2 0. 0. el resto del carbono. 12% de H. ------------.06/32 ---------. 1. Se quema con 250% de aire teórico. reacciona formando CO. Se debe que en la combustión.82)(0.1)/12 1C + ½ O2 CO 0.03 -------. --------. b) El análisis gravimétrico (% en masa) de los productos. Solución: CO2 Combustible CO HORNO H2O O2 N2 Aire Seco 250% exceso a) Aire (100%) estequiométrico = ? Aire real/ Kg de combustible Base de cálculo: 1Kg de combustible O O libre Comp. 0.87 * 10-3 total -------------. --------.06 ------- O2 0. Calcular: a) Aire teórico y el aire real en Kg de aire/ Kg de combustible.003 ------- -------.126 -------- CO2 CO H2O 0. Kg/mol Rx estequiomé trico (0. 59) 3. 55.31 Kg/mol N2 = 0. Aire teórico o estequiométrico: 1C + 1 O2 1 CO2 0.07 Aire = 0.24 Total -------.87*10-3 O2 = 0.54 0.07 Kg/mol b) Composición de productos Componentes Kg/mol x mol Kg % CO2 0.07) – 0.28 76.08 0.82/12 O entrada = Estequiométrico .124 Aire = ONeto/0.82/12 0.003 x 28 mol 0.31 x 32 mol 9.59 Kg/mol Airereal = (0.92 17.Olibre Oneto = 0.Oneto O2 = 0.O Libre O2 = 0.1.76 H2O 0.07/0.33 Kg/mol Aire Real: ONeto = Oestequometrico .124 = 0.14 O2 0.124 = 1.21 = 0.82/12 .21 (2.03 x 18 mol 0.07) – 0.5 = 2.97 CO 0.21 = 0.46 100 Calculando O2 y N2: O2 = Oentrante .79 (2.51 x 28 mol 42.51 Kg/mol .06 x 44 mol 2.64 4.89 N2 1.
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