UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Termodinámica I

Consultas

CONSULTAS DE TERMODINÁMICA PARA EL SEGUNDO HEMISEMESTRE

Profesor: Ing. Renán CriolloAlumno: Pablo Guerrón

Semestre: Cuarto

Paralelo: Primero

Fecha de entrega del informe: 21-01-2011

Quito – Ecuador

1. Grados de densidad y sus aplicaciones1.1.1. Gravedad API

“La gravedad API, de sus siglas en inglés American Petroleum Institute, es una medida de densidad que describe cuán pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua. Si los grados API son mayores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en ésta. La gravedad API es también usada para comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo. Por ejemplo, si una fracción de petróleo flota en otra, significa que es más liviana, y por lo tanto su gravedad API es mayor. Matemáticamente la gravedad API no tiene unidades (ver la fórmula abajo). Sin embargo siempre al número se le coloca la denominación grado API. La gravedad API es medida con un instrumento denominado densimetro. Existen una gran variedad de estos instrumentos.

Fórmula de la gravedad API

La fórmula usada para obtener la gravedad API es la siguiente:

Gravedad API = (141,5/GE a 60 °F) - 131,5

La fórmula usada para obtener la gravedad específica del líquido derivada de los grados API es la siguiente:

GE a 60 °F = 141,5/(Gravedad API + 131,5)

60 °F (o 15 5/9 °C) es usado como el valor estándar para la medición y reportes de mediciones.

Por lo tanto, un crudo pesado con una gravedad específica de 1 (esta es la densidad del agua pura a 60 °F) tendrá la siguiente gravedad API:

(141,5/1,0) - 131,5 = 10,0 grados API.

Clasificación de los grados

Generalmente hablando, un mayor valor de gravedad API en un producto de refinería representa que éste tiene un mayor valor comercial. Esto básicamente debido a la facilidad (operacional y económica) de producir destilados valiosos como gasolina, jet fuel y gasóleo con alimentaciones de crudos livianos y a los altos rendimientos de los mismos. Esta regla es válida hasta los 45 grados API, más allá de este valor las cadenas moleculares son tan cortas que hacen que los productos tengan menor valor comercial.

El Petróleo es clasificado en liviano, mediano, pesado y extrapesado, de acuerdo con su medición de gravedad API.

Crudo liviano es definido como el que tiene gravedades API mayores a 31,1 °API

Crudo mediano es aquel que tiene gravedades API entre 22,3 y 31,1 °API.

Crudo Pesado es definido como aquel que tiene gravedades API entre 10 y 22,3 °API.

Crudos extrapesados son aquellos que tienen gravedades API menores a 10 ° API.” (1)

1.1.2. Grados Baumé

“La escala Baumé es una escala usada en la medida de las concentraciones de ciertas soluciones (jarabes, ácidos). Fue creada por el químico y farmacéutico francés Antoine Baumé (1728–1804) en 1768 cuando construyó su areómetro. Cada elemento de la división de la escalera Baumé se denomina grado Baumé y se simboliza por ºB o ºBé.

La graduación de un areómetro en grados Baumé se establece en referencia a una disolución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) al 10% en masa y agua destilada. Se marca el valor 0 para el agua destilada y el valor 10 para la disolución al 10%, y se divide el espacio entre ambos en 10 grados Baumé. La escala se puede alargar por abajo para líquidos menos densos que el agua destilada (ρ=1 g/cm³). Para líquidos más densos que el agua la escala es un poco diferente: se mantiene el valor 0ºBé para el agua destilada y se pone el valor 15ºBé cuando el areómetro está dentro de una disolución al 15% de cloruro de sodio. Esto hace que las dos escalas no se correspondan; por ejemplo los 25ºBé (densidad alta) no coinciden con los 25ºBé (densidad baja). Por esta razón se la considera una escala confusa y que debe eliminarse.

La relación entre la densidad, ρ, de la disolución y los grados Baumé se ha expresado de diversas formas durante el tiempo que se ha empleado. Actualmente a 20ºC la relación entre la densidad, ρ, y los grados Baumé de una disolución viene dada por las siguientes relaciones:

Para líquidos más densos que el agua (ρ > 1 g/cm³):

ºBé = 145 – 145/ρρ = 145/(145 - ºBé)

Para líquidos menos densos que el agua (ρ < 1 g/cm³):

ºBé = 140/ρ – 130ρ = 140/(130 + ºBé)

Su ventaja es que permite evaluar la concentración de cualquier solución con una misma unidad (grados Baumé) y un mismo aparato (el areómetro Baumé), pero hace falta emplear una tabla específica por determinar la concentración de cada tipo de sustancia. Se sigue empleando en la actualidad en la producción industrial de cerveza, vino, miel y ácidos concentrados.”(2)

1.1.3. Grados Brix

“Los grados Brix (símbolo °Bx) miden el cociente total de sacarosa disuelta en un líquido. Una solución de 25 °Bx tiene 25 g de azúcar (sacarosa) por 100 g de líquido o, dicho de otro modo, hay 25 g de sacarosa y 75 g de agua en los 100 g de la solución.

Los grados Brix se miden con un sacarímetro, que mide la gravedad específica de un líquido, o, más fácilmente, con un refractómetro.

Grados Brix, grados Balling y grados Plato

La escala Brix es un refinamiento de las tablas de la escala Balling, desarrollada por el químico alemán Karl Balling. La escala Plato, que mide los grados Plato, también parte de la escala Balling. Se utilizan las tres, a menudo alternativamente, y sus diferencias son de importancia menor. La escala Brix se utiliza, sobre todo, en la fabricación del zumo y del vino de fruta y del azúcar a base de caña. La escala Plato se utiliza, sobre todo, en la elaboración de cerveza. La escala Balling es obsoleta pero todavía aparece en los sacarímetros más viejos.”(3)

1.1.4.Grados Gay Lussac

“Los grados Gay Lussac es la medida de alcohol contenida en volumen.

Debido a sus propiedades para disolver otras sustancias químicas, el alcohol etílico es utilizado como materia prima en diversos productos tales como perfumes, drogas, plásticos y licores. Los grados Gay Lussac sirven para indicar el contenido de alcohol en una sustancia expresado en volumen; por ejemplo, en un vino tinto que por lo general marca de 11% a 16% de alcohol, el porcentaje indica cuanto del vino es alcohol. Al multiplicarlo por el contenido de la botella se obtiene la cantidad de mililitros de alcohol etílico contenidos en total, por ejemplo, una botella de 750 ml con 14 grados Gay Lussac, contiene 750 * 14 / 100 = 105 ml de alcohol etílico en la botella.”(4)

1.2. Reducción del volumen al mezclar agua y alcohol

“La razón por la que el volumen de la mezcla agua alcohol es menor al que debería ser se debe a la vinculación molecular; específicamente a la creación de uniones de hidrógeno. El componente OH- del alcohol interactúa con el H+ de las moléculas de agua. Estas uniones se atraen entre sí hasta formar "uniones de hidrógeno". Estas uniones producen una formación molecular más estrecha, reduciendo así el volumen de los líquidos combinados. Las propiedades fisicas cambian, cambia el punto de ebullicion, el punto de congelación, asi si se trata de congelar agua con alcohol se vera que se tiene que bajar mucho la temperatura. Otro cambio importante es que se forma un azeotropo, más fácil se verá siempre la leyenda alcohol del 96 o del 70, lo que significa el porcentaje de alcohol y el restante de agua. Por mas refinaciones y evaporaciones no se podrá pasar del 96, eso es el azeotropo, para obtener alcohol puro o "absoluto" se tiene que agregar sulfato de cobre que absorbe la humedad.

Para separa esta mezcla por destilación, no se va a poder separar todo el agua del alcohol, ya que a 78ºC se forma una mezcla de vapores de alcohol y agua, llamada mezcla azeotrópica, que destilan juntos.En definitiva, si se tiene una mezcla de 50 % de alcohol y 50 % de agua, si se la somete a una destilación, a los 78ºC se estabiliza la temperatura y destila alcohol 96 % + agua 4 %, que es el alcohol conocido como alcohol puro; luego sube la temperatura a 100ºC y destila el resto del agua.

Para separar toda el agua y obtener alcohol 100 %, llamado alcohol absoluto, se deberás tratarlo con un deshidratante como el silicagel.”(5)

2. Solubilidad de gases, cuales no cumplen la ley de Henry

“Lo semejante disuelve lo semejante: esto quiere decir que la estructura molecular del soluto con el solvente deben ser similares para que uno disuelva al otro.La presion afecta la solubilidad de un gas en un liquido, esto quiere decir que a mayor presion, mayor la solubilidad del gas en un líquido, y esto es inversamente proporcional (a menor presion, menor la solubilidad del gas).La solubilidad de los gases en los líquidos disminuye al incrementar la temperatura.

2.1. Sistemas de dos componentes

Si cierta cantidad de un gas simple y un líquido relativamente no volátil se llevan al equilibrio la concentración resultante del gas disuelto en el líquido recibe el nombre de solubilidad del gas a la temperatura y presión predominantes. A una temperatura dada, la solubilidad aumentará con la presión La solubilidad de cualquier gas depende de la temperatura, y depende en la forma descrita por la ley de van ‘t Hoff para el equilibrio móvil: “si se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio, ocurrirá un cambio durante el cual se absorberá calor”.

2.2. Sistemas de multicomponentes

Si una mezcla de gases se pone en contacto con un líquido, la solubilidad en el equilibrio de cada gas será, en ciertas condiciones, independiente de la de los demás, siempre y cuando el equilibrio se describa en función de las presiones parciales en la mezcla gaseosa. Si todos los componentes del gas, excepto uno, son básicamente insolubles, sus concentraciones en el líquido serán tan pequeñas que no podrán modificar la solubilidad del componente relativamente soluble; entonces se puede aplicar la generalización Si varios componentes de la mezcla son apreciablemente solubles, la generalización será aplicable únicamente si los gases que se van a disolver son indiferentes ante la naturaleza del líquido; esto sucederá en el caso de las soluciones ideales. Por ejemplo, el propano y butano gaseosos de una mezcla se disolverán por separado en un aceite de parafina no volátil, puesto que las soluciones que se obtienen son básicamente ideales Soluciones líquidas ideales Cuando una fase líquida se puede considerar ideal, la presión parcial en el equilibrio de un gas en la solución puede ser calculada sin necesidad de determinaciones experimentales.

Hay cuatro características significativas de las soluciones ideales; todas se relacionan entre sí:

➢ Las fuerzas intermoleculares promedio de atracción y repulsión en la solución no cambian al mezclar los componentes.

➢ El volumen de la solución varia linealmente con la composición.

➢ No hay absorción ni evolución de calor al mezclar los componentes. Sin embargo, en el caso de gases que se disuelven en líquidos, este criterio no incluye el calor de condensación del gas al estado líquido.

➢ La presión.total de vapor de la solución varía linealmente con la composición expresada en fracción mol.

En particular, los miembros adyacentes o casi adyacentes de una serie homóloga de compuestos orgánicos pertenecen a esta categoría. Así, por ejemplo, las soluciones de benceno en tolueno, de alcohol etílico y propílico o las soluciones de gases de hidrocarburos parafínicos en aceites de parafina pueden generalmente considerarse como soluciones ideales. Cuando la mezcla gaseosa en equilibrio con una solución liquida ideal, sigue también la ley de los gases ideales, la presión parcial p* de un soluto gaseoso A es igual al producto de su presión de vapor p a la misma temperatura por su fracción mol en la solución x.

2.3. Elección del disolvente para la absorción

Si el propósito principal de la operación de absorción es producir una solución específica, el disolvente es especificado por la naturaleza del producto. Si el propósito principal es eliminar algún componente del gas, casi siempre existe la posibilidad de elección. Por supuesto, el agua es el disolvente más barato y más completo, pero debe darse considerable importancia a las siguientes propiedades:

1. Solubilidad del gas. La solubilidad del gas debe ser elevada, a fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza química similar a la del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Para los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas es la misma, en fracciones mol, para todos los disolventes. Sin embargo, es mayor, en fracciones peso, para los disolventes de bajo peso molecular y deben utilizarse pesos menores de estos disolventes. Con frecuencia, la reacción química del disolvente con el soluto produce una solubilidad elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente para volverlo a utilizar, la reacción debe ser reversible.

2. Volatilidad. El disolvente debe tener una presión baja de vapor, puesto que el gas saliente en una operación de absorción generalmente está saturado con el disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. Si es necesario, puede utilizarse un líquido menos volátil para recuperar la parte evaporada del primer disolvente.

3. Corrosión. Los materiales de construcción que se necesitan para el equipo no deben ser raros o costosos.

4. Costo. El disolvente debe ser barato, de forma que las pérdidas no sean costosas, y debe obtenerse fácilmente.

5. Viscosidad. Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la absorción, mejores características en la inundación de las torres de absorción, bajas caídas de presión en el bombeo y buenas características de transferencia de calor.

6. Misceláneos. Si es posible, el disolvente no debe ser tóxico, ni inflamable, debe ser estable químicamente y tener un punto bajo de congelamiento.”(6)

3. Contaminación térmica del agua, Que es en que consiste y cuales son sus efectos negativos

“Contaminación térmica es aquella en la que el contaminante es una fuente de calor y se manifiesta como una reducción en la calidad del agua causada por incrementos en temperatura. Generalmente, esta contaminación es de origen antropogénico, causado por la disposición de calor en exceso o de desecho térmico como resultado de los procesos de enfriamiento de las plantas generadoras de energía.

La contaminación térmica es una forma importante de contaminación en sistemas acuáticos y ocurre, en la mayoría de los casos, cuando el agua utilizada para el enfriamiento de las plantas generadoras de energía es liberada al medio ambiente a una temperatura mayor de la que se encontraba naturalmente (entre 9 y 20° C más caliente).

Los ambientes acuáticos son los más susceptibles a este tipo de contaminación ya que el agua es el regulador de temperatura más abundante y barato que la industria y plantas generatrices utilizan. Esta agua, una vez utilizada para propósitos de enfriamiento, muchas veces adquiere elementos tóxicos como metales pesados y compuestos orgánicos que finalmente pasarán a los sistemas naturales provocando efectos tóxicos a la flora y fauna.

Los cambios de temperatura en el agua pueden afectar los procesos vitales que implican reacciones químicas y la velocidad de éstas. Por ejemplo, un aumento de diez grados centígrados puede doblar la velocidad de una reacción.

Los animales de sangre caliente como las aves y los mamíferos poseen mecanismos reguladores internos que mantienen la temperatura del cuerpo constante. Sin embargo, organismos acuáticos de sangre fría, como los peces, no pueden regular la temperatura de sus cuerpos de modo tan eficiente como los animales de sangre caliente. Por lo que estos peces aceleran todos los procesos, de modo que la necesidad de oxígeno y la velocidad de reacción se ajuste al medio ambiente donde viven.

La necesidad aumentada de oxígeno en presencia de altas temperaturas es particularmente grave, puesto que el agua caliente posee una capacidad menor para retener oxígeno disuelto que el agua fría. 

Además, cambios en la temperatura del agua pueden afectar la actividad y la velocidad de la natación con una reducción en la capacidad para cazar su alimento. Esta inactividad resulta más crítica porque el pez necesita más alimento para mantener su velocidad metabólica la cual es más alta en aguas más calientes. Por otro lado los mecanismos reproductores, como el desove, están accionados por cambios de temperatura por lo que cambios anómalos en la temperatura del agua pueden transformar este ciclo.

Otro de los efectos de la contaminación térmica es que las temperaturas altas son más favorables para organismos patógenos. Por lo que una frecuencia baja de enfermedad en los peces podría convertirse en una mortalidad masiva de los mismos al hacerse los patógenos más virulentos y los peces menos resistentes al haber aumentos en la temperatura del agua. 

Figura3-1: Generación de

energía, desecho de calor.

Fuente: http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/Contaminacion_termica.htm

Los ecosistemas acuáticos cerca de las centrales eléctricas están sujetos no solo a los efectos de una temperatura elevada, sino también a los choques térmicos de cambios rápidos en temperatura.

La producción de corriente y la descarga de calor varían considerablemente de un punto máximo en las tardes a un punto mínimo entre media noche y el amanecer. Así el desarrollo de especies de agua fría resulta impedido por el agua caliente y el desarrollo de especies de agua caliente resulta trastornado por la corriente imprevisible de calor.

También pueden producirse trastornos complementarios porque el agua caliente tiene un contenido reducido de oxígeno. Por lo que los ríos calientes poseen menor capacidad para limpiarse o descomponer materia orgánica que los ríos fríos.

Otros efectos asociados a contaminación térmica en el agua son:

1. Alterar la composición del agua disminuyendo su densidad y la concentración de oxígeno disuelto.

2. Provocar que especies no tolerantes a temperatura altas dejen de existir (ejemplo: peces y larvas sensitivas) o emigren a otras regiones.

3. Producir cambios en la tasa de respiración, crecimiento, alimentación, desarrollo embrionario y reproducción de los organismos del sistema.

4. Estimular la actividad bacteriana y parasítica (hongos, protozoos, nemátodos, etc.), haciendo el sistema más susceptible a enfermedades y parasitismo por organismos oportunistas.

5. Aumentar la susceptibilidad de los organismos del sistema a cualquier contaminante, ya que el metabolismo de los organismos debe hacer cambios para soportar el estrés de tener que sobrevivir a una temperatura anormal.

6. Causar cambios en los periodos de reproducción de muchas especies lo que puede desembocar en el florecimiento exagerado de algunas especies y la desaparición de otras. El crecimiento y la fotosíntesis de las plantas aumentan.

7. Provocar trastornos en las cadenas alimenticias del ambiente acuático.

8. Reducir la viscosidad del agua y favorecer los depósitos de sedimentos.

9. Se afecta el olor y el sabor de las aguas debido a la disminución de la solubilidad de los gases.

Algunas de las soluciones a este tipo de contaminación son:

1. Transformar el exceso de calor en electricidad.

2. Utilizar menos energía de petróleo y nuclear.

3. Aumentar el uso de energía del viento (eólica), del agua (hidroeléctrica) y del sol (solar).

4. Reciclaje del agua utilizada en los procesos de enfriamiento. Se espera a que el agua utilizada se enfríe y se vuelve a usar.

5. Utilizar tecnología más eficiente en el consumo energético.

Figura 3-2:Ecosistemas

acuáticos amenazados.

Fuente: http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/Contaminacion_termica.htm

Figura3-3: Problema global.

Fuente: http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/Contaminacion_termica.htm

6. Monitoreos rigurosos a los efluentes industriales para mantener la temperatura de la descarga similar a la del afluente.

7. Limitar la cantidad de agua termal descargada en el mismo cuerpo de agua.

8. Descargar las aguas termales lejos de ambientes ecológicamente vulnerables.

9. Utilizar las aguas termales para el cultivo de peces y ostras en acuacultura.

La contaminación térmica es un problema global y contribuye al gran problema del calentamiento global. Se estima que para los años venideros la necesidad de agua refrigerante para las centrales termoeléctricas en Estados Unidos será mucho mayor que la cantidad total de aguas usadas hoy. Estas se concentrarán en las costas y a lo largo de los ríos con suficiente capacidad. Por lo que no pensemos que calentar un cuerpo de agua es un problema local, que el océano es tan vasto que no se alterará su temperatura y que podemos continuar abusando de nuestro ambiente. Eventualmente, el flujo de los ríos llega a los mares que a su vez están interconectados y los cuales se interrelacionan con la atmósfera.

3.1. Causa principal de contaminación térmica

Uso del agua para condensar el vapor producido por las turbinas de vapor, generadoras de electricidad.

3.2. Efectos adversos

Muerte por exposición a elevadas temperaturas de vida acuática contenida en agua de enfriamiento.

Aumento en las tasas de metabolismos, mayor consumo de alimento y de oxigeno disuelto.

OD disminuye al aumentar la temperatura.

Peces pueden sufrir de embolia resultante del desprendimiento de burbujas de nitrógeno en los vasos sanguíneos.

3.3. Métodos de control

Distribución uniforme la carga de calor en un gran volumen de agua.

3.4. Usar Torres de Enfriamiento:

Figura 3.4. Diagrama de flujo para tratar la contaminación térmica del aguaFuente: http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/Contaminacion_termica.htm

”(7)

4. Fraccionamiento del petróleo con destilación atmosférica, intervalos de temperatura

El petróleo* o aceitecrudo se extrae de pozos perforados a grandes profundidades, en los estratos rocosos de la corteza terrestre. No se conoce con exactitud el origen del petróleo, pero se cree que es el resultado de procesosgeológicos sobre la materiaorganica en descomposición. En la búsqueda de los depositos de petróleo, los geólogos emplean muchas tñecnicas, pero la más importante es la que consiste en sondear las diferentes capas de roca con objeto de localizar la presencia de una corona o de una elevación redondeada en la cual puede estar atrapado un depósito de petroleo.

A pesar de que algunos compuestos del oxígeno, azufre y nitrógeno se encuentran en el petróleo , éste está compuesto, principalmente, por una mezcla de hidrocarburos, los cuales se refinan, mediante el proceso llamado destilación fraccionada, para obtener productosutiles. Este proceso se basa en el hecho de que las volatilidades ( y por lo tanto las presiones de vapor ) de los diferentes hidrocarburos varían inversamente con sus masas moleculares . Los compuestos que poseen menor masa molecular tienen mayor volatilidad y hierven a menor temperatura. Debidoa que el enorme mercado del petróleo reside en la gran demanda de gases ligeros, gasolina, aceites combustibles, disolventes, aceites para motores, grasas, parafinas y asfalto, el aceite crudo se destila fraccionadamente para dar productos que tienen amplios margenes de ebullición. A pesar de que dichos productos son aún bastanteimpuros, tienen suficiente mercado y uso. Para aplicaciones especiales necesitarán refinaciones posteriores con el consecuente aumento del costo. Se obtienen muchos compuestos puros del petroleo.

4.1. Destilacion fraccionada

Para fraccionar el petróleo en la industria, se calienta previamente a unos 300 grados C. a medida que fluye , a través de un horno tubular, hacia la columna de fraccionamiento donde los compuestos del petróleo crudo son vaporizados, condensados y lavados repetidamente para lograr una separación satisfactoria.

En la columna, que es un cilindro vertical, que contiene platillos horizontales debidamente espaciados, cada platillo actúa como una barrera al paso del vapor hacia la parte superior de la columna.

El grado de separación depende de el numero de platillos que tiene la columna. Conforme el vapor se desplaza hacia arriba se le fuerzaa burbujear a través de la fase liquida de cada platillo. Esto hace que los vapores se laven y den lugar a una gran porción del material de mayor peso molecular se disuelva en el liquido y regrese a los platillos inferiores, mientras que los componentes más volatiles son vaporizados y pasan a los platillos superiores. Repitiendo este proceso se obtiene una separación efectiva.

La palabra significa aceite de piedra

4.2. Fracciones del petróleo

Tabla 4.2-1. Fracciones del petroleo

FRACCION INICIAL

SUBFRACCIONES

No. aproximado

de atomos de C.

Intervalo de

ebullición ( O C )

Usos

Gas ligero C 1 -C 5 a - 20 combustible

a Metano y

etano

C 1 - C 2 gas combustible

b Olefinas C 2 - C 4 alcohol, hule

plasticos

c Propano y

Butano

C 3 - C 4 combustible

Gasolina C 5 - C 10 20 - 200 combustible para autos, etc.

a Eter de petróleo C 5 - C 6 30 - 60 disolvente

b Ligroína C 6 - C 8 60 - 100 dosilvente

c Naftas C 8 - C 11 100 - 200 disolventes

Queroseno C 12 - C 16 200 - 300 combustible, disolvente

Continuación de la Tabla 4.2-1: Fracciones del petróleo

Aceites lbricantes C 16 - C 20 lubricante

Petrolato o vaselina C 18 - C 22 lubricante medicamentos

Parafina sólida C 20 - C 30 p.f. 50 - 60 velas, lacres, impermeabilizante

Cera microcristalina C 30 - C 50 p.f. 50 - 60 plásticos etc.

Asfalto Muchos Pinturas pavimentos, etc.

Carbon de Petróleo Muchos metalurgia, electrodos de carbono, etc.

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos/petro/petro.shtml

Figura 4.2-1: Gráfica de los puntos de ebullición de hidrocarburos a diferentes temperaturas.

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos/petro/petro.shtml

Figura 4.2-2: Gráfica de una torre de destilación y los diferentes derivados del petróleo en cada plato de esta

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos/petro/petro.shtml

5. Deshidratación de alcohol para su uso en mezcla con gasolina

Para separa esta mezcla por destilación, no se va a poder separar todo el agua del alcohol, ya que a 78ºC se forma una mezcla de vapores de alcohol y agua, llamada mezcla azeotrópica, que destilan juntos.En definitiva, si se tiene una mezcla de 50 % de alcohol y 50 % de agua, si se la somete a una destilación, a los 78ºC se estabiliza la temperatura y destila alcohol 96 % + agua 4 %, que es el alcohol conocido como alcohol puro; luego sube la temperatura a 100ºC y destila el resto del agua.Para separar toda el agua y obtener alcohol 100 %, llamado alcohol absoluto, se deberás tratarlo con un deshidratante como el silicagel.

6. Como romper el azeótropo procedimientos:

“Es posible mejorar la separación mediante la destilación a bajas presiones o altas

En efecto de la presión sobre la composición del azeotropo se explica mediante la regla de Wrewsky que en una mezcla azeotropica a medida que aumenta la presión del vapor de hecho disminuye la concentración del componente que tiene el menor calor de vaporización .

Tabla5-1: Efecto de la presión sobre la composición y temperatura de ebullición de mezclas azeotrópicas

Fuente: Dr Luis a. Romo, Ing Renán Criollo, Tratado de termodinámica. Quito. pág 577

Los datos que se dan en la tabla confirman la validez de la regla de Wrewsky una vaez que ∆ H v (H 2 O )>¿ ∆ H v (HCl ) y ∆ H v (H 2 O )>∆ H v (C 2 H5 OH )

Así también si se baja la presión hasta 100mm Hg sobre una solución de C2H5OH-H2O, el contenido de alcohol en el azeotropo crece hasta un 99,6% molar. La temperatura de ebullición, correspondiente es 34.2ºC.

Las soluciones azeotropicas pueden ser, en ciertos casos desproporcionadas agregando a la solución a destilarse un tercer componente. Así, cuando se añade benceno a la solución azeotropica de etanol agua forma un sistema de dos capas, que hierve a 64,9ºC a una presión de 1 atm. El residuo, luego de eliminar benceno de la solución por evaporación es alcohol absoluto.

Método químico.

Consiste por ejemplo en añadir óxido de calcio para secuestrar agua del azeótropo etanol agua o ácido sulfúrico concentrado para eliminar hidrocarburos insaturados en el proceso de refinación de aceites y petróleo.”(9)

7. Proceso HABER

“Proceso de Haber, también llamado Proceso de Haber-Bosch, es fijación de nitrógeno reacción de nitrógeno y hidrógeno, sobre un hierro substrato, para producir amoníaco.[1]

[2][3] El proceso de Haber es importante porque el amoníaco es difícil de producir en una escala industrial. Aun cuando 78.1% de aire respiramos somos nitrógeno, el gas es relativamente unreactive porque las moléculas del nitrógeno son ligadas por fuerte enlaces del triple. No era hasta el siglo a principios de siglo 20 que este método fue desarrollado para enjaezar la abundancia atmosférica de nitrógeno para crear amoníaco, que puede entonces estar oxidado para hacer nitratos y nitritos esencial para la producción de nitrato fertilizante y municiones.

El bulto de la tecnología química consiste en conseguir el hidrógeno del metano o el gas natural usando catálisis heterogénea y después reaccionándola con el nitrógeno atmosférico.

7.1. Preparación del gas de síntesis

Primero, el metano se limpia, para quitar principalmente sulfuro impurezas que

envenenarían los catalizadores. Esto es hecha dando vuelta al sulfuro en sulfuro del

hidrógeno:

CH3SH + H2 → CH4 + H2S

y entonces reaccionando con el óxido del cinc al sulfuro del cinc de la forma:

H2→ ZnS + H de S + de ZnO2O

El metano limpio entonces se reacciona con vapor sobre un catalizador de óxido del

níquel. Se llama esto vapor reforming:

CH4 + H2→ de O CO + 3H2

El reforming secundario entonces ocurre con la adición del aire para convertir el metano

que no reaccionó durante el vapor reforming. El monóxido de carbono formado podría

también causar el envenenamiento del catalizador, que reaccionaría con el catalizador

del hierro, formando un compuesto del hierro, así afectando la reacción.[citación necesitada] El

aire agregó durante servicios de este paso también como fuente del nitrógeno para la

síntesis del amoníaco:

2CH4 + O2 → 2CO + 4H2

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Entonces ocurren dos'' cambia de puesto'' que convierten el CO al CO2 por la reacción

con vapor, uno en la temperatura alta, entonces uno en la baja temperatura:

CO + H2→ CO DE O2 + H2 de alta temperatura

el → el catalizador aquí es una mezcla de hierro, cromo y cobre

CO + H2→ CO DE O2 + H2 baja temperatura

el → el catalizador aquí es una mezcla de cobre, cinc y aluminio

Entonces el bióxido de carbono es quitado por la reacción con carbonato del potasio.

K2CO3 + H2O + CO2→ 2KHCO3

La mezcla del gas ahora se pasa en un methanator que convierta cualquier CO restante2

en el metano para reciclar:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Ahora tenemos una mezcla del gas el contener del nitrógeno y del hidrógeno en el

cociente correcto de 1:3.

7.2. Síntesis del amoníaco

La etapa final es la síntesis crucial del amoníaco usando promovida magnetita, óxido del

hierro, como el catalizador:

N2(G) + 3H2→ 2NH del (G)3(G), ΔHo = -92.4 kJ/mol

Esto se hace en 150 - 250 atmósferas (atmósfera) y entre el °C 300 y 550, pasando los

gases sobre cuatro camas de catalizador, con refrescarse entre cada paso para mantener

un razonable constante de equilibrio. En cada paso el solamente cerca de 15% la

conversión ocurre, pero se recicla cualquier gas unreacted, para poder alcanzar eventual

una conversión total de el 98%.

Tarifa y equilibrio de la reacción

Hay dos consideraciones de oposición en esta síntesis: la posición del equilibrio y índice

de la reacción. En la temperatura ambiente, la reacción es lenta y la solución obvia es

levantar la temperatura. Esto puede aumentar el índice de la reacción pero, puesto que

es la reacción exotérmico, también tiene el efecto, según Principle de Le Chatelier, de

favorecer la reacción reversa y así de la reducción constante de equilibrio, dado cerca:

Como la temperatura aumenta, equilibrio se cambia de puesto y por lo tanto, las gotas

de la constante dramáticamente según ecuación de Hoff del van't. Así uno pudo suponer

que una baja temperatura debe ser utilizada y algunos otros medios de aumentar tarifa.

Sin embargo, el catalizador sí mismo requiere una temperatura por lo menos del °C 400

ser eficiente.

Presión es la opción obvia para favorecer la reacción delantera porque hay 4 topos de

reactivo para cada 2 topos del producto, y la presión usada (alrededor 200 atmósferas)

altera las concentraciones del equilibrio para dar una producción provechosa.

Económicamente, aunque, la presión es una materia costosa. Las pipas y los recipientes

de la reacción necesitan ser consolidados, las válvulas más rigurosas, y hay

consideraciones de seguridad del trabajo en 200 atmósferas. Además, bombas de

funcionamiento y energía considerable de las tomas de los compresores. Así el

compromiso usado da una producción del solo paso de el alrededor 15%.

Otra manera de aumentar la producción de la reacción sería quitar el producto (es decir.

gas del amoníaco) del sistema. En la práctica, el amoníaco gaseoso no se quita del

reactor sí mismo, puesto que la temperatura es demasiado alta; pero se quita de la

mezcla del equilibrio de los gases que salen del recipiente de la reacción. Los gases

calientes se refrescan bastantes, mientras que mantienen una alta presión, para que el

amoníaco condense y sea quitado como líquido. Los gases Unreacted del hidrógeno y

del nitrógeno entonces se vuelven al recipiente de la reacción para experimentar la

reacción adicional.

7.3. Catalizadores

Catalizador no tiene ningún efecto en la posición del equilibrio, algo, él provee de un

camino alternativo más bajo energía de activación y por lo tanto aumenta la tarifa de la

reacción, mientras que es restante químicamente sin cambiar en el final de la reacción.

Los primeros compartimientos de la reacción de Haber-Bosch utilizaron osmio y uranio

catalizadores. Sin embargo, hoy mucho un menos costoso hierro el catalizador se utiliza

casi exclusivamente.

En práctica industrial, el catalizador del hierro es preparado exponiendo una masa de

magnetita, un óxido del hierro, a la materia de base caliente del hidrógeno. Esto reduce

algo de la magnetita al hierro metálico, quitando oxígeno en el proceso. Sin embargo, el

catalizador mantiene la mayor parte de su volumen a granel durante la reducción, y así

que el resultado es un material altamente poroso que área superficial grande ayuda a su

eficacia como catalizador. Otros componentes de menor importancia del catalizador

incluyen calcio y óxidos de aluminio, que apoyan el catalizador poroso del hierro y le

ayudan a mantener su área superficial en un cierto plazo, y potasio, que aumenta

electrón la densidad del catalizador y mejora tan su reactividad.

Mecanismo de la reacción, implicando el catalizador heterogéneo, se cree para ser como

sigue:

1. N2→ N del (G)2(fijado por adsorción)

2. N2→ (fijado por adsorción) 2N (fijado por adsorción)

3. H2→ H del (G)2(fijado por adsorción)

4. H2→ (fijado por adsorción) 2H (fijado por adsorción)

5. N (fijada por adsorción) + → 3H (fijado por adsorción) NH3(fijado por

adsorción)

6. NH3→ (fijado por adsorción) NH3(G)

La reacción 5 ocurre en tres pasos, formando NH, NH2, y entonces NH3. La evidencia

experimental señala a la reacción 2 como siendo la lenta, tarifa-determinación de paso.

Un contribuidor importante a la aclaración de este mecanismo es Gerhard Ertl

7.4. Aspectos económicos y ambientales

El proceso de Haber ahora produce 100 millones de toneladas de nitrógeno fertilizante

por año, sobre todo bajo la forma de anhidro amoníaco, nitrato de amonio, y urea. 3-5%

de la producción del gas natural del mundo se consume en el proceso de Haber (~1-2%

de la fuente de energía anual del mundo)[1],[10],[11],[12]. Ese fertilizante es responsable de

sostener una mitad de la población de la tierra, así como varias consecuencias

ambientales deletéreas.[13] La generación del hidrógeno usando la electrólisis del agua,

usando energía reanudable, no es actualmente coste-sabia competitivo con hidrógeno de

los combustibles fósiles, tales como gas natural, y es responsable del solamente 4% de

producción actual del hidrógeno. Notablemente, la subida de este proceso industrial

condujo a la “crisis del nitrato” adentro Chile, cuando los industrials británicos salieron

del país -- puesto que las minas naturales del nitrato eran no más provechosas --

cerrando las minas y dejando a una población chilena parada grande detrás.”(10)

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

7.1. Bibliografía

(1) http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_API(2) http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_Baum%C3%A9(3) http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brix(4) http://es.wikipedia.org/wiki/Grados_Gay_Lussac(5) http://www.seed.slb.com/v2/FAQView.cfm?ID=901&Language=ES(6) http://es.wikipedia.org/wiki/Absorci%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)(7) http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/Contaminacion_termica.htm(8) http://www.monografias.com/trabajos/petro/petro.shtml

(9) Dr Luis a. Romo, Ing Renán Criollo, Tratado de termodinámica. Quito. pág 577(10) http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Haber_process

7.2. Citas bibliográficas

7.2.1. http://es.wikipedia.org/

7.2.2. http://www.seed.slb.com/

7.2.3. http://www.profesorenlinea.cl/

7.2.4. http://www.monografias.com/

7.2.5. Dr Luis a. Romo, Ing Renán Criollo, Tratado de termodinámica

7.2.6. http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Haber_process