Ejercicio 6 Profesor: Toms Vargas. Auxiliar: Melanie Colet. Ayudante: Jorge Monardes Diego Guiachetti. Problema N 1 En el interior de un cilindro provisto de un pistn mvil se encuentran 50 kg de agua a 20 C. En el espacio situado entre la superficie del agua y el pistn se inyectan 30 m 3 (medidos a 20 C y 1 atm) de una mezcla amonaco-aire de composicin 20% en volumen de amonaco, y se deja alcanzar el equilibrio entre fases a 20 C y 1 atm de presin total. La presin de vapor del agua a 20 C es 17,4 mmHg y puede suponerse que la presin parcial del vapor de agua es igual a su presin de vapor a la misma temperatura. Una vez alcanzado el equilibrio calcule:

a) La presin parcial de amonaco en la fase gaseosa en mmHg. b) La concentracin de amonaco en la disolucin expresada en kg NH 3 /100 kg de

agua. c) El volumen de la masa gaseosa situada entre la superficie del agua y el pistn.

DATOS DE EQUILIBRIO kg NH3/100 kg H20 Presin Parcial del NH3 [mmHg]

60 94550 68640 47030 29825 22720 16615 11410 69,67,5 505 31,74 24,93 18,22 12

R = 0,082 atm-L/mol-K 1 atm = 760 mmHg

Para las condiciones iniciales se tiene que:

][7,249][293]/[082,0][30000][2,0)( 3 molKKmollatmlatm

TRVPn inicialNH =

=

=

=

=

TRVPn inicialaire )( ][9,998][293]/[082,0

][30000][8,0 molKKmollatm

latm=

Para las condiciones finales:

3NHaireaguatotal PPPP ++= 760[mmHg] = 17,4[mmHg] + P aire + P 3NH P aire + P 3NH = 760 17,4 = 742,6 Por otro lado se tiene que:

VP

TRnP

TRn

NH

finalNH

aire

finalaire=

=

3

3 )()( De esta forma, se despeja la cantidad de amonaco en la mezcla de gases final:

aire

finalaireNHfinalNH P

nPn

)()( 33

= , pero ][9,998)()( molnn inicialairefinalaire == (El aire no pasa al agua) y 36,742 NHaire PP = As:

3

33 6,742

][9,998)(NH

NHfinalNH P

molPn

=

Ahora realizando el balance de amonaco en el agua. La cantidad de amonaco en el agua es:

)6,7429,9987,249(17))(7,249(][173

333

NH

NHfinalNHNH P

Pngrmolgrm

==

P.M. (NH 3 ) = 17 ][grmol

gr Pasando la masa de amonaco a kg, se tiene que:

3

33 6,742

98,1625,4NH

NHNH P

Pm

=

Pero como la concentracin tiene que estar expresa en kg de NH 3 en 100 kg de H 2 O, y la masa anterior corresponde a la masa del amonaco en 50 kg de agua, se tiene que: C (kg NH 3 /100 kg de H 2 O) =

3

33 6,742

96,335,850100

NH

NHNH P

Pm

=

Esta ltima relacin entre C y 3NHP corresponde a la curva de operacin, la cual se hace intersectar con la curva de equilibrio, encontrndose los valores para la presin parcial de amonaco en el gas y la concentracin de amonaco en el agua, ambas en equilibrio. La curva de equilibrio es de la siguiente forma:

Curva de Equilibrio y = 14,701x - 62,787R2 = 0,957

-2000

200400600

800

1000

0 20 40 60 80

C (kg NH3/100 kg H2O)

Pres

in

Pa

rcia

l del

N

H3

(mm

Hg)

De esta forma:

a) P 3NH = 42 [mmHg] b) C = 6,4 kg NH 3 /100 kg H 2 O c) Se reemplaza en la expresin del volumen: V=26,03 m 3

Problema N 2 En un estudio experimental de absorcin de amonaco en agua en una columna de paredes mojadas, el valor de K G se ha encontrado en 0,205 mol NH 3 /h-ft 2 -atm. En un punto de la columna el gas contiene un 8% molar de NH 3 y la concentracin en la fase lquida es 0,004 mol NH 3 /ft 3 de solucin. La temperatura del sistema es 69 F y la presin total es de una atmsfera. En estas condiciones la constante de la ley de Henry de sistema es 0,15 atm/mol-NH 3 /ft 3 . Si un 85% de la resistencia total de la transferencia de masa se encuentra en la fase gaseosa, calcule los coeficientes interfaciales de transferencia y la composicin de ambas fases en la interfase. R T =

GK1 = 87,4205,0

1=

Por tanto: 13,485,087,41 ==

gk ][242,0 3 3atmfth

molNHk g

=

Adems, de la relacin:

lgG kH

kK+=

11 4,87=4,13 + lkH 74,0=

lkH

De esta forma: ][212,0 2

3

fthsolftkl

=

Ahora calculando la composicin de ambas fases en la interfase:

][008,0108,0 atmPyP AAG ===

][004,0 3 3solftmolNHCAL =

][0006,0004,015,0* atmCHP ALA ===

)0006,008,0(205,0)( * == AAGGA PPKN = 1,63x10 2 [ ]2fth

mol

Por otro lado:

][0127,0)08,0(1063,1)( 2 atmPPxPPkN AiAiAiAGgA === De igual forma:

][083,0)004,0(1063,1)( 3 32 solftmolNHCCxCCkN AiAiALAilA ===