CRISTALIZACION

1) Una solucion de Ba(NO3)2 que procede de un evaporador contiene 30.8 Kg de Ba(NO3)2/100 Kg de h2O y pasa a un cristalizador donde se enfria y cristaliza nitrato de bario. El enfriamiento produce una evaporacion del 10% de agua presente en la solucion original. Calcule lo siguiente para una alimentacion de 100 Kg totales de solucion.a)el rendimiento de cristalizacion cuando la solucion se enfrie a 290°K (17°C) si la solucion es de 8.6 Kg Ba(NO3)2/100 Kg de H2Ob)el rendimiento a enfriar a 203 °K donde la solubilidad es 7 Kg Ba(NO3)2/100 Kg H2O

Solucion | W = agua evaporadaF=licor |madre ________|______ S=solucion remanente--------------->|_____________ |--------------------> C=cristales formados

a) Datossolubilidad a 290°K= de 8.6 Kg Ba(NO3)2/100 Kg de H2OW=10% de H2O presente en FF=100 Kg

Balance de H2O

F* 100 = 0.1*F* 100 + S* 100 __ 100+30.6 100+30.6 100+8.6

S=74.8392

Balance de de Ba(NO3)2F* 30.6 = S*8.6 + C 100+30.6 100+8.6

C=17.5038

b)Datossolubilidad a 290°K= de 7Kg Ba(NO3)2/100 Kg de H2OW=10% de H2O presente en FF=100 Kg

Balance de H2O

F* 100 ___ = 0.1*F* 100 + S* 100 100+30.6 100+30.6 100+7

S=73.7366

1

Balance de de Ba(NO3)2F* 30.6 = S*7 + C 100+30.6 100+7

C=18.6064

2) La solucion de partida o inicial de NaOH contiene 79 gr/l de H2O. la densidad de la solucion vaporizada a 30°c es de 1.555 gr/cc lo que corresponde a la concentracion de 840 gr/l de solucion. Determinar la cantidad de agua evaporada por tonela de solucion inicial.

Solucion:

Xini= 79 Kg/m^3 =0.073 1000 + 79 Kg/m^3

Xfin= 840 Kg/m^3 =0.54 1555 Kg/m^3

calculo de la cantidad de agua evaporada por tonelada de la solucion inicial:

W=Gin*(1- Xini) = 1000*(1- 0.073)=864.81 Kg de H2O ( Xfin) ( 0.54 )

3) En un evaporador entran 1.4 ton de solucion al 9% se evapora a presion atmosferica hasta la concentracion final de 23%(masa). La solucion diluida entra su concentracion a la temperatura de 18°C. la temperatura de ebullicion en el aparato es de 105°C. el consumo de vapor calentado Peb=2 atm constituye 1450 Hg/h, la humedad de este vapor es de 9,5%. Determinar la perdida de calor desde el aparato al medio ambiente.

Solucion: Vapor caliente 1450 Kg/h _ _

|| ____| |____ | | | | || | P=1atm _ |______|_____ 1.4 ton 9% (masa)|| | T=105°C | | 18°C| |_|__________| || | P=2atm ||_______|________________|

| X=4.5% humedad _____|23%(masa)

Consumo masico del agua

W=Gin*(1- Xini) = 1400*(1- 0.09)=852.17 Kg de H2O ( Xfin) ( 0.23 )

2

Consumo de calor evaporadoQev=W*Y = 852.17 Kg*γ (105°C, p=1atm)

Consumo de vapor calentadoQcal=Gin*Cin*(Teb-Tin)

Como Xin<0.2C=4190*(1-X)=4190*(1-0.09)=3812.9 J/Kg.°KQcal=1400Kg*3812.9J/Kg*°K*(105-18)°K=464411.22KJQvap=Gvap cal* γ vap cal*X=1450Kg*0.955* γ (2 atm)Qvap=1384.75* γcalculo del calor perdido

Qperdido=1384.75* γ KJ-852.17* γ KJ – 464411.22 KJ

4) La capacidad de un evaporador respecyo a la solucion es de 2650 Kg/h.la concentracion inicial es de 5 gr/l de H2O la concentracion de la solucion despues de vaporizarla es de 295 gr por litro de solucion. La densidad de solucion concentrada es de 1189 Kg/m^3. determinar la capacidad del aparato respecto a la solucion concentrada.SolucionDatosW=2650 Kg/hδ H2O=1000 gr/l

X1= 5 gr =0.0497 (1000 + 50) gr

X2= 295 gr =0.2481 1189 gr/l*1 l

se sabe que Gin*Xin=Gfin*Xfin

Gfin=2650 Kg*h*0.0497=53.085 Kg/h 0.2481

5) Hallar el calor especifico de la solucion acuosa al 25% de sal sodica del acido salicilico C6H4(OH)COONasolucionComo el % es mayor al 2% usaremos:

C=4190*(1-X)+Ci*X

Ci es el calor especifico de la solucion anhidra

Ci=7*75+5*96+3*16.8+26=1105.625 J/Kg*°K 160

Csol=4190*(1-0.25)+1105.625*0.25=3418.9 J/Kg/K

3

6) Una solucion salina que pesa 1200 Kg y que tiene 25% en peso es de Na2CO3 se enfria hasta 298°K, la sal de cristalizacion como decahidratado. Cual sera el rendimiento de cristales de Na2CO3 anhidra/100 Kg H2O. proceda a los calculos en los siguiente casos:a)supongamosb)supongamos que el 8% del peso total de la solucion se pierde por evaporacion de agua durante el enfriamiento.

Solucion

a)Peso Mol Na2CO3=106Peso Mol H2O = 18.02Peso Mol Na2CO3.10H2O=286.2A t=20°C=298°K solubilidad =21.5 Kg Na2CO3/100 KgH2O

___________ C=W H2O______________|____| || Enfriador |

---------| Cristalizador |---------- B= N Kg Na2CO3 (21.5 Kg Na2CO3)|_________________| 100 Kg H2O

A=12000 Kg Na2CO3 | |____________ D=M Kg cristales Na2CO3.10H2O25% SAl

Reaccion:

Na2CO3+10H2O—Na2CO3.10H2O

Balance de materia para el aguaE=S

Entrada:12000Kg sol*(1-0.25)Kg agua=9000 Kg agua Kg sol Salida:En C W=0En B N Kg sol*100 Kg agua (21.5+100)Kg sol

En D M Kg cristales Na2CO3.10H2O*10*18.02 Kg H2O 286.2 Kg Na2CO3.10H2Oigualando

9000=N*100 + M*10*18.02 .... (1) 121.5 286.2

Balance de materia para el Na2CO3E=S

Entrada:0.25*1200=3000 Kg Na2CO3

4

Salidas:En C W=0En B N Kg sol* 21.5 Kg agua (21.5+100)Kg solEn D M Kg cristales Na2CO3.10H2O*106 Kg H2O 286.2 Kg Na2CO3.10H2Oigualando

3000=N*21.5 + M*106..... (2) 121.5 286.2

Resolviendo (1) y (2)

N = 7468.29 Kg SolM=4531.91 Kg Cristales Na2CO3.10H2O

b) Peso de agua evaporada=0.08*12000=960 Kg

Del balance de agua: 9000-960=N*100 + M*180.2 … (1) 121.5 286.2Del balance de Na2CO3: 3000=N*21.5 + M*106 .... (2)

121.5 286.2

N=5629.8 Kg SolM=5410.2 Kg cristales de Na2CO3.10H2O

7) Una solucion consta de 0.7 m^3 de H2SO4 (al 100%), 400 Kg de solucion de vitriolo azul (CuSO4.5H2O) y 1.4 m^3 de H2oDeterminar:a) Calor especificob) La cantidad de vapor saturado seco (P=1atm) necesaria para calentar la solucion de 12 a 58 °C. las perdidas de calor por el aparato en el periodo de calentamiento de la solucion constituye 255100 KJSolucion:

a) Masa de H2SO4=V H2SO4*δ H2SO4=0.7m^3*1841 Kg/m^3=1288.7 Kg H2SO4

Calculos de los calores atomicos de los compuestos:Del H2SO498.08*C1=2*18+1*31+4*25.1 C1=1,70677 KJ/Kg°KDel CuSO4.5H2O249.68*C2=1*26+1*31+9*25.1+10*18C2=1.85397 KJ/Kg°KDel agua18.02*C3=2*18+1*26.1C3=3.446 KJ/Kg°KMasa total= Masa H2SO4+Masa vitriolo+Masa H2O =1288.7+400+1.4*1000=3088.7 Kg

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Calculo de la mezcla:x1=1288.7 x2= 400 X3= 1400 3088.7 3088.7 3088.7

C=C1*x1+C2*x2+c3*x3C=1288.7*1.70677+1.85397* 400 + 3.4461* 1400 3088.7 3088.7 3088.7C=2.5142 KJ/Kg°K b) de la ecuacion: G vapor = Q = Qcal+Qevap+Qperd γvap*X γvap*X

Qevap=0 (solo calentamiento)Qperd=255100 KJQcal=Gin*Cin*(Tfin-Tin) Gin=3088.7 KgCin=2.5142 Kj/Kg°KTfin=58°C Tin=12°C

Qcal=3088.7*2.5142*(58-12)=357218.03884γ vapo cal=2676 Kj/Kg (a 1 atm)X=1 Vapor seco G vapor = Q = 612318.03884 KJ=228.81 Kg γvap*X 2676 KJ/Kg

8) La didolucion saturada que contiene 1500 Kg de KCl a 360°K se enfria en un deposito abierto a 290°K. si la densidad relativa de la disolucion es de 1.2 y la solubilidad del cloruro de potasio es de 53.35 por 100 partes de agua a 360 °K y 360 34.5 a 290°Ka)la capacidad del deposito requeridob)el peso de crsitales obtenidos, despreciando las perdidas de agua por evaporacion.

Solucion:Resolviendo solubulidad en peso a 360°K, 1500 Kg de KClS=1500* 100 =2811.621 Kg de agua 53.35masa total de la solucionW=1500+2811.621=4311.621 KgLa densidad de la solucionD sol=1.2*1000=1200 Kg/m^3La capacidad del tanqueC=4311.621=3.5930 1200Calculo de la masa de KCl siduelto en 2811.621 Kg de agua a 290°KW=2811.621*34.5=970.0092 Kg 100La masa de cristales obtenidos1500-970.0092=529.99 Kg

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9) La solubilidad del NH4 es de 36gr/l de agua, la densidad de la solucion vaporizada a 26°C es 1325 gr/l lo que corresponde a la concentracion de la solucionesta ultima se halla utilizando 24 ml de HCl 10N en una muestra de 20 ml de solucion vaporizada determinar:a)Xinib)Xfinc)W

Solucion:

a) Tomamos como base 1 litro de solucionW NH4OH = 36grW H2O=1000 gr Xini= 36 ___ =0.0347 1000+36b) Al titular el NH4OH(N*V)NH4OH=(N*V)HCl(N*V)NH4OH=12*35=420 gr Peso Mole NH4OH=35Xfin= 420 = 0.317 1325c)W=Gini*(1 - Xini ) =1000*(1- 0.0347) =890.5363 Kg/h ( X fin) ( 0.317 )

10) Una solucion consta en 0.7 m^3 de H2SO4 (100%) 400 Kg de Na2SO4 y 1.4 m^3 de agua (d H2SO4=1.8305) hallar el calor especifico de la solucion

Solucion

C=4190*(1-X)+C1*XC1=2*26+1*22.6+4*16.8=0.9986 KJ/Kg PM Na2SO4=142 142Hallamos X:

Peso del H2SO4=δ*V=1830.5 Kg/m^3*0.7*m^3=1281.35 KgPeso del Agua=δ*V=1000*Kg/^3*1.4m^3=1400KgPeso de Na2SO4=400 KgPeso total=1281.31+400+1400=3081.35 Kg

X=W Na2SO4= 400 =0.1298 W total 3081.5

C=4190*(1-0.1298)+998.6*0.1298=3775.7563 KJ/Kg°K

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11) Hallar el consumo inicial si la capacidad de un evaporador es de 2.650 m^3/h. la cocnetracion inicial constituye 50 gr/l y final 295 gr/l dedido a deficiencias de manejo hay una perdida de capacidad de 10% considerar la densidad de la solucion=1.6 gr/ccSolucionDe la ecuacion

W=Gini*(1 - Xini ) ( X fin) por condicion del problemaW=2.650m^3/h*1600 Kg/m^3*0.9=3816 Kg/h

Entonces

3816 Kh/h=Gini*(1 - 50 ) ( 295)Gini=4594.7755 Kg/h

12) El calor absorbido cuando se disuelve isotermicamente a 18°C, 1 mol de MgSO4.7H2O en una gran cantidad de agua de 3180 calorias. Cual es el calor de cristalizacion de 1 gr de MgSO4.7H2O . se supone que los efectos calorificos de disolucion son despreciables.

Solucion:PM( MgSO4.7H2O) = 346.5 gr/mol

Por lo tanto los 3180 cal correspondiente a esta cantidad de gramos y el calor de cristalizacion de MgSO4.7H2O es:

3180 =12.9006 cal/gr246.5

13) Se desea obtener un acido de optimas condiciones para la purificacion de minerales. Que cantidad de agua es necesario para evaporar 1 m^3 de H2SO4 (d =1560) 62 % en masa para obteber acido con una densidad de 1840 Kg/m^3 (98.7% de masa) de que volumen acabara el acido concentrado obtenido

Solucion:

| W = agua evaporada1m^3 H2SO4 | ________|______ F2=solucion remanente--------------->|_____________ |--------------------> Balance de aguaAgua qie ingresa = 1 m^3*1560Kg sol*(1-0.622) Kg Agua*589.68 Kg de agua m^3 sol Kg Salagua que sale = F2*1840 Kg Sal*(1-0.987) Kg agua + W Kg agua=23.92F2+W m^3 sol Kg Sal

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Balance del acidoAcido qie ingresa = 1 m^3*1560Kg sal*0.622 Kg acido*970.32 Kg de acido m^3 sol Kg Salacido que sale = F2*1840 Kg Sal*0.987 Kg acido =1816.08 F2 m^3 sal Kg Sal

Luego: 970.32=1816.08*F2F2=0.5343 m^3

W=576.89 Kg de agua

Cantidad de agua evaporada=5769.89 KgVolumen de acido concentrado=0.5343 m^3 sol de acido

14) Hallar el calor especifico de la solucion a 40% de la sal potasica de acido aceticoSolucion:

X=0.4C=4190*(1-X)+C1*XCH3COOK PM=98

C1=7.5*2+9.6*3+16.8*2+26 = 1.055 KJ/Kg°K=1055 J/Kg°K 98

C=4190*(1-0.4)+1055*0.4=2936 J/Kg°K

15) Que se entiende por Cristalizacion Fraccionada.Expliquese con la ayuda de un diagrama como se puede explicarse esta operación a una mezcla de cloruro sodico y nitrato sodico, teniendo en cuenta los siguientes datosa 293°K la solubilidad del cloruro sodico es de 36 partes por 100 de agua y la del nitrato sodico de 88 gramos por 100 de agua. A esta temperatura una disolucion saturada que contenga ambas series contedra 25 partes de cloruro de agua. A 373°K estos valores son de 40, 176 y 160 respectivamente por 100 de agua.

SolucionCon los datos disponibles se construye una representacion grafica de partes de NaCl por 100 de agua frente apartes de NaNO3 por 100 de agua, tal como se muestra en la sgt figura. Tanto con respecto al NaCl como al NaNO3 a 293 y 373°K respectivamenteA este sistema se le puede aplicar la cristalizacion fraccionada en forma que se infica a continuacion:

|

9

40 | \ | \ a 373°K36 |\ \ | \ \ 25 | A \

| \ a 293°K \17 | \ -------------\ B

| D \ \| \ \|______\_C_______\__________________

0 59 88 160 176

se prepara una solucion de NaCl y NaNO3 a 37.°K esta solucion esta representada por el punto B y sobre la base de 100 partes de agua contiene 17 partes de NaCl y 160 partes de NaNO3la solucion se separa del solido resdual y despues se enfria hasta 293|°K al hacer esto la composicion de la solucion se desplaza a lo largo de la linea BDen el punto D esta situado sobre AC que representa soluciones daturadas de NaNo3 pero no de NaCL por tanto la solucion todavia contiene 17 partes de NaCl y ademas esta saturada con 68 partes de NaNO3. es decir se han formado (160-68)=92 partes de cristales de NaNO3 puro que se pueden retirar de la solucion y lavarse.En esta forma se han separado a partir de una mezcla de NaNo3 y NaCl cristales de NaNO3 relativamente pueros, dependiendo de la eleccion de las condiciones y del tamaño de las particulasEl porcentaje de NaNo3 recuperado a partir de la solucion saaturada a 373°Kes (92*100)/160=57%

16) Que cantidad de agua es necesario evaporar de 1m^3 de acido sulfurico de d=1560Kg/m^3 (65.2% masa) para obtener acido con δ=1840 Kg/m^3 (98.7% masa)

Solucion:

Gin=1560Xin=0.652Xfin=0.987

W=Gin*(1- Xin )=1560*(1- 0.625) =529.5 Kg ( Xfin) ( 0.987)

Balance de materia1560-529.5=1030.5 Kg de acido1m^3----- 1840 Kg acidoX -------- 1030.5 Kg acidoX=0.560 m^3=560 litros

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17) Determine el calor especifico de una mezcla compuesta de 2 litros de agua, 8Kg de hielo y 5Kg de sal comunSolucion

δ H2O=1000 Kg/m^3M H2O= δ H2O*V H2O=1000 Kg/m^3*2*10-3 m^3=2Kg deAguaMasa total=M=2+8+5=15

XH2O=2/15=0.1333Xhielo=8/15=0.5333Xsal=5/15=0.3333

M*C=n1*C1+n2*C2

C H2O=2*18+1*25.1 = 3.39 KJ/Kg°K 18.02C Hielo=2*9.6+1*16.8=1.998 KJ/Kg°K 18.02C NaCl=1*26+1*26=0.889 Kj/Kg°K (23+35.5)

C=3.39*0.1333+1.988*0.5333+0.889*0.3333C=1.8139 KJ/Kg°K

18) Aprovechando la regla de linealidad, determinar la Teb de la anilina bajo vacio de 0.8 atm. Es decir la presion residual de Pabs=0.2 atm, se conoce que la temperatura es de 160°C, la presiondel vapor saturado de anilina es 300 mmHg y a la presion atmosferica de Teb de la anilina es 184°C.Solucion:Usando patron Hxano: del diagrama

P1=300 Q1=49.2P2=760 Q2=69

K= t1 - t2 O1-O2

K= (160-184)=1.21 (49.2-69)

usando una presion de 147 mmHg, la temperatra de ebullicion del hexano es 24.5

( 160 – T ) =1.21 Teb=130.1°C(49.2-24.5)

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19) Valiendose de la regla de Babo determinar la depresion de temp. Para la solucion acuosa al 25% de cloruro de calcio a la presion absoluta de 0.5 atm.Solucion:

Utilizando una tabla para encontrar la sol. Acuosa al 25% de CaCl2 a presion atmosferica (1.033 atm) hierve a una temperatura de 107.5°C, luego utilizando la tabla de vapor de agua saturado en funcion de la temp. Veremos que es igual a 1.345 atm. La relacion entre las presiones de vapor de la solucion y el agua a la misma temperaturas de 107.5°C esP = 1.033=0.77Po = 1.345

De acuerdo a la regla de babo esta relacion conserva su valor constante para todas las temperaturas de ebul. de la solucion, por tanto a la temperatura t

P’ = 0.5 =0.77 Po’=0.55/0.77=0.65 atmPo’ Po’

Hallamos la temperatura de ebullicion del agua a Po’=0.65 atm que es igual a la temperatura de ebullicion de la solucion de cloruro de calcio a P’=0.5 atmPara Po=0.65 t=87.5°CLa temperatura de ebullicion del agua a p=0.5 atm es igual a 80.9°CLa depresiacion es 87.5-80.9=6.6C

20) Hallar el calor especifico para soluciones de Nacl al 40%Solucion:

Para 40%C=4190*(1-X)+C1*X C1=Suma(ni*ci)/M

C1=26*1+26*1=0.8935 58.5C=4190*(1-.04)+0.89350.4=2514 j/Kg°K

Para 20%C=4190*(1-0.20)=3352 J/Kg°K

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21) Se enfria lentamente hasta la temperatura de 20°C una solucion de 30% de Na2CO3 que pesa 10000 Kg. Los cristales formados son de Na2CO3 a 20°C es 21.5 de sal anhidra por 100 partes de agua. Durante el enfriamiento se pierde evaporacion el 3% de la solucion original.Cual es el peso de NaCO3.10H2O formado.

Solucion ________________> V=3% de F=300 Kg de H2O |

F=10 000 Kg -------> | 30% NaCO3 |________________> C=Peso de NaCO3.10H2O70% H2O Na2CO3=0.215*X

H2O=X

Balance de H2O

WH2O=WH2O*V-WH2O en NaCO3.10H2O + X7000=300+(180/286)*C+X6700=X+(180/286)*C ……… (1)

Balance de Na2CO3

W en F=W en NaCO3.10H2O +0.215* X3000=(160/286)*C+0.215*X … (2)

Resolviendo: C=6627.3 Kg

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