Guía de Ejercicios PEP nº1
Principios de los Procesos Químicos II
Ingeniería de Ejecución Química
Prof. Julio Romero
Problema 1
La adsorción de CO2 sobre carbón activado ha sido estudiada experimentalmente, determinándose los siguientes datos a 273 K:
P (bar) | 0.1316 | 0.2632 | 0.3947 | 0.5263 | 0.6579 | 0.7895 | 0.9211 |
V (cm3) | 10.2 | 18.6 | 25.5 | 31.4 | 36.9 | 41.6 | 46.1 |
Determine si la isoterma de Langmuir o la isoterma de Temkin representan mejor el comportamiento de la adsorción y establezca el valor de los parámetros para el mejor modelo.
Problema 2
Calcule la entalpía de adsorción para los siguientes datos de adsorción de amoniaco sobre un determinado sólido.
T (K) | 200 | 210 | 220 | 230 | 240 | 250 |
P (Torr) | 32.4 | 41.9 | 53.0 | 66.0 | 80.0 | 96.0 |
Estos datos han sido obtenidos para un volumen de recubrimiento constante de 55 cm3 (valores corregidos a 1 atm y 273 K).
Problema 3
En la tabla adjunta, se indican los valores de adsorción de metano (CH4) sobre carbón activado a una temperatura de 20ºC.
P (Torr) | 39.5 | 62.7 | 108 | 219 | 466 | 555 | 601 | 765 |
V (cm3) | 9.2 | 9.8 | 10.3 | 11.3 | 12.9 | 13.1 | 13.4 | 14.1 |
Indique si los datos se ajustan mejor a una isoterma de Freundlich o a una isoterma BET. Señale el valor de los parámetros obtenidos para ambos modelos.
Datos: el valor de P* a 20ºC es de 6148 Torr.
Problema 4
La adsorción de CO sobre silicalita ha sido estudiada experimentalmente, determinándose los siguientes datos a 273 K:
P (atm) | 0.132 | 0.263 | 0.395 | 0.526 | 0.658 | 0.790 | 0.921 |
V (cm3) | 10.15 | 18.59 | 25.6 | 31.35 | 36.98 | 41.52 | 46.2 |
Determine si la isoterma de Langmuir o la isoterma de Temkin representan mejor el comportamiento de la adsorción y establezca el valor de los parámetros para ambos modelos, indicando el coeficiente de correlación.
Problema 5
Estimar el aumento en el punto de ebullición si se agregan 1.5 gramo de NaCl y 1 gramo de Na2SO4 a 2 litros de agua que se encuentran a 1 atm y 298 K.
Se sabe que la solubilidad de la masa de NaCl es total y el porcentaje de disociación es del 75%. Además se sabe que la solubilidad del Na2SO4 es parcial en un 50% y su porcentaje de disociación es de un 70%.
Realice y señale claramente todos los supuestos que considere necesarios.
Problema 6
Determine el calor de fusión molar de naftaleno (en J mol-1) a partir de la siguiente tabla de datos de solubilidad (en molalidad) en benceno a diferentes temperaturas
T (°C) | mnaftaleno (mol kg-1) |
-0.71 | 0.1298 |
9.00 | 0.2610 |
15.00 | 0.3955 |
19.42 | 0.5336 |
22.94 | 0.6737 |
25.88 | 0.8172 |
28.41 | 0.9635 |
30.64 | 1.1131 |
Dato: La temperatura de fusión del naftaleno es 80°C.
Problema 7
Una disolución formada por un soluto B y un solvente A posee un volumen molar en función de la composición que puede ser estimado a través de la siguiente expresión:
donde xB es la fracción molar de B.
Estime los volúmenes molares parciales para ambos componentes cuando la fraccion molar de B es igual a 0.1, 0,4 y 0.9, indicando en cada caso si se observa una contracción o dilatación de volumen de mezcla.
Problema 8
Para obtener un determinado producto constituido por dos componentes A y B, se pretende mezclar dos corrientes provenientes del tope de dos torres de destilación.
La mezcla 1 corresponde al condensado de tope de la torre de destilación 1, la cual es alimentada por una corriente con una concentración 5% molar de A. La torre1 posee 4 platos.
La mezcla 2 corresponde al condensado de tope de la torre de destilación 2, la cual es alimentada por una corriente con una concentración 5% molar de B. La torre 2 posee 3 platos.
- a) Si el producto final que se desea obtener es una mezcla de composición azeotrópica ¿Qué proporciones de condensado 1 y 2 se deben mezclar?
- b) Indique la temperatura de equilibrio en cada plato para la torre 1 y 2.
- c) ¿Qué componente es más volátil?. Justifique su respuesta.
Datos: El diagrama temperatura-composición para la mezcla de A y B corresponde al diagrama 1 en la hoja adjunta
Problema 9
Una mezcla ternaria será formada mezclando dos soluciones binarias. La primera solución binaria posee una composición molar de 70% de A y 30% de B, la segunda solución posee una composición de 35% de B y 65% de C.
Utilizando el diagrama 2 adjunto, indique:
- i) la composición global de la mezcla
- ii) el número de fases presentes
- iii) la composición de cada una de las fases presentes
- iv) el número de grados de libertad
cuando:
- a) se mezclan 3.6 moles de la solución 1 con 15 moles de la solución 2
- b) se mezclan 5.7 moles de la solución 1 con 5.7 moles de la solución 2
- c) se mezclan 12.15 moles de la solución 1 con 1.05 moles de la solución 2
Señale claramente cada uno de los puntos identificados (a, b y c) sobre el diagrama.
Diagrama 2: Diagrama de fases para el sistema ternario A-B-C.
Diagrama 2 (Problema 9)
Problema 10
A partir del gráfico de equilibrio para el sistema ternario compuesto por A, B y C presentado en el diagrama 3, se le solicita ubicar los siguientes puntos:
- a) xB=60%, xC=40%;
- b) xB=40%, xC=60%;
- c) xA=20%, xB=45%, xC=35%;
- d) xA=30%, xB=60%, xC=10%;
- e) xA=80%, xB=20%
Además se solicita que para cada punto determine el número de fases presentes, el número de grados de libertad, la composición de cada fase (si corresponde) y la razón molar entre las fases (si corresponde).
Por último se le consulta lo siguiente: si una mezcla equimolar de B y C se diluye agregando sólo el compuesto A ¿Cuántas fases se observan y que composiciones tiene cada una cuando xA alcanza un valor de 12%?
DIAGRAMA 2DIAGRAMA 2DIAGRAMA 2Diagrama 3 (Problema 10)
Problema 11
En el diagrama 4 adjunto, se muestran las curvas de equilibrio de fases para un sistema ternario compuesto de A, B y C. Se desea realizar una dilución agregando C a una mezcla binaria que contiene inicialmente 30% molar de A y 70% molar B. Señale:
- i) El número de fases;
- ii) El número de grados de libertad (varianza);
- iii) La concentración de los tres componentes en cada fase identificada;
- iv) Las proporciones molares de cada fase identificada
Cuando xC=0
xC=0.1
xC=0.3
xC=0.6
xC=0.9
xC=1.0
Diagrama 4 (Problema 11)
Problema 12
Un proceso industrial produjo una mezcla de xileno (X) y hexano (H), investigándose la presión de vapor de la mezcla con el fin de diseñar una planta de separación que funcionará a 760 mmHg. Para estas condiciones, se obtuvieron los siguientes datos de temperatura-composición de xileno:
T (ºC) | xX | yx |
110,6 | 1 | 1 |
110,9 | 0,908 | 0,923 |
112 | 0,795 | 0,836 |
114 | 0,615 | 0,698 |
115,8 | 0,527 | 0,624 |
117,3 | 0,408 | 0,527 |
119 | 0,3 | 0,41 |
120 | 0,203 | 0,297 |
123 | 0,097 | 0,164 |
125,6 | 0 | 0 |
Donde x es la fracción molar en el líquido e y la fracción molar en el vapor en el equilibrio.
Se solicita:
- a) Los valores de actividad del hexano (H) y de coeficientes de actividad en función de la ley de Raoult
- b) ¿Cuál es el componente más volátil?, indique la temperatura de ebullición para cada uno
- c) Si la mezcla obtenida del proceso ebulle a 120ºC ¿Cuál es el contenido de hexano en el líquido y en el vapor?
- d) Indique el punto de burbuja y el punto de rocío de una mezcla que posee una fracción molar de hexano igual a 0.473