Procesos Quimicos

TRABAJO PRÁCTICO

ASIGNATURA: PROCESOS QUÍMICOS

CODIGO: 240

OBJETIVOS: 05 Y 06

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: ANTONIO AGOSTINI

CEDULA DE IDENTIDAD: 9785498

CORREO ELECTRONICO: agostinipi@hotmal.com

ASESOR: PROF. ING. CESAR MARTINEZ

CENTRO LOCAL: ZULIA

CODIGO DEL CENTRO LOCAL: 21

CARRERA: ING. INDUSTRIAL

CODIGODE LA CARRERA: 280

FIRMA DEL ESTUDIANTE:

LAPSO: 2.012 – 2

ÍNDICE

Introducción.

1. Planteamiento del Problema

2. Sistema, Balance y Energía.

3. Solución del Problema.

Conclusión.

Bibliografía.

INTRODUCCIÓN

La asignatura Procesos Químicos, tiene como objeto que el estudiante describa las diferentes actividades que se emplean para dar productos útiles y benéficos como bienes de consumo a través del uso de las materias primas. Así mismo, la asignatura introduce el punto de vista de la ingeniería para la solución de problemas relacionados con los procesos.

Por su parte, y en específico, los objetivos 5 y 6 pretenden que el alumno aplique el balance de energía general a procesos en los que intervienen reacciones y, represente de manera conceptual los procesos y balances de materia y/o energía a nivel industrial a través de un diseño de una planta piloto.

Por lo arriba expuesto, se realiza el presente trabajo en el que se analizará el sistema de una pequeña empresa de limonada y aplicará un balance simultáneo de materia y energía, así como el establecimiento de ecuaciones y gráficos, para dar solución al problema planteado.

TRABAJO PRACTICO DE PROCESOS QUIMICOS

A.- ¿Cual es la temperatura de la llama adiabática de un combustible?

B.- Supongamos que Tad es la temperatura de la llama adiabática ¿calcular para una alimentación dada de combustible + aire que se introduce en el horno? Indique dos motivos por lo cuales la temperatura real del horno podría ser inferior a Tad.

C.- ¿Por qué la temperatura de la llama adiabática debe ser mayor para una alimentación del oxigeno puro que para una de aire ?

Planteamiento del problema

Temperatura de llama adiabática

Para quemar metanol liquido con 100% de aire en exceso , el ingeniero que diseña el horno de calicular la temperatura mas alta que tendrá que soportar las `paredes del horno para elegir un material de construcción adecuado .Haga este calculo suponiendo que la temperatura de la corriente de alimentación del metanol es de 25grados centígrados y la temperatura de la corriente de entrada de aire es de 100 grados centígrados ¿Cómo seria la temperatura de la llama adiabática si se alimenta el reactor con oxigeno puro en lugar de aire ?

A.- ¿Cual es la temperatura de la llama adiabática de un combustible?

La temperatura alcanzada cuando se quema un combustible en aire u oxígeno sin ganancia o pérdida de calor se denomina temperatura teórica de la llama. Se considera el supuesto de que no se realiza ningún trabajo mecánico y que los únicos términos de energía que intervienen son la energía interna y el trabajo de flujo. Las mismas limitaciones están comprendidas en el cálculo de temperatura de llama u otras reacciones por estos métodos. Debe conocerse la composición verdadera de los productos, incluida la presencia de reactivos que han reaccionado, radicales libres y átomos libres, y el método no se puede aplicar a la primera fracción de segundo requerida para alcanzar los valores de equilibrio de las capacidades caloríficas. La máxima temperatura adiabática

de la llama se alcanza cuando se quema el combustible con la cantidad teóricamente necesaria de oxígeno puro. La máxima temperatura adiabática de llama en aire corresponde a la combustión con la cantidad de aire teóricamente necesaria y es, evidentemente, mucho menor que la máxima temperatura de llama en oxígeno puro. Debido a la necesidad de emplear un exceso de aire para asegurar la combustión completa, las temperaturas de llama adiabáticas de las combustiones reales son siempre menores que los valores máximos. La temperatura adiabática de llama, supuesta la combustión completa, siempre es mayor que la que se puede obtener por combustión real bajo las mismas condiciones iníciales determinadas. Siempre hay pérdida de calor de la llama, y es imposible obtener una combustión completa a altas temperaturas. La conversión parcial de estas reacciones se obtienen estableciendo condiciones definidas de equilibrio entre los productos y los reactivos. Por ejemplo, a altas temperaturas se establece un equilibrio entre el monóxido de carbono, dióxido de carbono y oxígeno, que corresponde a proporciones definidas de estos tres gases. La combustión del monóxido de carbono tendrá lugar sólo hasta el grado de conversión que dé una mezcla de gases en proporciones que corresponden a estas condiciones de equilibrio. Además, la presencia de radicales libres y elementos debe incluirse en el cálculo de calores de reacción y de contenidos energéticos. Cualquier energía gastada en realizar un trabajo mecánico, aumentando la energía cinética externa y la elevación del gas, reducirá la temperatura consiguiente.

Sistemas y Leyes de la Termodinámica: Conjunto de partes relacionadas para cumplir una función. Los sistemas pueden ser abiertos, cerrados o aislados.

Sistemas abiertos: son aquellos que intercambian con el entorno materia y energía. Ejemplo seres vivos, autos, motos etc.

Sistemas cerrados: son aquellos que solo intercambian energía con su entorno. Ejemplo lamparita, lavarropas, heladera, hornos etc.

Sistemas aislados: no intercambian ni materia ni energía con su entorno. Ejemplo termo, pila (no en uso).

Definiciones y términos:

Qué es la Termodinámica:

La palabra termodinámica se origina del griego y significa literalmente el estudio de las fuerzas (dynamis; dunamiz) que originan el calor (thermo; termh). Hoy en día esta traducción no tiene mucho que ver con la esencia de lo que estudiamos bajo el concepto de termodinámica. La definición original ya no es válida pues la termodinámica no sólo estudia el calor, sino todo tipo de formas de energía (mecánica, eléctrica, química, nuclear,etc.). Además, la termodinámica clásica (de la que trata este curso) se ocupa de estados de equilibrio y no de estados dinámicos, para los cuales las fuerzas son importantes. Hoy en día, la termodinámica abarca campos tan diversos como la ingeniería, la biología, la química, la medicina entre otras. Se podría decir1 que la termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones energéticas

Ciclo

Es un proceso que comienza y termina en un mismo estado. Las propiedades varían durante el transcurso del ciclo, pero al volver al estado inicial todas las propiedades vuelven a tomar sus valores originales.

Peso molecular (M) es definido como la masa de un mol de átomos de una determinada sustancia donde m es la masa y n el número de moles.

M= m

n

Calor

La ciencia empírica de la calorimetría (la medición de calor) data de mediados del siglo XVIII y curiosamente antecede al concepto actual de calor. Pocas eran las personas que ponían atención en ideas abstractas como la de la naturaleza del calor ya que la principal preocupación era su cuantificación. Aún así, yapara el año 1750 existían varias teorías sobre la naturaleza del calor, por ejemplo, la teoría cinética de Bernoulli y la teoría de calórico o flogisto. Esta última, la más aceptada en la época.

Energía

El experimento de Joule era en realidad un sistema que operaba en un ciclo termodinámico. Inicialmente tenía un recipiente con agua el cual agitaba para subirle la temperatura. El podía medir con precisión la cantidad de trabajo que le introducía al sistema y podía calcular el calor necesario para devolver el sistema a su estado original. Matemáticamente su resultado se podría enunciar como:

WJ Q

Donde V denota una integral cíclica, o sea, sobre la trayectoria de un ciclo. Si expresamos el calor y el trabajo en las mismas unidades llegamos a la generalización que para un sistema cerrado operando en un ciclo, el calor neto absorbido es igual al trabajo neto producido.

Entalpía

Un sistema muy común es aquel en donde la presión se mantiene constante. De hecho, casi todos los procesos de cambio de fase que experimentamos se llevan a cabo a presión atmosférica. Para un sistema cerrado a presión constante en donde los cambios de energía cinética y potencial no son significativos obtenemos que el balance de energía nos da:

Q UWUPV

Tabla temperaturas teóricas aproximadas para procesos de combustión

Cantidad Con O2 Con aire

Teórico 3000-4000K 2000-2500K

100% en exceso 2500-3500K 1200-2000K

200% en exceso 1500-2500K 800-1200K

B.- Supongamos que Tad es la temperatura de la llama adiabática calculada para una alimentación dada de combustible + aire

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