Caso_de_estudio

Caso de estudio: Neutralización de una solución de H2SO4 al 25 % m/m
Reacción química
H2SO4 + 2 NaOH  Na2SO4 + 2 H2O

M

NaOH
20 ºC
10 kg/min

Coeficiente estequiométricos
T

α  ( 1 2 1 2)

( H2SO4 NaOH Na2SO4 H2O )  ( 0 1 2 3 )

Pesos moleculares de los componentes
T gm

M  ( 98 40 142 18 ) 

Q

mole

Datos iniciales de composición

25 ºC

Serpentin

solución de H2SO4 quecontiene el tanque
 x0as    0.25 

 

 x0ag   0.75 
Cantidad de solución de ácido sulfúrico a tratar
T0  303K

Cas  100kg

o sea 30 ºC

Solución de NaOH que ingresa al tanque
 x1hs  

 x1ag 

 0.10 


 0.90 

Cantidad de solución que NaOH que ingresa al tanque
T1  293K

o sea 25 ºC

F  10

kg
min

Datos del sistima de refrigeración
2

As  0.2 m
Ts  288K

o sea 15ºC
kcal

U  300 

2

hr m  K

Balance e materia en el reactor
Ecuación general:

 i  1

d m x
dt

M

=n
i

1 i

 α R
i

m es la masa total en un tiempo t

Escribiendo para cada componente,resulta lo siguiente:
H2SO4 :
1 
d 
m x

= α R

H2SO4
0
M 
dt







0

NaOH :

F x1hs
1 
d 
m x

=
 α R


NaOH
1
M
M
dt
1
1




Na2SO4 :



1 
d 
m x

= α R

Na2SO4
2M 
dt
2




H2O :



F x1ag
1 
d 
m x

=
 α R


H2O
3
M
M
dt
3
3

Se tiene así un sistema con cuatro ecuaciones y con cinco incógnitas. Como la neutralización es muy rápida,
se puedefijar que no tiene tiempo para acumularse, es decir xNaOH=0





Entonces se obtiene R:
R  15

mole
sec

Given
F x1hs
M

 α R = 0
1

1

R  Find( R)

R  0.208 

mole
sec

No es infinito,coincide con el caudal molar de alimentación

Por otra parte a partir de las ecuaciones anteriores se deduce que:
Condiciones iniciales:
Δt  1  sec

m0  100  kg
j  0  9210 t  j  Δt
j

d
m =F esto implica que
m  F t  m0
dt
Entonces reemplando en las ecuaciones anteriores se tiene que:


 F x1i
 α  R  M  F x
i
i
 Mi
 i
d


x =
i
F t  m

dt

0

Resolviendo para el...