Question

Un flujo que contiene gas butano y propano en proporciones equimolares, entra al interior de una tubería de un intercambiador de calor de doble tubo a 30º C y 250 KPa, y sale a 340º C y la misma presión. Calcule el calor requerido por cada 100 moles

Answer 1

Para el flujo en el intercambiador de calor de doble tubo para la mezcla de gases butano y propano se tiene que el calor requerido Q es 2.693.655,76 J

Explicación      

En el intercambiador de calor se aplica la ecuación general de intercambio calorífico.                                                                          

Calor cedido = Calor ganado  

Por lo cual se plantea las ecuaciones respectivas  de balance térmico para cada fluido:

q = W1 • Cp1 • (T1i -T10)

q = W2 • Cp2 • (T20 - T2i)

En este caso es una mezcla se debe buscar el Cp de la mezcla

Cpm= m1/(m1+m2) *Cp1 + m2/(m1+m2)  *Cp2

                                             1  

aquí m1 y m2 representan las fracciones en masa de los componentes de la mezcla de gases

Donde (con unidades del Sistema Internacional (SI)):

q = calor que se transmite de un fluido a otro (J/s) W1 = caudal másico del fluido caliente (1) (Kg/s) W2 = caudal másico del fluido frío (2) (Kg/s)

Cp1= capacidad calorífica del fluido caliente (1) (J/Kg•K)

Cp2 = capacidad calorífica del fluido frío (2) (J/Kg•K)

T1i= temperatura inicial del fluido caliente (1) (K) T10 = temperatura final del fluido caliente (1) (K)

T 2i = temperatura inicial del fluido frío (2) (K) T20 = temperatura final del fluido frío (2) (K)

∆H cambio de fase= entalpia del fluido con cambio de fase (J)=Q    

Gases de la mezcla    

Butano (C4H10) Peso molecular: 58.120       Cp=1.7164 tabla gases ideales internet

Propano (C3H8)   Peso molecular   44.094 1.679      

El proceso es a presión constante por tanto se debe usar Cp

Cp de la mezcla de gases butano y propano    s

Cp1= Cp butano=1.7164 [kJ/(kg*K)]  

Cp2= Cp propano= 1.679 [kJ/(kg*K)]  

masa de cada gas      

m1= (50 moles * 58.120) / (50 moles * 58.120+ 50 moles*44.094)

m1= 2906/(2906+2204.7)=2906/5110.7=0.5686 g (fracción masa de butano)

m2=2204.7/5110.7=0.4314 g (fracción masa de propano)

Masa total =5110,7 g

Cpm= 0.5686*1.7164 [kJ/(kg*K)] +0.4314 g * 1.679 [kJ/(kg*K)]

Cp medio= 0.9759 [kJ/(kg*K)] +0.7243 [kJ/(kg*K)] = 1.7002 [kJ/(kg*K)]

El calor es igual al Δh de la mezcla entonces  

Δh= Cp medio * ΔT

ΔT = (340°C+273) - (30°C +273) = 613 K - 303 K= 310 K

Δh= 1.7002 [kJ/(kg*K)] *310 K =527.062 kJ/kg

Δh=Q intercambiado

Q intercambiado = 527.062 kJ/kg *(5110.7 g/1000g/kg)= 2693.6557 kJ

Q intercambiado =2693.66 kJ * 238.85 cal/1 kJ =643.390,3 cal