Question

Se emite un gas de combustión a una velocidad de 20000m3 /min. a una temperatura de 450°C y 1,09 atm. En los humos de combustión el SO2 está presente en una concentración 1500 mL/m3.
Calcule la masa (g) que se emite de SO2 en una hora.

S = 32. O =16

Answer 1

Antes de calcular, repasemos algunos conceptos que nos serán de utilidad.

Combustión y gas de combustión

La combustión no es más que una reacción exotérmica de oxidación, entre oxígeno (presente en el aire), y una sustancia oxidable (combustible).

Al quemarse (realizar la combustión), la mezcla combustible+aire genera una nueva mezcla, de compuestos oxidados, denominada gas de combustión. Cuando se trata de combustibles fósiles, sea derivado del petróleo o gas, el gas de combustión está formado principalmente por $CO_{2}$, $CO$, $H_{2} O$, $N$, y si hay presencia de contaminantes azufrados, es decir, formados principalmente por azufre, como el $H_{2} S$, al oxidarse estos generan óxido de azufre, $SO_{2}$

Concentración

La concentración de un determinado gas, se refiere a la cantidad de este, que se encuentra dentro de una cantidad total de mezcla. Esta pueden expresarse de diversas formas, relacionando la cantidad del gas determinado (en moles, masa o volumen), respecto a la cantidad de mezcla (en moles, masa o volumen).

Una forma muy común de expresar concentración de un gas es la relación volumen/volumen:

$Concentracion (X) = \frac{Volumen de gas (Vi)}{Volumen total (V)}$

Ley de Gases ideales

La llamada ley de gases ideales, es una ecuación que describe el comportamiento de un gas hipotético, en cuanto a la relación de su presión, volumen, temperatura y cantidad del mismo.

Si bien es un comportamiento hipotético (ideal), se acerca mucho a las condiciones reales, por lo cual es una muy buena aproximación para calcular propiedades de gases en ciertas condiciones. La expresión indica que :

$PV=NRT$,

donde

P es la presión (atm),

V es el volumen (l)

N la cantidad de moles (mol)

R la constante universal de los gases (l atm/mol K)

T es la temperatura (K)

Peso molecular

Es una parámetro propio de cada elemento o compuesto, que indica la masa contenida en un mol del mismo. Para elementos es simplemente el peso atómico, y para compuestos es la suma de los pesos atómicos de cada uno de los elementos que la conforman.

Ahora si, calculemos

Nos indican que se generan $20000m^{3} /min$ de gas, y que se tiene una concentración de SO2 de $1500ml/m^{3}$. Tenemos entonces la concentración, y de aquí la cantidad específica de nuestro gas de interés

$X_{SO2} =V_{SO2}/V_{total}\\ V_{SO2}=X_{SO2}*V_{total}\\V_{SO2}=1500\frac{ml}{m3} *20000\frac{m3}{min}\\ V_{SO2}=30.000.000 ml/min$

Para comodidad, y ya que nos lo piden en horas, llevamos este flujo a l/h

$V_{SO2}=30.000.000ml/min*1l/1000ml*60min/h\\V_{SO2}=1.800.000l/h$

Tenemos las condiciones de Presión, Temperatura y Flujo Volumétrico, aprovechando la ley de gases ideales, podemos calcular el flujo molar.

$P=1,09 atm\\T=450+273,15 K=723,15 K\\\\PV=NRT\\N=PV/RT\\\\N=\frac{1,09 atm*1.800.000\frac{l}{h} }{0,082 \frac{l atm}{mol K} *723,15 K} \\\\N=33.086,95 mol/h$

Determinamos el peso molecular del SO2.

$M_{SO2}=M_{S}+2*M_{O}\\\\M_{SO2}=32+2*16=64 gr/mol$

y con este el flujo másico solicitado

$M_{SO2}=W_{SO2}/N_{SO2}\\\\W=N*M\\\\W=33.086,95mol/h*64 gr/mol\\\\W=2.117.564,8 gr/h$

Para más sobre gases y su peso molecular, https://brainly.lat/tarea/60978583 #SPJ1