El equilibrio sólido-líquido para el sistema Selenio (A) –Talio (B) (Se/Tl) se muestra en la figura II. (2 puntos c/u) 1. Si Ay B forman compuestos cuyas fórmulas son AB2, AB y A3B2, y éste último posee dos formas

cristalinas de existencia; y ; indicar en el diagrama las zonas y sus respectivas fases. 2. Se cuenta con dos sistemas fundidos P (35%Se) y Q(65%Se) y se quiere obtener a partir de ellos la

máxima cantidad de cristales puros de los compuestos AB2 y A3B2, respectivamente. A su vez se quieren aprovechar las soluciones residuales de dichos procedimientos para producir cristales puros de AB. Si se obtienen 1000Kgmol de AB por enfriamiento de la resultante de la mezcla de estas soluciones residuales, determine: a. Cantidades de P y Q que se emplean en el proceso global b. Cantidades de sales puras que se obtienen por tratamiento de los sistemas P y Q c. Cantidad y composición de las soluciones residuales empleadas en la producción de AB d. Explique los procedimientos que deberá seguir el operario de la industria para obtener uniformidad

de tamaño y pureza de los cristales para las sales de interés.

Diagrama II : Sistema Se/Tl

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% molar Se

T [º

C] Soluciones

Conjugadas

Soluciones Conjugadas

1. Parte A: (6 puntos) De acuerdo a las características mostradas en la tabla, esboce la forma para los diagramas de equilibrio sólido-líquido de los sistemas e indique las fases presentes en cada una de las zonas:

Componente Temperatura de Fusión

[ºC] Radio Atómico(Å) Sistema Cristalográfico

Oro, Au 1063 1.35 Cúbico o Regular Potasio 62.3 1.33 Cúbico

Magnesio, Mg 651 0.65 Hexagonal Plata, Ag 960.5 1.26 Cúbico o Regular

600

700

800

900

1000

1100

1200

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

%A

T[º

C]]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

%A

T[º

C]]

Sistema Au/Ag Sistema K/Mg

Parte B (8 puntos) : Complete el diagrama del equilibrio sólido-líquido para el sistema A-B que se muestra a continuación. Indique claramente las zonas y sus respectivas fases. Dibuje la forma de las curvas de enfriamiento que corresponden a los sistemas de composición constante a,b,c,d,y e.

: Solución Sólida formada por A y B. Parte C: (6 puntos) 1. Hallar el punto de pliegue

del sistema (composición) 2. Describir los cambios de

miscibilidad producidos por adiciones sucesivas de C a las mezclas P y Q

3. ¿Con cuál de los compuestos tiene C mayor afinidad química?. Proponga un sistema que cumpla con este comportamiento.

a b c d e

Diagrama I: Sistema Se/Tl

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% molar Se

T [º

C]

Evaluación Práctica (50 % de la calificación total)

3. El equilibrio para el sistema Selenio, Se (A) – Talio, Tl –(B) se muestra en la figura. Si Ay B forman compuestos cuyas fórmulas son AB2, AB y A3B2, y éste último posee dos formas cristalinas de existencia; y . Indicar de acuerdo al esquema de procedimiento inferior, si la producción de (P) 800 Kg de AB puede realizarse ó no. De ser afirmativa la respuesta reporte todas las cantidades puestas en juego (kg).

2. Filtro

Filtro

Filtro

Mezclador

%Se= 20

R=3000kg

T1=400ºC

%Se= 55

U=1200kg

T3=350ºC

%Se= 35

W=1500kg

T5=375ºC

T2=300ºC

T4=200ºC

T6=300ºC

R’

U’

W’

R’’

U’’

M

W’’

P

R’’

U’’

W’

Mezclador

T7=380ºC

T7=380ºC

T7=380ºC

(6 puntos) Si se evaporan 100 Kg una disolución que contiene 10 % en peso de Na2SO4 y 10 % en peso de MgSO4, que sólido aparecerá primero? Cuál es la máxima cantidad de sólido a producir y cuál es la composición de la última disolución? De ser posible, mezcle ésta solución residual con Na2SO4 y agua para producir la máxima cantidad posible de la sal doble hidratada.

Diagrama de Fases Solido-Liquido

P= 1 atm T= 40 o

C

Na2SO40 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Agua

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

MgSO4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Porcentaje en peso (%)

SOLUCION

2 4

1;

100*

; ;

; ;

'; '

' ' '

' 2

' '

P Q AguaEvaporadaA agua

AQ AP PQ

P APQ AP

AQ AQ

Q S SD QSSD Q SD SalDobleHidratada

SDS SDQ QS SDS

S M B SBM S B Na SO

MB SB MS MB

M Aguaanadida M AMM M

AM MM AM AM

M SD Aguaevaporada

ASD AM M SD

EvaporadorIsotérmico Filtro Mezclador Mezclador

EvaporadorIsotérmico

P

Agua Evaporada 1Agua Evaporada 2

SD (s)

S

Na2SO4 Agua

M M’

SD (s)

Q

2. El sistema ternario (A/B/C) forma un compuesto doble hidratado a la temperatura de construcción del diagrama.

Mediante el aprovechamiento de la mezcla sólida X, resultado de un proceso erróneo de cristalización por enfriamiento, y la mezcla sólida W (de B y C); se obtuvieron 1500 kg de sal doble hidratada H.

1. ¿Cuál fue el procedimiento empleado? 2. ¿Cuáles fueron las masas empleadas de X y W? 3. ¿Cuál es la composición de X en términos de kilogramos de H, B y C.nH2O? 4. De haberse querido obtener la máxima cantidad de C.nH2O a partir de la mezcla X, ¿cuántos hubieran

sido los kilogramos de C.nH2O?

X

W

H

C.nH2O

T [ºC] % molar Te (A)

97,5 0

560 10

740 20

860 25

959 33,3

868 37,5

715 40

579 42,5

483 45

381 47,5

348 48,5 (P)

340 50

331 51,5

317 53,8 (E)

341 55

389 57,5

412 60

432 62,5 (*)

435 63 (*)

435 75

430 77,5

423 80

401,5 83,5 (E)

408 85

427 90

439 95

446 98

452 100

2. a. (10 puntos) En el diagrama se muestran los hidratos dobles formados por las sales A y B a 50ºC y 20ºC respectivamente. Se tienen 2000 kg del sistema binario E, y 1000 kg del sistema binario J. Se requiere preparar el máximo de las sales dobles hidratadas mediante evaporación isotérmica a partir de la mezcla de los sistemas anteriores con las sales A y/o B. Determine la masa de las sales producidas, de las soluciones residuales, y de A y B. Indique las fases en equilibrio en las zonas heterogéneas de los diagramas del sistema A-B-H2O a 50ºC y 20ºC. Explique el procedimiento a seguir para obtener los productos e indique las características de ellos.

La siguiente data experimental corresponde al equilibrio sólido-líquido del sistema Te-Na . El par Te(A)-Sodio (B) forma los siguientes compuestos:

AB2, A2B3, A7B3 1. Construir el diagrama de fases para el sistema Te-Na (Tarea previa). Indicar en el

diagrama las zonas bifásicas y la naturaleza de las fases presentes en cada una de ellas (por ejemplo: B(s)+Líquido)

2. (4 puntos) Dibujar en un diagrama T[ºC] vs. Tiempo (t) las curvas de enfriamiento correspondientes a las isopletas de composición (en % molar de A): 35, 50,68,80. Explicar claramente las causas de los cambios en la velocidad de enfriamiento.

3. (2 puntos) Determinar la máxima cantidad obtenible del compuesto AB2 a partir de 1000 kgmol de una solución al 36% molar de A. Explicar detalladamente el procedimiento a seguir.

4. (3 puntos) Determinar la máxima cantidad obtenible del compuesto A7B3 a partir de la mezcla de la solución residual del procedimiento anterior con:

a. La solución residual (180 Kgmol) de un proceso de obtención de A7B3 a partir de una solución al 60% molar de A

b. La solución residual (180 Kgmol) de un proceso de obtención de A a partir de una solución al 90% molar de A

E: punto eutéctico P: Punto peritéctico * : Dos capas líquidas

2. a. (3 puntos) Una sal ha absorbido agua hasta estar representada por el punto Q. A partir de ella se desea preparar la sal doble AB, aprovechando una mezcla sólida representada por P, producto de una equivocación de la planta. Se deben preparar 1000 Kg de AB (cristales pequeños). Describa claramente el procedimiento a seguir. Determine las cantidades de P y Q a emplear, así como también las cantidades de agua a añadir ó evaporar. b. (3 puntos) La existencia en planta de un sistema R, proveniente de un proceso alterno, propone la alternativa de producir AB bajo las mismas condiciones anteriores (1000 kg de cristal pequeño). Empleando los sistemas R y Q se pide describir en forma detallada el procedimiento a seguir para obtener el producto requerido. Determine las cantidades de R y Q a emplear, así como también las cantidades de agua a añadir ó evaporar c. (1 punto) En base a su criterio determine cual de los procedimientos anteriores es más conveniente.

3. El sistema agua-cloroformo-ácido acético constituye un sistema con un par parcialmente miscible (agua-cloroformo) a la temperatura de 18ºC. La data del equilibrio del sistema se muestra en la siguiente tabla:

Fase rica en Cloroformo (% peso) Fase Rica en Agua (% peso) CHCl3 H2O CH3COOH CHCl3 H2O CH3COOH

99.01 0.99 0 0.84 99.16 0 91.85 1.38 6.77 1.21 73.89 25.10 80 2.28 17.72 7.3 48.58 44.12 70.13 4.12 25.75 15.11 34.71 50.18 67.15 5.20 27.65 18.33 31.11 50.56 59.99 7.93 32.08 25.20 25.39 49.41 55.81 9.53 34.61 28.85 23.28 47.87

1000 kg de una mezcla (F) de ácido acético-cloroformo de composición 30% en peso de ácido acético se tratan, en contacto sencillo, con agua a 18ºC, con el objeto de extraer el ácido acético. Calcúlese:

a. (2 puntos) Las cantidades mínima y máxima de agua a emplear b. (3 puntos) Si la mezcla F se trata con 120 Kg de agua determine las composiciones y los pesos del

extracto y refinado obtenidos

(8 puntos) Se tienen 1000 kg de una mezcla M (45%B, 55%A) y se requiere preparar a partir de ella la máxima cantidad de sales puras A(cristales pequeños) y B (cristales grandes). Ver figura 148.

La planta puede ser operada a 25ºC y 50ºC sin dificultad según convenga. Lineamientos económicos de la gerencia exigen que para la preparación de la sal A se emplee toda solución residual del proceso de preparación de la sal B; e indican que para tal fin se dispone además de: 312kg de A(s) (cristales grandes); 500 Kg de solución al 30%en B y 200 Kg de B; debiendo escoger entre éstas opciones la más adecuada.

a) Describa mediante un diagrama de cajas negras el procedimiento seguido para la preparación de las sales

b) Indique claramente la(s) temperatura (s) de operación seleccionadas, las corrientes escogidas para la preparación de las sales y explique claramente los criterios de selección

c) Realice todos los balances másicos, e indique la masa de todas las corrientes del proceso d) Calcule el porcentaje de recuperación de las sales

(4 puntos) Completar las masas, composiciones y temperaturas del siguiente diagrama:

Evaporador Isotérmico 1

Evaporador Isotérmico 2

Q=? Kg 25%

T= 20ºC

Agua evaporada=?

T=? ºC

Agua evaporada=334.4 Kg

Na2CO3·H2O=200 Kg

Calentador Q>0

U=? R=? Solución saturada S: 17.4% + Sólido

(8 puntos) Dado el diagrama 32 del sistema Agua-Tetracloruro de Carbono-Acetona a 30ºC determine: a) (3 puntos) Las masas y composición del Extracto y Refinado que se obtienen por extracción de 500

kg de una solución 50% Acetona en Agua con 62 Kg de Tetracloruro de carbono a 30ºC b) (3 puntos) Las masas y composición del Extracto y Refinado que se obtienen por extracción de 500

kg de una solución 50% Acetona en Agua con 62 Kg de una solución al 70% de Tetracloruro de carbono a 30ºC.

c) (2 puntos) Realice un análisis comparativo en función de la composición y cantidad de extracto obtenido, y la pureza del solvente empleado mediante los dos procedimientos anteriores.

1. (8 puntos) Se muestra el diagrama para el equilibrio líquido-líquido del sistema Agua/Tetracloruro de Carbono y Acetona. Diseñe un procedimiento de extracción con Tetracloruro de Carbono en dos etapas para obtener la mayor cantidad posible de un extracto con la composición mostrada, a partir de 1000 Kg de una solución al 50% de Acetona-Agua. Indique mediante un diagrama de cajas negras el procedimiento a seguir, la composición y la masa de todas las corrientes involucradas en el proceso. Para la ubicación del foco emplee la cuatro primeras líneas de reparto en orden descendente en composición de acetona. Determine el porcentaje de extracción de acetona (Acetona en extracto vs. Acetona en solución original).

3. (6 puntos) Para el diagrama del equilibrio de fases sólido-líquido del sistema Cloruro de amonio, cloruro férrico, agua a 25ºC:

Indique la(s)s fase(s) presentes y el número de grados de libertad para un sistema en cada una de las zonas del diagrama

Calcule aproximadamente la composición en peso de la sal doble hidratada formada a 25ºC Determine la máxima cantidad de sal doble hidratada que puede obtenerse en cristales grandes a partir de 1000kg de solución saturada en cloruro de amonio, y 1000kg de solución saturada en cloruro férrico, ambas a 25ºC. Indique mediante un diagrama de cajas negras el procedimiento a seguir, la composición y la masa de todas las corrientes involucradas

Una industria cuenta con 1200 Kg de solución P, a la cual se le debe extraer el máximo de A(s) cristalizándolo por evaporación isotérmica. La solución residual se aprovecha agregándole B(s) de manera de obtener el máximo de AB(s) puro, por lo cual hay que agregar un poco de agua para alcanzar la curva de saturación (disolución total de los cristales agregados). Calcule:

1. La cantidad de agua a evaporar para obtener el máximo de A(s) puro.

2. Cantidad de A(s) obtenible y cantidad de solución residual filtrada 3. Cantidad de B(s) a agregar para obtener el máximo de AB y la

cantidad de agua adicional 4. Cantidad de AB obtenible

4500kg de una solución de metanol en agua, representada por el punto P, se tratan con carbonato de sodio. Calcule:

1. La cantidad de carbonato que hay que agregar para que se obtenga la máxima separación de fases

2. La cantidad en peso que se obtiene de cada una de las fases y la composición de ellas

Se ha de preparar alumbre de cromo en una curtiembre, se dispone de 3000 Kg de solución de sulfato de potasio (P). Calcule:

1. La cantidad de sulfato de cromo que hay que agregar para obtener evaporando el alumbre

2. La cantidad de agua que hay que evaporar y la cantidad de alumbre que se recoge

Se tienen tres soluciones P(400kg), Q(500Kg) y R(800KG) a partir de las cuales se ha de obtener el máximo de la sal dobe AB. Calcule:

1. El máximo obtenible 2. Las relaciones másicas que hay que tomar de las tres soluciones 3. El agua que hay que evaporar

Una sal ha absorbido agua hasta estar representada por el punto Q. A partir de ella se desea preparar la sal doble AB, aprovechando una mezcla sólida representada por P, producto de una equivocación de la planta. Se deben preparar 500Kg de AB de cristal pequeño.

1. ¿A qué temperatura se trabaja y por qué? 2. ¿Cuánto se toma de P y de Q? 3. ¿Cuánta agua hay que agregar y cuánta hay que evaporar?

Se tienen 300Kg de X y 400Kg de solución residual Y. 1. Si se desea preparar el máximo de AB.H2O ¿Cúanto de X y de Y

hay que mezclar? ¿Cúanta agua habrá de agregar y cuánta finalmente se habrá de evaporar? ¿Cuántos kilogramos de hidrato se obtienen finalmente?

2. Indique los grados de libertad y las fases presentes en cada una de las regiones del diagrama

Los líquidos A y B forman una laguna de miscibilidad. Se tienen 100Kg de una emulsión representada por el punto P. Si se le agrega C revolviendo lentamente:

1. ¿Cuánto C hay que agregar para que la composición de los líquidos en equilibrio sea L y L’?

2. ¿Cuánto C hay que agregar para romper completamente la emulsión? (tener una sola fase)

3. ¿Cuál es la composición del punto crítico o de pliegue?

Una industria tiene B(s) y solución O, teniendo que fabricar :AB2.nH2O y A2B.nH2O.

1. ¿Qué temperatura y que cantidad de O y B se deben tomar para fabricar 100Kg de A2B.nH2O?

2. Lo mismo de 1. pero para preparar 100Kg de AB2.nH2O?