Universidad Tcnica Federico Santa Mara Departamento de Qumica

Qumica de Procesos QUI-024

Hoja de Ejercicios N 7 En cada uno de los siguientes problemas, adems de lo que se solicita, dibujar una Figura que represente el diagrama de flujo del proceso cuando corresponda y construir, usando planilla Excel una Tabla con los flujos de cada componente de todas las corrientes y los flujos globales. 1. En la industria del cido sulfrico, el nombre leum se utiliza para un cido

100% puro que contiene SO3 libre sin reaccionar disuelto en el cido. Por ejemplo, un leum de 20% contiene 20 [lb] de SO3 en 80 [lb] de cido al 100%, por cada 100 [lb] de mezcla. Una planta de contacto de cido sulfrico produce diariamente 10 [toneladas] de leum de 20% y 40 [toneladas] de cido al 98% (vase el diagrama de flujo de la figura). A la torre de leum se alimenta una parte del cido de la torre de 98%. A la torre de 98% se alimenta cido al 97%, obtenido mediante la dilucin de una parte de la descarga de 98%. El anlisis del gas alimentado a la torre de leum corresponde a 10,8% de SO3 Calcule la cantidad de cido que se deber alimentar por da a cada torre.

4 9

cido al 98% cido al 97%

cido al 98%Oleum al 20%

Gas efluente

H2OTorre de Oleum

Gas que contiene SO3

Torre de cido

cido al 98%

8

10

7

6

5

3

2

1

Tanque de dilucin

{F1[ton/h] = 375,3; 10; 372,6; 7,347; 965,8; 918,5; 40; 9,469; 928,0 y 334,8 ; para i= 1,2,3,4,5,6,7,8,9 y 10 respectivamente. w3SO3=0,102; w4H2O=0,02 ; w5H2O=0,02; w6H2O=0,02 }. 2. El producto P se forma a partir del reactivo R, de acuerdo con la reaccin

2R P + W

Desafortunadamente, tanto el reactivo como el producto P se descomponen y forman el subproducto B segn las reacciones.

R B + W P 2B + W

Cuando se utiliza una alimentacin al proceso que contiene una parte del inerte

I por 11 partes de R, y se ajusta la razn de recirculacin para obtener una fraccin molar de R de 0,85 en la alimentacin al reactor, se observa una conversin de 50% de R en la planta, y un rendimiento de 80% de P a partir de R.

a. Construya una tabla de grados de libertad para el proceso mostrado en la figura. Est especificado correctamente el proceso?

b. Suponga que, gracias al uso de un nuevo catalizador, nicamente se presentan las primeras dos reacciones Cmo afecta esto al anlisis de grados de libertad de la parte a.?

c. Usando la tabla de grados de libertad para las condiciones correspondientes a la parte b., deduzca un orden de clculo que pueda utilizarse para determinar todas las corrientes.

d. Resuelva el problema. 4 B W

Reactor Separador3 Alimentacin 1

R, I

2

RI

P 6

5 RPI

R 0,85 I

I:R = 1:11

7

Purga Divisor

{a. sub-especificado b. F = 1 para el proceso c. Se debe usar una base de clculo: N1[mol/h] = 100 d. Ni[mol/h] = 100 (BC); 1733,3; 1833,3; 36,7; 1805,8; 18,3; 1787,5 y 54,2; para i= 1,2,3,4,5,6,7 y 8 respectivamente. x1R=0,917; x2R=0,846 ; x3R=0,85 ; x4B=0,25; x5P=0,152; x5R=0,838 ; x7R=0,846 ; x8R=0,846}. 3. El xido de etileno se fabrica ( ver figura) por la oxidacin parcial de etileno con

oxgeno, usando un catalizador de plata: 2C2H4 + O2 2C2H4O

Tambin ocurre una reaccin paralela indeseable: C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

Con una composicin de entrada al reactor de 10% de C2H4 11% de O2 1% CO2 y el resto de inerte diluyente N2 se observa una conversin de 25%, y se obtiene una corriente de salida del reactor con 2 [moles] de CO2 por [mol] de H2O El xido de etileno se elimina de la corriente que sale del reactor mediante un absorbedor. Se observa que los gases de descarga superior del absorbedor, contienen 6 [moles] de C2H4 por [mol] de CO2. El lquido del absorbedor, que contiene 4% de C2H4O, se enva a un agotador de vapor de agua. El anlisis del producto, corriente 12, corresponde a 25% de C2H4O. Parte de los gases del absorbedor se purgan y el resto se recircula al reactor.

a. Construya una tabla de grados de libertad, mostrando que el proceso est

especificado correctamente. b. Deduzca un orden de clculo, suponiendo que se desean determinar todos

los flujos y composiciones. Explique. c. Calcule el N2 diluyente necesario por [mol] de C2H4 alimentado al proceso d. Calcule el rendimiento global de C2H4O a partir de C2H4 para el proceso. e. Calcule el rendimiento fraccional de C2H4O, tal como ocurre en el reactor

mismo. Explique por qu son diferentes.

Rendimiento global = ([Moles] de C2H4O producidas realmente) / ([Moles] de C2H4O que podran producirse si todo el C2H4 alimentado se usara para producir slo C2H4O)

Divisor 7 6 C2H4 O2 N2 CO2 8 Absorbedor Mezclador

1 C2H4 4 5

2 O2

12 3 N2 Diluyente 10 1 11 h H2O

C2H4O 4% CO2H2O 9

25% C2H40 CO2 H2O

Vapor de Agua H2O

Agotador

Reactor

C2H4 10% O2 11% N2CO2 1%

{a. F=1 para el proceso, es necesario establecer una base de clculo N4 = 100 [mol/h] b. reactor-absorbedor-agotador-mezclador(usando restricciones del divisor)-divisor c. Ni[mol/h] = 4; 4,2; 15,6; 100(BC); 99; 95,3; 19,1; 76,2; 50; 46,3; 4,25 y 8; para i= 1,2,3,4,5,6,768,9,10,11 y 12 respectivamente. x5C2H4=0,0758; x5O2=0,0859 ; x5H2O=0,0101; x5CO2=0,0202; x5C2H4O=0,0202; x6C2H4=0,0787; x5O2=0,0892 ; x6CO2=0,0131; x9CO2=0,015; x12CO2=0,0938; por tanto3,9 [moles] de N2 por cada [mol] de C2H4 alimentado al proceso. d. rendimiento Global = 50 %; Rendimiento fraccional = 80 %}.

{a. F=1 para el proceso, es necesario establecer una base de clculo N

4 = 100 [mol/h] b. reactor-absorbedor-agotador-mezclador(usando restricciones del divisor)-divisor c. Ni[mol/h] = 4; 4,2; 15,6; 100(BC); 99; 95,3; 19,1; 76,2; 50; 46,3; 4,25 y 8; para i= 1,2,3,4,5,6,768,9,10,11 y 12 respectivamente. x5C2H4=0,0758; x5O2=0,0859 ; x5H2O=0,0101; x5CO2=0,0202; x5C2H4O=0,0202; x6C2H4=0,0787; x5O2=0,0892 ; x6CO2=0,0131; x9CO2=0,015; x12CO2=0,0938; por tanto3,9 [moles] de N2 por cada [mol] de C2H4 alimentado al proceso. d. rendimiento Global = 50 %; Rendimiento fraccional = 80 %}.

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