STEFANI 242-246

Contar el número de ecuaciones

Paso Respuesta ComentarioFlujos especificados 1 Velocidad de producción

100000 lb/dia de nylon-6,6Especificaciones de composición de corriente

0

Especificaciones de desempeño del sistema

0 Ver la explicación siguiente

Ecuaciones de balance de materia

81 El número de x en la tabla 3.6.

Total 82

DOF = 116-82 = 34. Muy subespecificado.

¿Qué tipo de especificaciones deben agregarse para que esté completamente especificado? Pueden utilizarse las tablas como guía:

Especificaciones de desempeño del sistema

Reactores. Puede especificarse una conversión fraccionaria para el reactor por reacción, para un total de 5.

Separadores. Hay C x (S-1) recuperaciones fraccionarias independientes por separador. Cada separador tiene 2 corrientes de descarga. S3 tiene 4 componentes, S4 tiene 7 y S5 tiene 13 componentes (lo cual se puede ver fácilmente en la tabla 3.8). por lo tanto, se especifican 4 recuperaciones fraccionarias para S3, 7 para S4 y 13 para S5, o un total de 24.

Especificaciones de composición corriente. Pueden identificarse con facilidad las materias primas al examinar la tabla 3.8. Busque el primer dato en cada fila: cualquier componente que entra primero en la tabla en una unidad de proceso que no sea la generación por reacción química debe ser una materia prima. Si hay C materias primas en un proceso, entonces puede haber C – 1 especificaciones, exactamente el número que se necesita!

Este análisis preliminar proporciona un enfoque sistemático para la derivación de todas las ecuaciones que se necesitan a fin de construir un modelo lineal de este diagrama de flujo de proceso. Así, el modelo lineal está compuesto por:

81 ecuaciones de balance de materia.

1 velocidad de flujo de producto. 5 especificaciones de desempeño del reactor (conversiones fraccionarias). 24 especificaciones de desempeño del separador (recuperaciones

fraccionarias). 5 especificaciones de la composición de corriente (flujo relativo de materias

primas).

Este modelo lineal podría escribirse como una ecuación matricial mediante los métodos de la sección 3.4, donde la matriz A tendría 116 filas y columnas. (Los ingenieros utilizan simuladores de proceso para generar de manera automática las ecuaciones del modelo, dado un diagrama de flujo junto con una base de cálculo y las especificaciones de la composición de corriente y de desempeño del sistema.)

Una vez que se ha realizado el trabajo duro, se puede resolver el modelo lineal de este diagrama de flujo para cualquier número de variaciones en las especificaciones. Tal esfuerzo es una característica esencial de la síntesis del proceso. Se ilustrara mediante el análisis de algunos casos.

Caso 1: ¿Cómo cambia el consumo de ciclohexano con la conversión fraccionaria del reactor? Si todos los reactores y separadores trabajan a la perfección, se requieren 442.2 lbmol de ciclohexano/día. Se examinan varios casos donde disminuye la conversión fraccionaria; la velocidad de producción de nylon se fija en 100000 lb/día, en el supuesto de que las recuperaciones fraccionarias en los separadores todavía fueran de 1.0 y que los reactivos se alimentaran a la velocidad estequiometrica.

a) Si la conversión fraccionaria en R3 baja a 0.9, el consumo del ciclohexano sube a 491.3 lbmol/día! Esto es sorprendente a primera vista, porque el ciclohexano no está en la rama con R1. se observa este resultado por que se especifican las relaciones estequiometricas de alimentación de todas las materias primas. Si la conversión en una de las ramificaciones es más alta que en otra, quizás se rediseñara el proceso para ajustar las proporciones de suministro. Se puede utilizar el modelo para encontrar la proporción óptima de suministro como una función de conversión del reactor.

b) Si la conversión fraccionaria en todos los reactores baja a 0.9, el ciclohexano consumido se eleva casi 40% sobre el caso base, a 606.6 lbmol/dia.

c) Una baja en la conversión fraccionaria en todos los reactores a 0.8 es aproximadamente el equivalente a una baja en la conversión en R5 0.5 –el ciclohexano consumido casi se duplica en cualquier caso--.

Caso 2: ¿Qué especificaciones de desempeño el sistema afectan más la producción de NO? Debido a la contribución adversa del compuesto químico al esmog, se desea que la producción de NO sea la mínima posible. En el caso base, se generan 884.4 lbmol de NO/día.

a) ¡reducir la conversión fraccionaria en R4 no tiene efecto en la velocidad de producción de NO!

b) Reducir la recuperación fraccionaria de ácido adipidico en S4 a 0.9 incrementa la producción de NO, a 983.lbmol/día.

c) Reducir la recuperación fraccionaria de ácido adipidico en S4 a 0.9 y reducir la conversión fraccionaria en R5 A 0.9 incrementa aún más la producción de NO, a 1092 lbmol/día.

Caso 3: ¿Cómo afecta la eficiencia del separador a la cantidad de agua en el producto final? Si los tres separadores trabajan a la perfección, no hay agua en el producto de nylon. Se consideran otras cuatro condiciones:

a) Si 99% del agua es retirada en S3, S4 y S5, el producto nylon contiene 0.16% en peso de agua.

b) Si 99% de agua es retirada en S4 y S5, pero solo 90% en S3, el producto de nylon contiene, de nuevo, 0.16% en peso de agua.

c) Si 99% del agua es retirada en S3 y S5, pero solo 90% en S4, el contenido de agua del producto de nylon aumenta ligeramente, a 0.1% en peso de agua.

d) Si 99% de agua retirada se alcanza en S3 y S4, pero solo 90% en S5, el producto de nylon se contamina con 1.6% en peso de agua.

Es evidente que la remoción de agua es muy importante en el último separador. Por lo tanto, se debe prestar atención más minuciosa al diseño de este separador.

Tal exploración del modelo de diagrama de flujo puede generar cambios en el diseño. Este análisis es un preludio para llevar más allá el diseño detallado de cada unidad de proceso. Por ejemplo, se podría preguntar: ¿hay reacciones laterales no deseadas en cualquiera de los reactores? ¿Es posible diseñar un reactor que alcance una conversión fraccionaria alta, o la separación y la recirculación son requeridas? ¿Qué tipo de tecnología de separación puede alcanzar la pureza necesaria? ¿Pueden lograrse estas separaciones en un solo separador, o se requerirán múltiples piezas de equipo? Estas son las clases de preguntas que se señalan en los capítulos 4 y 5.

Resumen

La ecuación de balance de materia se deriva de la ley de la conservación de la masa.

En la tabla siguiente las ecuaciones de balance de materia en forma diferencial (i es un componente, j es una corriente y k es una reacción química).

Acumulación = Entrada – salida + generación – consumoMasa total dmsis

dt=¿ ∑ m j _ ∑ m j

Toda j que entra toda j que sale

Masa de i dmi ,sis

dt=¿ ∑ mij _ ∑ mij

Toda j que entra toda j que sale

+∑ v ikM iδk

Todas las reacciones k

Moles totales

dnsisdt

=¿ ∑ n j _ ∑ n jToda j que entra toda j que sale

+∑❑∑ v ikδ kTodas las todos losreacciones k componentes i

Moles de i dni , sisdt

=¿ ∑ nij _ ∑ nijToda j que entra toda j que sale

+∑ v ikδ kTodas lasreacciones k

La ecuación diferencial de balance de materia describe un solo punto a la vez. En régimen permanente, el término de acumulación se establece como igual a cero. Los procesos de flujo continuo en régimen permanente se analizan por medio de la ecuación diferencial de régimen permanente.

Las ecuaciones de balance de materia en forma integral se resumen en la tabla siguiente (i es un componente, j es una corriente y k es una reacción química).

Acumulación = Entrada - salida +generación -consumoMasa total msis ,f−msis ,0=¿

∑ (∫t 0

t f

m jdt)−∑(∫t0

tf

m jdt) Toda j toda j que entra que sale

Masa of i mi , sis , f−mi , sis , 0=¿∑ (∫

t 0

t f

mijdt )−∑ (∫t0

t f

mijdt) Toda j

toda j que entra

que sale

+ ∑ (∫t 0

t f

M i v ikδ k dt¿)¿

Todas lasReacciones k

Moles totales nsis, f−nsis ,0=¿∑ (∫

t 0

t f

m jdt)−∑(∫t0

tf

m jdt) Toda j toda j que entra que sale

+

∑❑∑ (∫t 0

t f

v ik δk dt ¿)¿

Todas las todos losReacciones compuestos k i

Moles de i ni , sis , f−ni , sis , 0=¿∑ (∫

t 0

t f

mijdt )−∑ (∫t0

t f

mijdt) Toda j toda j Que entra que sale

+∑ (∫t 0

t f

v ik δ kdt ¿)¿

Todas lasreacciones k

La ecuación integral de balance de materia describe el sistema sobre un intervalo de tiempo definido. Los sistemas por lotes por lo general se analizan mediante el balance integral.

El avance de reacción δ es una medida del número de eventos de la reacción por unidad de tiempo. δ relaciona las velocidades de consumo y generación de compuestos en una reacción química. Para cualquier reacción k y reactivo o

producto i, δ k /v ik = Rik /v ikM i, donde rikes la velocida molar, Rik es la velocidad de masa) de la reacción del compuesto i por la reacción k y v ik es el coeficiente estequiometrico correspondiente (negativo para los reactivos, positivo para los productos).

Las técnicas de algebra lineal se utilizan para encontrar coeficientes estequiometricos de manera sistemática, para desarrollar el análisis de generación-consumo, y para identificar conjuntos de reacciones químicas independientes.

Mientras los diagramas de flujo proporcionan representaciones visuales de un proceso, los modelos lineales de diagramas de flujo de proceso proporcionan representaciones matemáticas. Cada modelo incluye ecuaciones de balance de materia y ecuaciones de desempeño del sistema, se derivan con gran rapidez modelos lineales. Una vez establecidos, los modelos lineales proporcionan medios para la exploración rápida de las variables de diseño.

Hay cuatro tipos fundamentales de unidades de proceso: mezcladores, divisores de flujo, reactores y separadores.

El desempeño del divisor se caracteriza por la división fraccional f sj

f sj=molesde ique sale en la corriente jmoles de i alimentadosal divisor

=nij

n i, entrada

El desempeño del reactor se caracteriza por la conversión fraccionaria f cj

f Ci=moles de i consumidos por la reaccionmolesde ialimentados alreactor

=

−∑ v ikδ k¿

ni ,entrada¿

El desempeño del separador se caracteriza por la recuperación fraccionaria f Rij

f Rij=moles de i quesale enla corriente jmolesde ialimentados al separador

=nij

ni , entrada

HiHistoria de la quimica: de cepillos dentales y calcetines

“en otra epoca el atisbo de unas medias era algo estremecedor, ahora, sabe Dios que todo se acepta.” Cole porter

Los estruendosos años veinte fueron tiempos salvajes y excitantes en la historia de estados unidos – epoca de contrabando de bebidas alcoholicas y tabernas clandestinas, faldas que subian y fortunas que tabien lo hacian--. La familia DuPont company

prenderla idea de una molécula con un peso molecular de 100 000, una cantidadmayor a lo que podían imaginar "un elefante... 1 500 pies de largo y 300 pies de alto" —. En una conferencia sostenida en Europa en 1926, HermannStaudinger (a quien después se le otorgó el Premio Nobel de química) estaba de pie casi solo cuando defendió que los polímeros eran verdaderas moléculas. Un joven químico orgánico teórico llamado Wallace Carothers era uno de la pequeña minoría que estaba de acuerdo con Staudinger.

RENATO 247-250

Wallace Carothers, nacido en 1896, tuvo comienzos poco prometedores; asistió a la escuela secretarial de su padre y estudió mecanografía y caligrafía. Sólo después estudiaría química en la Universidad de Illinois y Harvard. En 1928, Carothers fue invitado a colaborar con DuPont por Charles Stine, un hombre

HiHistoria de la quimica: de cepillos dentales y calcetines

“en otra epoca el atisbo de unas medias era algo estremecedor, ahora, sabe Dios que todo se acepta.” Cole porter

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que pensó que las corporaciones debían tener grupos de investigación fundamental por el prestigio que ellos traerían a la compañía. Esta era una idea revolucionaria para su época. DuPont estaba interesado en Carothers porque éste estaba interesado en los polímeros. Carothers quiso demostrar que Staudinger tenía razón acerca de la naturaleza molecular de los polímeros y Du Pont parecía ser el lugar idóneo para hacerlo.

Carothers, en sus primeros intentos para generar polímeros, aprovechó la reacción química muy conocida entre un alcohol y un ácido orgánico para producir un éster. Pensó que si el alcohol y el ácido eran bifuncionales (es decir, poseían dos grupos reactivos, uno en cada extremo) podrían unirse en una cadena infinita, como "poliésteres". Esto funcionó, hasta cierto punto. En efecto, se produjeron poliésteres, pero sus pesos moleculares eran sólo de 5 000 a 6 000, demasiado poco para tener algún valor comercial.

Carothers comprendió finalmente que las grandes cantidades de agua producidas durante la reacción del éster podrían estar limitando la magnitud de la polimerización. Su grupo adapto un “destilador molecular", un aparato para quitar agua de manera continua durante la reacción de la condensación. Julian Hill, un químico del laboratorio de Carothers, preparó el destilador molecular y destiló el agua de una mezcla de reacción de ácido/alcohol. Después de 12 días, Julián estimuló la masa resultante con una varilla de vidrio. Cuando tiró de la varilla, para su sorpresa y encanto, atrajo un filamento largo y delgado. Porcasualidad, el grupo había descubierto un material polimérico que podría hilarse en fibras – de gran utilidad para la fabricación de ropa, alfombras y similares-. Aunque estas fibras eran fuertes y flexibles, tenían un inconveniente serio como tejido: se fundían a bajas temperaturas, un problema real para el planchado de la ropa. El grupo intentó sintetizar poliamidas porque pensó que debían ser estables a temperaturas más altas que los poliésteres; incapaz de generar algo de interés comercial, abandonó el proyecto.

La gran depresión económica estadounidense de la década de 1930 cambió a DuPont. La compañía despidió obreros y recortó sueldos. Charles Stine fue ascendido y reemplazado por Elmer Bolton, quien estaba mucho más interesado en la investigación aplicada que en la fundamental. Wallace Carothers se deprimió profundamente y sufrió de constantes cambios anímicos. Sin embargo, su rendimiento científico era prodigioso.

Bolton presionó a Carothers para trabajar una vez más en las poliamidas. En 1934 Donald Coffman, del grupo de Carothers, metió una varilla de vidrio agitando una masa fundida generada a partir de pentametilendiamina y ácido sebácico y arrastró un filamento fino. El producto era lustroso, más fuerte que la seda e insensible al agua caliente o los solventes de la limpieza en seco. A pesar de la excitación circundante, el hallazgo de Coffman no podría ser comercializado ya que las materias primas eran demasiado costosas y las fibras resultaron difíciles de hilar. El año siguiente. Gerard Berchet (también del grupo de Carothers) propuso un método de fabricación de fibras de poliamida a partir de compuestos químicos más baratos derivados del benceno el primer nylon-6,6. Se avecinaban desafíos significativos de ingeniería: la producción de hexametilen,diamina y ácido adípico en grandes cantidades y de pureza suficiente, el control de la longitud del polímero y la fusión giratoria de un polímero que era insoluble en todos los solventes comunes. En el curso de los siguientes años estos problemas se resolvieron y el nylon-6.6 se volvió la primera fibra totalmente sintética en venderse comercialmente.

WallaceCarothers consiguió lo que se había propuesto obtener: recabó evidencia irrefutable que apoyó la teoría molecular de los polímeros de Staudinger. En el proceso, dio origen a una nueva gran industria. Sin embargo, su salud, sobre todo mental, empeoró drásticamente. Comenzó a dudar de sus habilidades científicas. En febrero de 1936 sorprendió a todos cuando se casó de nuevo. Fue elegido para la NationalAcademy of Science, tuvo un colapso del que pasó meses recuperándose en los Alpes. El 29 de abril de 1937, Wallace se registró en un hotel, vació el contenido de una cápsula de cianuro en un vaso de jugo de limón y lo bebió. Siete meses después de su muerte nació su hija.

El nylon-6,6 se comercializó en 1940; su primer uso comercial fue el de las cerdas de cepillo de dientes, las cuales reemplazaron a las cerdas de cerdo chinas que ya no se pudieron conseguir después de la invasión japonesa a Manchuria. La llave al éxito comercial del nylon, sin embargo, no fueron los cepillos de dientes, sino las medias de mujer: 5 millones de pares de medias de nylon salieron al mercado en 1940 y se vendieron en un solo día. Durante la

Segunda Guerra Mundial, el nylon se ocupó en la fabricación de paracaídas, cámaras de neumáticos, y tiendas de campaña. Ahora se usa en la fabricación de ropa, alfombras, tapicería y otros artículos similares, y cada persona en la Tierra utiliza alrededor de 1.5 lb de este material.

En la década de 1960, Julián Hill, el primer químico que descubrió una fibra de poliéster, y Paul Flory, un prominente químico físico de polímeros que trabajó en DuPont, empezaron a plantear la necesidad de considerar el problema de los grandes residuos generados por el nylon y otros plásticos, y del surgimiento de una industria completa basada en generar productos desechables de un solo uso a partir de petróleo barato. En la actualidad, cada vez con mayor frecuencia, las compañías están explorando el uso de materiales agrícolas para generar polímeros biodegradables. En cierto sentido, estas compañías se están moviendo completamente en círculo, y están regresando a los días de inicio de los polímeros basados en celulosa.

Respuestas a los exámenes rápidos

3.1 2 gmol/s, 4 gmol/s.

3.2 Simplemente es la columna neta, graduada a la base de cálculo deseada.

3.3 msis .f−msis .o=(m1−m2) t .

3.4 a) todavía salió con aproximadamente 2.7 millones de lb, por lo tanto está bien;

b) aproximadamente 33.5 millones de Ib.

3.5 a32 = 3, b1= 6.

3.6 Sí.

3.7 Con NH3 como el compuesto base,

⌊0 1 00 1 22 3 1

⌋ [ v O2

v HNO3

v H 2O]=[130]

3.8 La reacción va en la dirección opuesta cuando se escribe.

3.9 "Se recupera 94% de glucosa" significa que, de toda la glucosa alimentada al separador, 94% va a la corriente A y el resto a otras corrientes. "94% de glucosa en la corriente A" significa que la corriente A es una mezcla y contiene 94% de glucosa y 6% de otros materiales.

Referencias y lecturas recomendadas

1. Para mayor informaciónsobre Wallace Carothers y la historia del nylon, lea "The Nylon Drama" por D. A. Houshell y J. K. Smith Jr., American Heritage of Invention and Technology, otoño de 1988, pp. 40-55, o Prometheans in the Lab, S. B. McGray-ne, McGraw-Hill.

2. Una buena introducción fácil de leer a los fundamentos del álgebra lineal está contenida en el capítulo 1 de Linear Algebra and ItsApplications, 3a. ed., por Gilbert Strang, Harcourt, Brace, Jovanovich, San Diego (1988).

Problemas del capítulo 3

La ley de Hein: Los problemas dignos de ataque demuestran su valor defendiéndose.

Warm-Ups

P3.1 Se mezcla 10 gmol de poliestireno (peso molecular promedio 66 000) con 1 000 gmol de benceno (C6H6). Calcule la fracción peso y fracción molar de poliestireno en la mezcla.

P3.2 Una disolución del 5% en peso de sal/95% en peso de agua fluye hacia dentro de un tanque a 15 g/min, donde se mezcla con un poco de sal ya presente en el tanque. Una disolución del 10% en peso de sal/90% en peso de agua fluye, hacia fuera del tanque a 15 g/min. ¿Cuál es m wentra , mwsale , ms entra , ms sale , m entra , m sale , dmsis/dt , dmwsis/dt y dms,sis/dt

P3.3 El agua fluye dentro de un tanque. La velocidad de flujo del agua m w es una función del tiempo t, donde mwestá en kg/h y t está en horas. ¿Cuánta agua (kg) está en el tanque al cabo de 2 horas si mw= 1 + 2t y el tanque estaba inicialmente vacío? ¿Si mw = 3e2t y el tanque contiene inicialmente 10kg de agua?

P3.4 Dada la reacción

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Si ξ = 5gmol/min, determinar: rO2, rCO2, rH2O, rCH4, RCH4, RO2, RCO2, RH2O,

P3.5 Se alimenta 100gmol/min de hidrogeno y 100gmol/min de nitrógeno a un reactor en régimen permanente, donde ellos reaccionan para generaramoniaco:

N2 + 3H2 2NH3

Si la velocidad de Flujo del amoniaco que sale del reactor es de 45 gmol/min, ¿cuál es el ξ? ¿Cuál es la velocidad de flujo total fuera del reactor (gmol/min)?

P3.6 Se alimenta 100 lb/n de una disolución con 10% en peso de glucosa a| un reactor de isomérización, donde parte de la glucosa (C 6Hl206) se convierte a su isómero, fructosa. (La fructosa es más dulce que la glucosa.) La corriente de salida del reactor es 6% en peso de disolución de glucosa. ¿Cuál es Rg? ¿Cuál es el ξ?

P3.7 Las ecuaciones a — b + c = 2, 2a + b + c = 3, y 3a + b + c =4, ¿son linealmente independientes?

P3.8 Definir la división fraccional, la conversión fraccionaria y la recuperación fraccionaria. Trazar diagramas de flujo para un divisor, un reactor y un separador.

Usar el diagrama de flujo para ilustrar sus definiciones.

P3.9 Se alimenta 100 lb/h de una disolución con 10% en peso de glucosa/90% en peso de agua a un divisor de flujo. El divisor produce dos corrientes de salida. La velocidad de flujo de la glucosa en una de las corrientes es de 2lb/h de glucosa. ¿Cuál es la división fraccional? ¿Cuál es la velocidad de flujo del agua en esa corriente?

P3.10 Se alimenta 100 lb/h de disolución con 10% en peso de glucosa a unreactor de isomerización, donde parte de la glucosa (C 6H12O6) se convierte en su isómero, fructosa. (La fructosa es más dulce que la glucosa.) La corriente de salida del reactor es una disolución al 6% en peso de glucosa. ¿Cuál es la conversión fraccionaria?

P3.11 Se alimenta 100 lb/h de disolución con 6% en peso de glucosa/4% en peso de fructosa a un separador. Se generan dos corrientes producto: una corriente es de 50 lb/h de disolución con 9% en peso de glucosa/1% en peso de fructosa. ¿Cuál es la recuperación fraccionaria de la glucosa en esta corriente del producto?

Entrenamiento y habilidades

P3.12 Un quemador se alimenta con 100 gmol/s de etano (C 2H6) y 400 gmol/s O2, donde el etano se quema por completo a CO 2 y H2O. El quemador opera en régimen permanente. Escriba las formas de la ecuación diferencial de balance de masa del componente con el quemador como sistema y demuestre que la ecuación de balance de masa total es satisfecha. Posteriormente, escriba las formas de la ecuación diferencial de balance molar del componente y demuestre que no existe la ley de conservación de moles totales.

LUZ KELLY 251-254

Para los problemas 3.13 a 3.33 realice un análisis DOF antes de comenzar los cálculos. Inicie con las ecuaciones diferencial o integral de balance de materia dadas en el capítulo 3.resuma y explique por qué se eligió alguna.

P3.13

Dos disoluciones acuosas se mezclan en un mesclador en régimen permanente. Una de las disoluciones contiene 8.3%mol de acetato de etilo, 6.2%mol de etanol y agua, y se alimenta al mezclador de 64Kgmol/h. la otra disolución contiene 3.7%mol de acetato

de etilo,2.6%mol de ácido acètico,5.4%mol de etanol y agua, y se alimenta el mezcladora 97Kgmol/calcular la velocidad de flujo(97 Kgmol/h) y la composición (%mol) de todos los componentes en las corrientes de salida del mezclador.

P3.14

una disolución contiene 3.7%mol de acetato de etilo, 2.6%mol de ácido acètico,5.4%mol de etanol y agua, se alimenta a un divisor de flujo de 97Kgmol/h.

El divisor opera en régimen permanente y tiene tres corrientes de salida. Un 27% del flujo sale en la primera corriente, 54% sale en la segunda corriente, y el resto termina en la tercera corriente. Calcular la velocidad de flujo (Kgmol/h) y la composición (%mol) de las tres corrientes de salida.

P3.15

una disolución que contiene 5.4%mol de etanol, 8.3%mol de ácido acético y agua se alimenta a un reactor a 97Kgmol/h. En el reactor, que opera en régimen permanente, el etanol y el ácido acético reaccionan para formar acetato de etilo y agua.

C2H5OH + CH3 COOH ………CH3COOC2H3 + H2O

La velocidad molar de reacción del etanol es de 4.8Kgmol/h. calcular la velocidad de flujo (Kgmol/h) y la composición (%mol) de la corriente de salida.

P3.16

Una disolución que contiene 6.2%mol de etanol,5.4%molde ácido acético y agua se alimenta a un separador a 97Kgmol/h.El separador opera en régimen permanente. Tres corrientes de producto salen del separador. Un 94% del etanol alimentado al separador sale en la corriente A, y 4% sale en la corriente B.

El 85% del ácido acético sale en la corriente B y 10% en la corriente A. El 70% del agua alimentada sale del separador en la corriente C, y 15% en cada una de las corrientes A y B. Calcular la velocidad de flujo (Kgmol/h) y la composición (%en peso) de las tres corrientes de producto.

P3.17

Jugo de betabel, que contiene 18% en peso de azúcar y 82% en peso de agua. Se alimenta continuamente a 100 Kg/h en un recipiente grande. El agua se retira por evaporación a una velocidad constante. Si el proceso produce jugo de betabel concentrado( en el recipiente) al 65% en peso de azúcar,¿ cuál es la velocidad de evaporación del agua?.

P3.18

Usted es una bruja que necesita una nueva poción mágica. Tiene tres frascos que contienen los ingredientes listados debajo. Le gustaría mezclar estos en su caldero así que calienta el caldero sobre fuego para evaporar el exceso de agua, y elabora 100g de

una poción liquida que contiene 27% en peso de ancas de rana,22%en peso de ojo de tritón y 11% en peso de lana de murciélago.

¿Cuántos gramos de cada frasco debe agregar a su caldero?¿cuantos gramos de agua debe evaporar? La velocidad de evaporación de agua del caldero disminuye con el tiempo, a medida que la poción se vuelve más espesa .si la velocidad de evaporación(en gramos por minuto) es de 30 - 0t donde t está en minutos. ¿Cuánto tiempo tomara evaporar la cantidad correcta de agua?.

Frasco A,% en peso

Frasco B,% en peso

Frasco C% en peso

Ancas de ranaOjo de tirón

Lana de murciélagoAgua

100

4050

0300

70

500

1040

P3.19

La leche es pasteurizada al calentarla rápidamente en un pasteurizador a temperatura tales que la mayoría de las bacterias que contiene mueren. Los pasteurizadores deben eliminar 99% de las bacterias presentes en la leche. La velocidad de eliminación de bacterias (bacterias por segundo) en el pasteurizador es r eliminadas = 10 000e-03tdonde t está en segundos. ¿Cuánto tiempo debe permanecer en el pasteurizador leche que contiene 104 bacterias?.

P3.20

Un producto pesticida que contiene d-fenodrin como ingrediente activo se rocía dentro de las cabinas de avión de pasajeros en aviones que vuelan rutas internacionales en cumplimiento a las regulaciones sanitarias internacionales de la Organización Mundial de la Salud. Una cabina de aeronave de 30000ft3 que contiene 10000 ppm de d-fenodrin se inundara con aire puro hasta que la concentración de d-fenodrin se reduzca a menos de 100ppm. A esa concentración de d-fenodrin la cabina se considera segura. Si la velocidad de flujo de aire en la cabina es de 600 ft3/min.¿ durante cuantos minutos debe llenarse la cabina? Asumir que la operación de llenado se realiza de forma que el aire en la cabina esta bien mezclado.

P3.21

Un tazón de café de 12 onzas contiene 200mg de cafeína. La cafeína es eliminada del cuerpo a una velocidad de dm1.55ldt = - 0.116mc.sis’ donde mc.sis es la masa de cafeína en el cuerpo. Después de que usted bebe un tazón de café, ¿Cuánto tiempo tomara a su cuerpo reducir la cafeína a 100mg? usted bebe una taza de 12 onzas a las 6 A.M y otra a las 2P.M.grafique el contenido de cafeína de su cuerpo como una función del tiempo para un intervalo de 24 horas.

¿si usted no puede conciliar el sueño a las 11PM serviría ya no tomar la segunda taza?.

P3.22

El dióxido de titanio (TiO3) es por mucho el pigmento mas ampliamente usado en la pintura blanca. Las especificaciones para el polvo del pigmento blanco usado para generar pintura requieren que contenga 70% en peso de TiO2,5% en peso de ZnO y 25% en peso de SIO2. Cada uno de estos polvos se recibe en la fabrica de pinturas en sacos de 50Kg. A las 7 A.M ,un operador llena un tanque vacío grande, ocupado con un mezclador, con 28 sacos de TIO2 ,2 sacos de ZnO Y 10 sacos de SiO2. Entonces, el comienza a fabricar la pintura sacando continuamente 500Kg/h de polvo blanco para mezclarlo con la pintura de látex. A las 10A.M .y de nuevo a medio dia , agrega otros 14 sacos de TiO2. . un saco de deZnO Y5 sacos de SiO2 al tanque. A las 3P.M .cierra la operación de mezclado de pintura y se va a casa.

Divida el día de trabajo en intervalos separados de tiempo y aplique la ecuación de balance de materia a cada intervalo. ¿Cuál es la cantidad más baja de polvo en el tanque, y cuando ocurre eso?¿el tanque nunca se agota?¿cuánto polvo del pigmento queda en el tanque cuando el operador sale de trabajar durante el día?.

P3.23

En el ejemplo 3.10 se examinó un problema sobre la liberación controlada de fármacos. Resuelva el problema de nuevo, pero agregando una complicación: los fármacos dentro del dispositivo de liberación controlada se sabe que se degradan a una forma inactiva a una velocidad estable de 1.1ug/h. calcule la masa de fármacos dentro del dispositivo en cualquier momento y calcule la fracción total liberada de la carga de fármacos inicial en un periodo de 24 horas.

P3.24

El formaldehído (HCHO) es producido por oxidación parcial del metanol (CH3OH). También se presentan algunas reacciones colaterales, que producen ácido fórmico( HCOOH),CO,CO2,Y H2O . Supongo que se alimentan 100Kg-mol/h de metanol y 20Kgmol/h de O2 a un reactor, donde se convierte 40% del metanol y 95% del O2 a productos ¿Cuál debe ser la composición de la descarga del reactor?.

P3.25

Unacervecería local ha ofrecido donar, libre de cargos, los granos que se han utilizado en sus operaciones a una planta de calefacción ubicada en un campus universitario. Como ingeniero de la planta de calefacción, su trabajo es ver si es técnicamente factible usar este material como combustible. El análisis químico de los granos dio la composición elemental siguiente: 14.4%en peso de C,6.2% en peso de H, 78.8% en peso de O . 0.5% en peso de S. usted pone 1.00 Kg de granos un reactor vacío de laboratorio calienta el material en ausencia de aire. Se destacaron solo CO,CO2 ,SO2 Y h2o en los gases de salida y ningún material no quemado quedo en el reactor al final del experimento .¿cuantos litros de gas en condiciones estándar se produjeron?¿cuáles es el 5 en mol de so2 en el

gas de salida?¿cuánto oxigeno tomaría por kg de granos consumidos para convertir todo el CO a CO2?

P3.26

Los antibióticos son producidos típicamente a través de la fermentación, donde el fermentador se opera bajo lo que se denomina cultivo de alimentación por lotes. Un ejemplo de cultivo de alimentación por lotes, el fermentador esta inicialmente lleno con 600 ml en un caldo de fermentación que contiene 100g de glucosa/l y a algunas células productoras de antibióticos. se agrega continuamente caldo adicional (contiene 100g de glucosa/l) al fermentador a una velocidad de 200ml/h. las células consumen la glucosa a una velocidad de 25g de glucosa/h. ¿cuáles es la concentración de glucosa(g/l)en el fermentador al final de 6 horas? asuma que la densidad del caldo es de 1 g/ml.

p3.27

Usted está planeando activar un fermentador para producir antibióticos a partir de hongos, un caldo de fermentación que contiene 15 % en peso de glucosa, 6 % en peso fosfato.6%en peso de nitrato, varias trazas de nutrientes y agua. a las 8 A.M el fermentador está lleno con 6000ml de caldo y algunos hongos productores de antibiótico. durante el curso de la fermentación de bombea caldo adicional en el fermentador a 200ml/h. Las células consumen glucosa a una velocidad de 35g/h, fosfatos a una velocidad de 13g/h y nitratos a 12g/h. La fermentación de detiene cuando la concentración de uno de estos tres nutrientes tiene a cero(porque las células ya no pueden crecer).¿qué nutriente-glucosa, fosfato o nitrato-se agotara primero?¿ cuándo se detiene la fermentación?¿cuál es la concentración(g/l) de los otros dos nutrientes en el fermentador al final del trayecto ¿ asuma que la densidad del fluido es de g/ml.

P3.28

Unaplanta química tiene un derrame accidental de acrilaldehído, un líquido volátil. La concentración de acrialdehido en el aire externo alcanza con rapidez las 10 ppm (partes por millón). El acrialdehido es sumamente toxico: la exposición a concentraciones por encima de 4 ppm ponen el peligro inmediato la salud humana. Los operadores de la plata química trabajan dentro de un cuarto de control que se localiza cerca del sitio del derrame. El cuarto de control tiene un volumen de 10000 pies3 y hay 3 intercambios de aire/h con el aire del exterior ( en otras palabras , la velocidad del flujo de aire a través del cuarto de control es de 30000ft3/h). el cuarto de control por lo general no contiene vapores de acrialdehido . Suponga que el aire en el cuarto de control está bien mesclado, y que la concentración del aire exterior permanece estable a 10ppm.calcule cuanto tiempo tiene los operadores para ponerse el equipo de protección de respiración.(consejo: use el cuarto de control como el sistema).

P3.29

Las inmunotoxinas son moléculas diseñadas para matar específicamente celular de cáncer sin dañar a las celular saludables no cancerosas. Las inmunotoxinas deben

acumularse dentro de las células de cáncer antes de que puedan ser efectivas. Una reciente empresa de biotecnología a descubierto una nueva inmunotoxina. la compañía está intentando elevar su capital empresarial . Ustedestá intentando decidir si debe invertir su millones. La nueva empresa proporciona los datos siguientes: la inmunotoxina entra en una célula cancerosa típica a una velocidad de 62000 moléculas/h.cierta cantidad de la inmunotoxina se degrada dentro de la célula cancerosa por acción de las enzimas. La velocidad de degradación se estima en 2700(1- e -0.3t) moléculas degradadas/h donde t es el tiempo en horas, desde que la célula de cáncer se expuso primero a la inmunotoxina. La célula cancerosa también expele cierta cantidad de inmunotoxina, la velocidad de la inmunotoxina que sale de la célula cancerosa se estima en 57000molecualas/h. Usted encuentra literatura científica independiente que indica que, para matar una célula cancerosa con éxito, debe haber una acumulación de por lo menos 30000moleculas de inmunotoxina dentro de la célula durante 8 horas. ¿Debe usted invertir?

P3.30

El gas natural contiene alrededor de 97%mol de metano (CH4) y 3%mol de etano (C2H6) suponga que el gas natural se quema con aire en exceso en un horno casero. El horno tiene un mantenimiento inadecuado, por lo tanto, los gases producidos contienen cierta cantidad de CO, a una relación de CO Y C02 de 1:5.todo el gas natural y 90% del oxígeno presente en el aire se convierten en productos. Calcule la composición de los gases en producto.

P3.31

El jugo de fruta fresco contiene 88% en peso de agua y 12% en peso de sólidos. Un procesador de jugo de fruta compra jugo fresco todas las semanas y elabora jugo concentrado evaporando la mayor parte del agua. Cuando el evaporador está limpio elimina agua a una velocidad de 1770lb/d. sin embargo, en el transcurso de una semana el desempeño del evaporador empeora.

HENRY 255 - 258

Debido a que se ensucia. Al final de la semana, el evaporador deja de operar y se limpia. El ingeniero de la planta estima que la velocidad de evaporación disminuye en alrededor

de 10% por día. El jugo concentrado debe contener 44% en peso de sólido. Deduzca una ecuación que exprese la velocidad de alimentación fresca como una función del día. ¿Cuánto jugo debe comprar el procesador por semana?

P3.32

Un tanque de 5000 L se llena a toda su capacidad con una disolución que contiene 40% en peso de ácido nítrico en agua. La densidad de esta disolución es 1.256g/ml en el fondo del tanque se hace un agujero pequeño por una mancha de corrosión y, cuando el ácido nítrico se fuga, el diámetro del agujero aumenta. Esto causa que la velocidad de flujo a través del agujero aumente linealmente con el tiempo. Suponga que la velocidad de flujo por la fuga es inicialmente de 5 L/min y 55 L/min después de 10min. Calcule cuantos gramos de HNO3 se ha derramado sobre el suelo en 20 minutos, cuando usted descubre el problema.

P3.33

Se elimina una disolución de15% en peso de Na2SO4 a razón de 12 lb/min en un

mezclador que en un inicio contiene 100lb de una mezcla 50-50 (de peso) de Na2SO4 y agua la disolución sale a razón de 10lb/min suponga que el mezclador es uniforme. Lo cual significa que la concentración de la disolución de salida es igual que la concentración en el mezclador. ¿Cuál es la masa total en el mezclador al final de 10 minutos? ¿Cuál es la concentración de Na2SO4 en el mezclador al final de 10 minutos?

P3.34

Laciclohexanona (C6H 10O ) y el ácido nítrico (HNO3) reaccionan para formar ácido

adipico (C6H 10O4), con NO Y H 2O como sub productos. Emplee métodos matriciales para encontrar los coeficientes estequiometricos correctos para esta reacción.

P3.35 El óxido de cloro se usa para blanquear la pulpa en la industria del papel. El gas se produce por la reacción siguiente (no balanceada).

NaO3+H 2SO 4+ CH 3OH + CLO2+ NaHSO4 +O2+ H 2O

Utilice métodos matriciales para encontrar los coeficientes estequiometricos.

P3.36

Reelabore el ejemplo 1.5, pero con los métodos matriciales para completar el análisis de generación_ consumo.

P3.37

Emplee un método matricial para mostrar si las reacciones siguientes son linealmente independientes.

H 2O +CO →CO2 +H 2

2H 2 +O2 → 2H 2O

2CO + 4H 2 → 2CH 4 +O2

H 2O + CO → CO2 +H 2

P3.38

Dados los compuestos químicos siguientes: O2,NO,NO2 ,H 2,H 2O,NH 3 y HNO3, proponga un conjunto de ecuaciones químicas balanceadas independientes .(El escape de los automóviles contiene estos compuestos , entre otros .)

P3.39

Se alimentan 20 000 kg mol de etileno/h y 11 000 kg mol de oxigeno /h a un reactor que opera en régimen permanente. El 25% de etileno y 90.9% del oxígeno se convierten en productos .La descarga del reactor contiene C2, H 2 ,O2,CO2,H 2Y C2H 4O .determine primero un conjunto mínimo de ecuaciones químicas balanceadas independientes .Después , utilice la ecuación del balance molara de los componentes para encontrar la composición y la velocidad de flujo de la corriente de descarga del reactor .

P3.40

Complete los cálculos de flujo de procesos escritos en las tablas 3.5 y de 3.6 del estudio del caso.

PRACTICA

P3.41

Como parte de un proceso de arranque, una disolución liquida que contiene un material muy peligroso (compuesto x) se bombea dentro de un tanque alimentador vacío. El tanque alimentador vacío. El tanque alimentador cilíndrico tiene 1m de diámetro y 3 m de alto. La disolución (densidad=1000 kg/m3 ,0.1kg de x/kg de disolución) se bombea a una velocidad de 40kg min .En punto subiendo 1m de la pared del tanque, se forma una mancha de corrosión y se desarrolla una gotera. La velocidad aumenta conforme la raíz cuadrada de la altura del líquido sobre la gotera:

mgotera (kg/min) = 4 x (altura del líquido en el tanque – altura del tanque en el punto de la gotera¿0.5

¿Cuánto compuesto x ha goteado fuera, cuando usted camina por el tanque 40minutos después del arranque del proceso del llenado del tanque y nota la gotera ?

P3.42

Los océanos ya sirven como un almacén del C O2 antropogenico (CO2 generado de la

actividad humana la inyección del CO2 en aguas profundas se propone como una nueva

generación a reducir los niveles atmosféricos de CO2 sin embargo puesto que CO2 es

acido, la inyección del CO2 baja el PH lo cual tiene efectos potencialmente adversos en

la vida marina una solución propuesta es construir reactores secuestradores del CO2 en las centrales energéticas localizadas sobre o cerca del océano. Los gases acumulados ricos en CO2 (aproximadamente 10%mol) se bombearía a través de un lecho de piedra

caliza porosa (suponga 100 % de CaCO3) que es continuamente rociado con aguas, la

reacción producida bicarbonato de calcio [Ca (HCO3 ¿2] que es alcalino y muy soluble en agua .Este se bombearía de manera continua en el océano .Le gustaría diseñar un proceso para tratar una tonelada de C O2 por día asumiendo que el reactor se rellenaría una vez al día. ¿Cuánta piedra caliza debe poner en el reactor cada día? Si la solubilidad del [Ca (HO3 ¿2 en aguas es de 5x 10−3 moles por litro en el reactor operando en las condiciones proyectadas ¿qué velocidad de flujo de agua se requiere (ton/día)? La captación, el transporte y la inyección de CO2 en océano abierto se estima un costo de

$90 a $180/ton de CO2. La operación del reactor propuesto trae consigo los siguientes costos $1.45/ton para la caliza comprimida, $ 0.04/ton por km por transportar la caliza $0.24/1000 ton x metro de bombeo vertical de agua del océano requerida, y $0.06 /ton por km de tubería de transporta que transporta CO2.deduzca una ecuación que

relacione el costo a N v el km requerido para transportar caliza; N p los metros de

bombeo vertical de agua y N c ¿bajo qué condiciones el reactor propuesto económicamente competitivo con la simple inyección en océano abierto? (referencias:www.netl.doe.gov/publications/procedings/01/carbón%5Fseq/p24.pdf.)

P3.43

Algunas enfermedades son tratadas inyectando proteínas en el corriente sanguíneo del paciente. El problema con esto es que hay un incremento súbito en la concentración de la proteína en la sangre, y por lo tanto una rápida recaída .Esto significa que los pacientes requieren varias inyecciones al día. Una concentración sanguínea más estable, con menos inyecciones, podría lograrse mediante la tecnología de liberación controlada. Por ejemplo, la proteína C es una proteína importante en la coagulación de la sangre. Investigadores encapsularon proteínas C en una partícula polimérica. La partícula es diseñada para liberar despacio la proteína C encapsulada. se encapsulan 100 unidades de proteína C x 100mg las partículas poliméricas .Los investigadores pusieron 100mg de proteína C encapsulada en un recipiente que contiene una disolución parecida a la

sangre y midieron la cantidad proteína C liberada como una función del tiempo . He aquí algunos datos:

TIEMPO, (h) CANTIDAD TOTAL DE PROTEINA C LIBERADA

EN EL RECIPIENTE, UNIDADES

0 00.34 5

0.56 8

1.0 14

2.0 25

3.0 35

____________________________________________________________________________

Los investigadores, que son grandes químicos de polímeros sintéticos pero no muy buenos diseñadores, necesitan su ayuda para analizar los datos desean que usted determine:

a) Cuanta proteína C queda en las partículas en función del tiempo.b) La velocidad de proteína C liberada (unidades/h) en función del tiempo

posteriormente desean que usted utilice estos datos para proponer una ecuación modelo de como la velocidad de proteína C liberada depende de la cantidad de proteína C remanente en la partícula y utilice esta ecuación para determinar cuánto tiempo tomara liberar 90% de la proteína C. ¿puede ayudar? Comience con el calculo ∆ msis/∆/ Para cada intervalo de tiempo luego grafique ∆ msis/∆/ contra msis , y posteriormente aplique una ecuación de balance de materia apropiada.

P3.44

Como parte del proceso de producir cristales de azúcar a partir de la caña de azúcar se envía jugo crudo de caña de azucara a una aserie de evaporadores para extraerle agua. El jugo de caña de azúcar, que es 85% en peso de agua, se alimenta el primer evaporador a 10 000 lb/h el jugo concentrado que sale del ultimo evaporador es 40% en peso de agua en primer lugar, examine un sistema con dos evaporadores .calcule el agua evaporada en cada evaporador, y suponga que la fracción de agua retirada en la alimentación de cada evaporador es la misma .Después. Desarrolle un modelo lineal de un diagrama de flujo, N evaporadores y suponga que la recuperación fraccionaria de aguaf R.Wen cada evaporador es la misma use un modelo para desarrollar una gráfica

de N en relación con f R.W una variación de N de 1a 6.

P3.45

La mayoría de los productos farmacéuticos son compuestos químicos orgánicos complejos elaborados mediante síntesis multietapas: es decir, hay varias reacciones en serie requeridas para convertir las materias primas en los productos deseado. Considere en el número de reactores y la conversión fraccionaria por el reactor afecta la velocidad de producción de fármacos. Suponga que se alimentaran 1000 kg /día de un reactivo a un proceso que requiere reacciones múltiples. Desarrolle una ecuación de un diagrama de flujo con N reactores, donde la conversión fraccionaria en cada reactor sea f c emplee el modelo para graficar la velocidad de producción del producto

fármacos (kg/día) como una función de N y f c y permita a N variar de 1 a 10 y a f c variara de 0.1 a 0.9.

P3.46

La hidrodealquilacion es un proceso en el cual los grupos alquilo al lado de la cadena principal (como el metilo) son desprendidos de los aromáticos mediante reacción con hidrogeno. Una corriente de proceso que contiene 5% mol de benceno (C6H 6)

20%mol de tolueno (C6H 5CH 3) 35% mol de xileno [C6H 4(CH 3¿2] Y 40% mol

pseudocumeno [ C6H 3(CH 3¿3] se alimenta a una velocidad de 100gmol/h a una planta de hidroalquilacion a una refinería esta corriente de proceso es mezclado con 500 gmol de H 2 /h antes de alimentar al reactor las condiciones siguientes tienen lugar en el reactor:

C6H 5CH 3+H 2→C6 H 6+CH 4

Tolueno benceno

C6H 4 (H 3 )2+H 2→C6 H 5CH 3+CH 4

Xileno tolueno

C6H 4 (H 3 )3+H2→C6 H 4 (CH 3 )2+CH 4

Pseudocumeno xileno

Además, puede ocurrir una reacción lateral no deseada en la cual dos bencenos reaccionen para formar difelino:

2C6 H 6 →C6H 5C6H 5+H 2

Benceno difelino

Suponga que, en el reactor , se obtienen las conversiones siguientes :70% pseudocumeno , 17 % de xileno , 75% de tolueno y 20% de benceno .Realice primero un análisis DOF para mostrar que este problema está completamente especificado . luego prepare y resuelva un modelo lineal del reactor mediante métodos matriciales

P3.47

un gas residual contiene 55%mol de DMF (dimetilformamida, un disolvente común) en el aire. Es posible que una unidad de purificación pueda remover una fracción del DMF en la alimentación por unidad .Cierta cantidad de materiales de salida de la unidad de purificación se recircula hacia la entrada .primero realice un análisis DOF de este proceso posteriormente desarrolle una

SHIRLEY 259-262

En la refinación del petróleo, el petróleo crudo es separado en varias mezclas diferentes de hidrocarburos. Una corriente de producto es la fracción de alcanos ligeros C1 – C5 (metano, etano, propano, butano y pentano). Antes de que esos hidrocarburos puedan venderse son separados en cinco productos diferentes mediante antes una serie de separadores. Cada separador genera dos corrientes de producto: llamada “superior”, u la otra llamada “inferior “o de fondos.

La corriente de alcanos ligeros. De la cual usted esta a cargo del procesamiento, tiene la velocidad de flujo de 1000 kg mol/h y contiene 10 % de metano,30 % de etano,15 % de propano. 30% de butano y 15% de pentano. Esta corriente se envía al separador 1 se recuperan en un producto superior. Todo el material restante se recupera en el producto inferior el producto inferior del separador. 4 la descarga del mezclador 11 se envía al separador 2.en su producto se recupera a un 99.83 % del metano alimentado por el separador 3 en el producto inferior.

El producto inferior del separador 1 se alimenta al separador 4. Se recupera 96.4 % del propano alimentado al separador 4 como producto superior. El cual se envía al mezclador 1 como se menciono antes. Se recuera el 100 % del propano alimentado al separador 4 como producto superior. El cual se envía al mezclador 1 como se menciono antes. se recuperara el 100 % del pentano enviado al separador 5 como producto i8nferior.

Trace u etiquete un diagrama de flujo de bloques. ¿ es este un ejemplo de una estructura de árbol divergente o convergente? Luego, desarrolle un modelo lineal general de este proceso en régimen permanente. Utilice las ecuaciones de balance de materia y las recuperaciones fraccionarias específicas establecidas en el problema.

Proporciones la velocidad de flujo y las composiciones de las cinco corrientes de producto?¿por qué? ¿Sería una aproximación razonable asumir que el agua dulce es agua pura, aun cuando haya un poco de sal en ella?

DIA DEL JUEGO

P3.50 El etilenglicol [C2H 4 (OH )2 ],un anticongelante se produce en dos pasos. El

diagrama de proceso simplificado se esquematiza abajo. En el primer reactor R- 1, el

etileno (c2H 4) ES MEZCLADO CON AIRE (79 % de N2,21 % de o2) y oxidado a oxido

de etileno (c2h4o) en fase gaseosa:

c2H 4+12O2→C2 H 4O

También puede ocurrir la Combustión completa del etileno con agua y dióxido de carbono como productos, como una reacción colateral no deseada:

c2H 4+3O2→2CO2+H 2O

Todo O2 alimentado al proceso se consume. Son separados el co2 e hiso y c2h4o del c2h4 y n2 no reaccionados a través de la absorción en la columna a-1 en agua fría. Se reciclan C2H4 y N2 hacia la entrada del reactor con una corriente de purga retirada.

Posteriormente son separados c2H 4O yCO2 del agua en la columna de desti8lacion

D- 1. El agua se desecha y después el co2 es removido del C2 H4O a través de a absorción en la columna A -2 en trietanolamina (TEA). Se envía el C2H2O al reactor R-2. En el segundo reactor, el óxido de etileno mezclado con agua líquida en la cual es muy soluble. El óxido de etileno reacciona con el agua para producir etilenglicol:

c2H 4o+H 2O→c2H 4 (OH )2

El etilenglicol puede reaccionar con óxido de etileno para producir diglicol en una reacción lateral no deseada:

c2H 4O+c2H 4 (OH )2→ (c2H 4OH ) 2

El óxido de etileno es muy reactivo y se logra 100 % de la conversación de oxido de etileno en productos. El agua y el diglicol son separados del etilenglicol en dos columnas de destilación, D – 2 y D-3. La velocidad del etileno puro alimentado al

proceso es de 1000gmol 7 h. la relación de c2H 4/O2 en la alimentación fresca es de

2:1 se remueven 50 gmol/h CO2en el absorbedor A -2. La conversión fraccionaria del

C2H 4 en productos R-1 es de 0.25. Se alimenta agua dulce en T-2 en una relación de

agua c2H 4Ode 5:1. Por cada 10 moles de etilenglicol producido, se produce 1 mol de

diglicol. Desarrolle un modelo lineal de este diagrama de flujo. Calcule la velocidad de

la producción de c2H 4Ode R−1 y la velocidad de flujo de recirculación a R-1 y la

velocidad de la producción de etilenglicol. ¿Que fracción de etileno alimentado al proceso se convierte en el producto deseado?

El proceso ha estado operado con éxito por los aproximadamente 10 años. De pronto, el precio del etileno se duplica. Proponga dos modificaciones del proceso que mejorarían la utilización del etileno. Identifique los efectos de estas modificaciones propuestas en todas las partes de la planta (es decir, incrementos/ disminuciones en flujos o composiciones.

P3.51 Refiérase al diagrama de flujo de bloques. Una alimentación con 95 % mol de

propileno (c3 H 6¿ /5 % mol de propano (c3 H 8¿ se mezcla con benceno B (c6 H 6)

alimentado en una relación molar de 1.2:1 propileno: benceno (p: b) estas alimentaciones frescas se mesclan con corrientes recirculadas, que luego se alimentan a un reactor. Ocurren dos reacciones de manera simultanea en el reactor y producen

el producto deseado cumano c (c9 H 12¿ y el diisopropilbenceno como subproducto no

deseado D (c12H 18 ¿ :

C3H 6+C6H 6→C9H 12

C3H 6+C9H 12→C12H 18

Bajo Las condiciones de la reacción, el propano l es un inerte. El efluente del reactor se enfría y se envía a un separador, donde una corriente de vapor que contiene propileno y propano es retirada en la parte superior, y una corriente liquida que contiene benceno,cumeno y diisopropibenceno es retirada por el fondo. Una fracción de la corriente de vapor que sale del separador se purga y el resto se recicla para ser mezclada con la corriente de alimentación que entra.

La corriente liquida que sale del reactor se envía a una serie de dos columnas de destilación, donde el benceno se recupera y se recicla, y el cumeno y el diisopropilbenceno son separados y enviados a los tanques de almacenamiento.

La velocidad de producción del cumeno es de 25 gmol 7 s.

Desarrolle un modelo lineal de este diagrama de flujo, donde la división fraccional y las conversaciones fraccionarias de propileno y benceno en el reactor inicialmente no están especificadas. Todos los separadores trabajan a la perfección. Luego. Utilice su modelo lineal para considerar como se afecta la velocidad de flujo a través del reactor (corriente 2 ) por estas tres especificaciones de desempeño.

INTEGRANTES:

STEFANI BENAVIDES 242-246

RENATO 247-250

LUZ KELLY CAYLLAHUA ROJAS 251-254

HENRY REVILLA CONDORI255-258

SHIRLEY QUISPE HUAYLLA 259-262