Calor a retirar
38075,6
kJ/kmol
metano;
caudal de
agua lquida
para retirar
calor 19,66
kg/kmol
metano
54.
Una central
trmica
quema carbn
como
combustible
para generar
energa
elctrica. El
carbn que
utiliza tiene
un contenido
en peso del 10
% de inertes,
un 25 % de azufre y el
resto se puede
considerar
carbono. El
poder
calorfico del
carbn
(entalpa de
combustin
estndar) es
de 10.750
BTU/libra de
carbn, y
genera energa
elctrica con
una potencia
de 1.000 MW.
El
rendimiento
energtico de
la planta se
sita en un 33
%, es decir,
slo un 33 %
de la energa
de combustin
del carbn se
transforma en
electricidad,
perdindose el
resto
principalment
e en los gases
de combustin
y en
refrigeracin
de los
equipos.
Adems, el
azufre del
carbn se
transforma en
SO 2
, contaminante
gaseoso que
es necesario
eliminar o
reducir en su
mayor parte
antes de la
emisin de los
gases de
combustin a
la atmsfera.
Para ello se ha
optado por
alimentar al
horno donde
se quema el
carbn con
aire, roca
caliza, que se
puede
considerar
como
carbonato
clcico. El
carbonato
clcico
reacciona con
el SO
2
formado en la
combustin y
se forma
sulfito clcico
(CaSO 3
) segn la
siguiente
reaccin:
CaCO 3
+ SO 2
CaSO
3
+ CO 2
El sulfito as
formado se
elimina junto
con los inertes
del carbn en
forma de
cenizas. Para
llevar a cabo
la reaccin
anterior es
necesario
trabajar con
un 10 % de
exceso de
carbonato
sobre el
estequiomtric
o y la
eliminacin
de SO2 se
cifra en un 90
% del SO2
contenido
inicialmente
en los gases
de
combustin.
Determinar: a)
kg/h de
carbn que se
queman en la
central
elctrica
b)
kg/h de
cenizas que se
deben retirar
del horno
(considerarlas
formadas por
los inertes del
carbn, el
sulfito
formado y el
carbonato
clcico no
reaccionado)
c)
La cantidad
necesaria de
caliza que es
necesario
alimentar en
kg/h
d)
Concentracin
de SO 2
en los gases
de escape
(partes por
milln en
volumen) si se
utiliza un 20
% de aire en
exceso sobre
el
estequiomtric
o para quemar
el carbn.
Solucin: a)
436364 kg/h
de carbn; b)
87273 kg/h de
cenizas; c)
37500 kg/h de
caliza; d) 186
ppm de SO 2
55.
El principal
proceso de
produccin
del agua
oxigenada a
nivel
industrial se
basa en la
utilizacin de
un compuesto
puente: la antraquinona.
El proceso en
s se puede
resumir como
una
hidrogenacin
, una posterior
oxidacin y
una etapa
de purificaci
n de productos
y
recuperacin
de reactivos
para su
reciclado al
proceso. El
punto de
partida es la
introduccin
de una
corriente
compuesta por
un disolvente
orgnico
inerte y la
antraquinona
(C 14
H 8
O 2
), de
proporcin 3
moles de
disolvente po
r 1 mol de
antraquinona,
a un reactor
de
hidrogenacin
en la que la
antraquinona
alcanza una
conversin del
50 %,
mientras que
el hidrogeno
gas
alimentado
alcanza una
conversin del
80 %,
saliendo el
hidrgeno no
reaccionado
en forma de
corriente
gaseosa. En
este primer
reactor se
obtiene una
corriente
lquida con
el producto
hidrogenado
de la
antraquinona
(se incorpora
una molcula
de
hidrgeno por
molcula de
antraquinona).
La corriente
que sale del
reactor de
hidrogenacin
se lleva a un
segundo
reactor, donde
tiene lugar la
oxidacin con
aire
enriquecido
(40 % de O
2
), que se
introduce un
caudal de
305450 m 3
/h (298 K y 1
atm), y en la
que el
hidrgeno
unido a la
antraquinona
se libera y
reacciona con
el oxgeno
para formar
agua
oxigenada,
recuperndose
de esta
manera la
molcula de
antraquinona
completament
e. La corriente
lquida que
sale del
reactor que
contiene el
disolvente, la
antraquinona
y el agua
oxigenada
formada, se
lleva a un
extractor
lquido-
lquido, donde
se pone en
contacto con
una corriente
de agua que
extrae
selectivament
e el agua
oxigenada,
obtenindose
del extractor
una corriente
acuosa con un
25 % en peso
de H 2
O 2
(el resto es
agua) y una
corriente
orgnica
compuesta por
el disolvente y
la
antraquinona
que se
recirculan al
reactor de
hidrogenacin
. La corriente
acuosa se
lleva a una
columna de
destilacin a
vaci, donde
el residuo es
una corriente
enriquecida en
agua
oxigenada (65
% en peso) y
el destilado es
agua que se
recircula al
proceso de
extraccin,
aadindole
un aporte de
agua fresca
para
compensar las
prdidas. Si
en la corriente
producto del
65 % en peso
de agua
oxigenada van
80684 kmol/h totales
(H 2
O 2
y H 2
O),
determinar: -
Composicin
(% moles) de
las corrientes
lquidas que
salen de los
reactores de
hidrogenacin
y oxidacin -
Caudal de H 2
gas (m 3
/h) a 298 K y
1 atm que se
alimenta al
reactor de
hidrogenacin
- Conversin
de O 2
en el reactor
de oxidacin -
kilogramos
por hora de
agua fresca
aadida al
sistema.
Solucin:
composicin
en % en moles
a la salida de
reactor de
hidrogenacin
: 125 % de Antra., 75 %
de inerte y
125 % de Antra-H2;
Salida del
reactor de
oxidacin:
222 % Antra, 667 % inerte y 111 % de H 2
O 2
; 122180 m 3
/h de H 2
alimentados;
X
O2
= 80 %;
73231 kg/h de
agua fresca
56.
En una
caldera de
combustin se
desean
obtener 1200
kg/h de vapor
de agua
saturado a 260
C, (P SV
=46943 kPa) a partir de
agua a 25 C.
Para ello se
est
considerando
utilizar dos
posibles
combustibles
diferentes. El
prim
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