Trabajo de Principios de Ingeniería Química

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1 1) En la figura siguiente, se muestra un posible diagrama de flujo para la producción de ácido perclórico; la reacción sigue la estequiometria Ba(ClO 4 ) 2 + H 2 SO 4 BaSO 4 + HClO 4 Si el H 2 SO 4 alimentado al reactor es un 20% de exceso sobre la cantidad estequiométrica requerida para la reacción con la alimentación fresca de Ba(ClO 4 ) 2, y si se alimentan al reactor con 453,59 Kg/h de la mezcla de Ba(ClO 4 ) 2 y HClO 4. Calcule todas las variables desconocidas de las corrientes. Suponga que todas las composiciones están en masa. 1

2 1) El solvente éter etílico se fabrica industrialmente mediante la deshidratación del alcohol etílico, usando ácido sulfúrico como catalizador, como se muestra en la siguiente reacción: C 2 H 5 OH (C 2 H 5 ) 2 O + H 2 O Suponiendo que la recirculación es la mitad de la alimentación al proceso, ver figura anexa, y que el flujo de alimentación es de 00 Kg/h de solución de alcohol (que contiene 85% en peso de alcohol), y que la solución de alcohol recirculada tendrá la misma composición que la alimentación, calcule: a) La velocidad de producción éter. b) Las pérdidas de alcohol en la corriente que sale del separador 2. c) La conversión en el reactor y la conversión para el proceso. 2

3 1) Se utiliza Hidrógeno para reducir 1 Ton/h de Fe 2 O 3 hasta hierro metálico, de acuerdo con la siguiente reacción: Fe 2 O 3 + H 2 Fe + H 2 O El agua se condensa y se recircula el hidrógeno que no reacciona, ver figura anexa. Debido a que el hidrógeno en la alimentación fresca contiene 1% de CO 2 como impureza, debe purgarse algo de hidrógeno que no reaccionó. Calcule el flujo y la composición de la corriente de purga necesaria para limitar a 3,5% el CO 2 en la alimentación al reactor, si la proporción de recirculación a alimentación fresca es de 5 a 1 en base molar. 3

4 1) El yoduro de metilo (CH 3 I) puede obtenerse por la reacción de ácido yodhídrico con un exceso de metanol, como se muestra en la siguiente reacción: HI + CH 3 OH CH 3 I + H 2 O En la figura anexa, se presenta un proceso típico para la producción industrial de yoduro de metilo. Las condiciones del proceso son: a) La alimentación al reactor contiene 2 moles de CH 3 OH por mol de HI. b) Se obtiene una conversión de 50% de HI en el reactor. c) 90% del H 2 O que entra al primer separador sale por la corriente distinta al de la purga. d) Todas las composiciones están en base molar. Determine, cuantos moles de CH 3 I se producen por mol de alimentación fresca de HI? 4

5 1) Se produce ácido acético según la reacción: Ca(Ac)2 + H2SO4 CaSO4 + H(Ac) Ac: Ión Acetato En el reactor se utiliza un 20% de exceso de ácido sulfúrico y la reacción se consuma en un 85%. La corriente que sale del reactor pasa a una unidad de separación donde el ácido acético se separa de los otros productos y de los reactivos que no reaccionan. Todo el acetato de calcio y el 85% de ácido sulfúrico que no reaccionó se recirculan y se mezclan con la alimentación fresca antes de alimentarla al reactor, mientras que el sulfato de calcio y el ácido sulfúrico no recirculado se descartan. Se deben producir.000 Kg/día de H(Ac). Se le solicita: Determinar el análisis de los grados de libertad Calcular la composición y el flujo másico de la alimentación fresca en Kg/día 5

6 1) El hierro metálico se puede obtener a partir de la reducción de óxido férrico utilizando el hidrogeno de acuerdo a la reacción: Fe 2 O 3 + H 2 Fe + H 2 O En la figura se muestra el diagrama de flujo del proceso Se puede suponer que el óxido férrico se consume en un 75%, y se desea obtener una tonelada métrica de hierro metálico por hora. Se le solicita: Determinar el análisis de los grados de libertad Resuelva el problema para encontrar todos los flujos y composiciones en toneladas métricas por hora. 6

7 1) Se puede producir Benceno mediante la desalquilación de tolueno, siguiendo la reacción: C 6 H 5 CH 3 + H 2 C 6 H 6 + CH 4 Sin embargo, esta reacción catalítica ocurre acompañada de la reacción C 6 H 5 CH 3 + H 2 (C 6 H 5 ) 2 + CH 4 Para obtener el subproducto indeseado bifenilo (C 6 H 5 ) 2. Debido a esta reacción paralela, debe mantenerse la conversión de tolueno abajo del 0%, y deben efectuarse una serie de separaciones con recirculación, de los reactivos no utilizados. En el diagrama de flujo que se muestra en la figura anexa, usando una alimentación a la entrada del reactor que contiene 5 moles de H 2 por mol de tolueno (C 6 H 5 CH 3), se alcanza una conversión de tolueno de 75%. a) Suponiendo que la corriente de salida que va desde el reactor al separador 1, contiene 5% de benceno y 2% de tolueno, calcule el rendimiento fraccional de benceno en el reactor, y los moles de H 2 necesarios para reposición, por mol de tolueno alimentado. b) Suponiendo que, alternativamente se especifique un contenido de 2% de tolueno y 58% de CH4 en la corriente de salida que va desde el reactor al separador 1, calcule el rendimiento fraccional de benceno. 7

8 1) El Monóxido de Carbono reacciona con Hidrógeno para producir Metanol, según la reacción: CO + H 2 CH 3 OH La alimentación fresca al proceso contiene Monóxido de Carbono e Hidrógeno en proporciones estequiométricas y 1% de Nitrógeno (N 2 ). La conversión en el reactor es de 30%. El flujo de salida del reactor entra a un separador donde separa todo el Metanol producido y se recirculan los reactivos no consumidos y el Nitrógeno gaseoso; para evitar que se acumule el Nitrógeno (Inerte) se extrae un flujo de purgado de la recirculación que contiene % de N 2, ver figura anexa. Calcule: a) El cociente moles recirculados/moles de alimentación fresca. b) El cociente moles purgados/moles extraídos del separador. c) La conversión global de CO. 8

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