Química de Procesos QUI-025 Taller N 8

Transcripción

1 Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Química ICIPEV 10 de Enero de 2009 Química de Procesos QUI-025 Taller N 8 1. La reacción: 2A + 5B 3C + 6D, se efectúa en un reactor con 60% de conversión de B. La mayor parte del B que no reacciona se recupera en un separador y se recircula al reactor. La alimentación fresca al reactor contiene A y B; el A fresco está presente con un exceso de 30% sobre la cantidad estequiométrica necesaria para reaccionar con el B fresco. Si la conversión global de B en el proceso es de 95%, calcule la tabla de grados de libertad y todos los flujos y composiciones, considerando que se logra producir 100 [moles/h] de C. 2. El solvente éter etílico ((C 2 H 5 ) 2 O) se fabrica industrialmente mediante la deshidratación catalítica de alcohol etílico (C 2 H 5 OH), según la reacción: 2 C 2 H 5 OH (C 2 H 5 ) 2 O + H 2 O El flujo de alimentación F 1 es de 1000 [kg/h] de solución de alcohol etílico (85,0% en peso de C 2 H 5 OH el resto agua) con un flujo de recirculación F 2 de 500 [kg/h] de solución de alcohol etílico (85,0% en peso de C 2 H 5 OH el resto agua). La corriente 6 que sale de la Torre II contiene 1,0% en peso de C 2 H 5 OH el resto agua. Calcule la tabla de grados de libertad y los flujos y composiciones de todas las corrientes del proceso. 3. Se analiza el diagrama de flujo de un proceso orientado a producir P aunque también a través de una reacción secundaria se obtiene el subproducto Q. En el reactor R2 se dan las siguientes reacciones: (I) A + 2 B 3 P + W (II) 2 A + B Q + 2 W En el reactor R1 solamente ocurre la reacción: (I) A + 2 B 3 P + W La conversión total de A en productos en R2 es de 60%. La razón ([moles] de A / [moles] de B) en la corriente N 3 es de 1/5. Todas las composiciones están expresadas como porcentajes molares. Calcular: a. La conversión de A en el reactor R1 b. El rendimiento fraccional de P a partir de A en el reactor R2 c. El rendimiento global de A en el proceso d. Los [moles /h] que deben alimentarse al proceso de los reactivos A y B para obtener 100 [moles/h] de P

2 4. Se hace reaccionar el gas A para dar los gases B, C y D en el siguiente par de reacciones: A B + D A C + 2 D La conversión de A en el reactor es de un 89,19 % y el rendimiento fraccional de B a partir de A es de un 93,13 %. La corriente gaseosa que sale del reactor se somete a un proceso que separa el 95% de A sin reaccionar de B, C y D. El gas A separado se recircula al reactor. Para una alimentación de 100 [moles/h] (corriente 2) al reactor, calcular: a. El número de grados de libertad de todas las unidades, del proceso completo y de la frontera global. b. Composición en fracción molar y flujos en [moles/h] de cada una de las corrientes.

3 5. Se mezcla una corriente con un flujo molar N 1 ([moles/h]) que contiene la sustancia A pura con una corriente con un flujo molar N 2 que contiene un 21,0 % en moles de la sustancia B y un 79,0 % de la sustancia E en el reactor 1, en la proporción N 1 :N 2 =1:10. Se producen las siguientes reacciones: 4 A + 5 B 4 C + 6 D (r 1 ) 2 A + 3/2 B E + 3 D (r 2 ) La primera reacción es la principal y C es el producto deseado en el reactor 1. La sustancia A reacciona completamente siendo el rendimiento fraccional de C a partir de A de un 96,0 %. En el reactor 2 se produce la siguiente reacción y la sustancia C reacciona completamente: C + 1/2 B F (r 3 ) En el reactor 3 todas las sustancias que salen del reactor 2 se hacen reaccionar con una corriente con un flujo molar N 6 que contiene una cantidad adicional de la sustancia D pura, produciéndose la siguiente reacción: 2 F + 1/2 B + D 2 G (r 4 ) Del reactor 3 salen dos corrientes, una corriente con un flujo molar N 7 que contiene un 30,0 % en moles del producto G y un 70,0 % en moles de la sustancia D y una corriente con un flujo molar N 5 que contiene un 0,500 % en moles de F, un 10,0% en moles de D, además de las sustancias B y E. Determinar: a. El número de grados de libertad de cada unidad y del proceso completo. b. Los flujos molares ([moles/h]) y las composiciones en fracciones molares de las corrientes 1, 2,3 y 4 y las ecuaciones que permitan calcular las variables de las corrientes 5, 6 y 7. Nota: Todas las composiciones informadas en figura están en fracciones molares.

4 6. El diagrama de flujo representa la producción de ácido nítrico. Una corriente gaseosa cuya composición molar es: 8,08 % O 2, 70,21 % N 2, 8,42 %, NO, y 13,29 % H 2 O se alimenta a un reactor donde ocurre la reacción: NO + ½ O 2 NO 2 La corriente de salida del reactor ingresa a un absorbedor donde se trata con agua para obtener el producto deseado (60% en moles de HNO 3, el resto agua). La única reacción que ocurre en el absorbedor es: 2 NO 2 + ½ O 2 + H 2 O 2 HNO 3 Todas las composiciones están expresadas como porcentajes molares. Por cada 100 [moles/h] de la corriente N 1, calcular: a. las composiciones desconocidas para la corriente N 4 b. los [moles/h] producidos de HNO 3

5 PROBLEMA 1

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7 PROBLEMA 2

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9 PROBLEMA 3

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13 PROBLEMA 4

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15 PROBLEMA 5

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18 PROBLEMA 6

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