Procesos Industriales Químicos Ingeniería Civil Industrial – UV Profesor: Lorena Álvarez S.
GUÍA DE TRABAJO EN CLASES 1.-
El acetronilo se produce con la reacción del propileno, amoníaco y oxígeno C3H6 + NH3 + O2 → C3H3N + H2O La alimentación al reactor de proceso contiene 17% en mol de propileno, 10% en mol de amoniaco y 73% en mol de aire. a) Si la reacción tiene un 52% de conversión. Determinar cual es el reactivo limitante, el % de los otros reactivos en exceso y la composición del flujo de salida, si al reactor se alimentan 430 kgmol. b)
2.-
Si se requiere producir 3 Ton/día de acetronilo (C3H3N) y el % de conversión de la reacción es de un 63%, indique cuales deben ser los flujos de alimentación (kgmol/día) de los reactivos
En la figura, se ilustra un proceso simplificado para la producción de SO 3 que se utiliza en la fabricación de Ácido sulfúrico. El azufre, se alimenta con un 125% de aire en exceso , pero sólo se logra la conversión del 90% del S a SO2 (rx1). En el convertidor, la conversión de SO 2 a SO3 tiene un grado de conversión del 85%. Aire QUEMADOR
Gases a tratamiento
CONVERTIDOR
Azufre Azufre sin quemar
(RX1) S+ O2 → SO2
3.-
(RX2)
SO2 + O2 → SO3
3
a)
Calcule la cantidad de Nm /hr de aire requeridos por cada 1000 kg de azufre convertidos en el quemador
b)
Si por norma de proceso, la concentración de SO2 en los gases de tratamiento debe ser menor a las 25.000 ppm, ¿Se cumple la norma?
c)
Calcule las concentraciones en fracción molar de los componentes del gas de salida del convertidor. 3
A un reactor de 250 m de capacidad se introducen 1000 kg de A y 1000 kg de B, ambos líquidos cuyos pesos moleculares son 21 y 51 respectivamente. Luego el reactor se cierra y se comienza a calentar hasta conseguir que los dos compuestos se evaporen, alcanzándose cierta presión y 160ºC. A estas condiciones tiene lugar la siguiente reacción: 3 A + B → 2C Cuando termina la reacción la presión ha alcanzado las 6,5 atm(a) y la temperatura a 172ºC, y todos los compuestos están en estado vapor. Determine a) ¿Cuál es porcentaje en exceso del reactante en exceso? b)
¿Cuál fue el grado de conversión de la reacción?
c)
Calcular la composición Molar del vapor al final de la reacción.
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4.-
La alimentación fresca en un proceso de producción de amoniaco contiene 24,75% en mol de nitrógeno, 74,25% en mol de hidrógeno y el resto sustancias inertes. La alimentación se combina con un flujo de recirculación que contiene las mismas especies, y el flujo combinado alimenta el reactor donde se alcanza una conversión del 75%. Los productos pasan a través de un condensador, donde se separa esencialmente amoníaco, mientras que los gases restantes se hacen recircular. Sin embargo, para evitar el aumento de sustancias inertes, debe extraerse un flujo de purgado. El flujo de recirculación contiene un 12,5% en mol de inertes. Calcule el cociente (moles de gas purgadas/moles de gas que salen del condensador) y el cociente (moles de alimentación fresca/moles que alimentan el reactor) 6 I
12,50 %
Flujo de purgado
7
1
5 3
2 REACTOR
N2
24,75 %
H2 I
74,25 % 1,00 %
N2, H2, I
CONDENSADOR
4 NH3
5.-
La cloración de etileno (C2H4) se efectúa según la siguiente reacción, en la que se produce tricloroetileno C2H4(g) + 2Cl2(g)
C2HCl3(l) + H2(g) + HCl(g) La reacción tiene un 80% de conversión.
El proceso es el siguiente: Se alimenta al reactor una corriente gaseosa a 27ºC y 20[atm](a), que contienen 25% molar de etileno y el resto cloro. Del reactor sale una corriente de tricloroetileno líquido y una corriente gaseosa que se hace pasar por agua donde se absorbe el HCl, produciendo una corriente de solución de HCl al 10% en peso y con una densidad de 1,095 [gr/cc]. Si se producen 394,5 [ton/día] de tricloroetileno, se desea saber:
6.-
a)
¿Cuál es el flujo de gas que debe alimentarse al reactor en [l/min]?.
b)
Indicar cuál es la composición de los gases que no se absorben en el agua.
c)
¿Cuántos [l/h] de solución de HCl al 10% se producen?
Se desea producir 30[ton/día] de gas acetileno (C2H2) a una presión de 45[psi](g) y 25ºC. Para ello se cuenta con un equipo de tres reactores en serie, de acuerdo a lo que se muestra en el esquema, en los que tienen lugar las reacciones siguientes: En el reactor R-1:
CaCO3 → CaO + CO2
70% de conversión
En el reactor R-2
CaO + 3C → CaC2 + CO
85% de conversión
En el reactor R-3:
CaC2 + 2H2O
CO2
R-1
→ Ca(OH)2 + C2H2
C
CO
R-2
100% de conversión
H2O
C2H2
R-3
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Esta última reacción tiene un 100% de conversión al alimentar los reactantes en la razón molar CaC2:H2O = 1:2,2. Al primer reactor se alimenta una materia prima que contiene 95% de CaCO3 y 5% de inertes (sólidos ambos, % peso). El gas producido se retira y los sólidos resultantes pasan al segundo reactor donde se alimenta C en un 10% de exceso, también aquí se retira el gas producido, pasando el resto de los productos al tercer reactor, donde se alimenta agua para conseguir el 100% de la reacción. El CaCO3, CaO, CaC2, C, Ca(OH)2 e inertes son sólidos.
7.-
a)
Calcule el volumen del estanque de almacenamiento para un día de producción.
b)
Calcule la composición de las corrientes no gaseosas.(% peso)
c)
Calcule la cantidad de materia prima necesaria por día.
d)
Si el CO2 y el CO se mezclan en un solo depósito a 70[psi](g). ¿Cuál es la presión parcial de cada uno en la mezcla?
El cloro benceno (C6H5Cl) es un disolvente importante en la producción de muchas otras sustancias químicas. Se produce haciendo burbujear cloro gaseoso a través de benceno líquido en presencia de catalizador de cloruro férrico. El producto de esta reacción se sigue clorando hasta obtener diclorobenceno y luego se vuelve a clorar para producir triclorobenceno. Cada una de las reacciones ocurre en un reactor independiente, pero los reactivos se alimentan sólo al primer reactor. La alimentación al primer reactor de cloración consiste en benceno puro y cloro de grado técnico (95% en peso de Cl2 y el resto impurezas (PM =25) El producto liquido que sale del tercer reactor contiene 65% de C 6H6, 32% de C6H5Cl, 2,5% de C6H4Cl2 y0,5% de C6H3Cl3. El gas de salida contiene solo HCl y las impurezas que entraron con el cloro Reacciones: C6H6 + Cl2
8.-
C6H5Cl + HCl
C6H5Cl + Cl2
C6H4Cl2 + HCl
C6H4Cl2 + Cl2
C6H3Cl3 + HCl
a)
Calcule el grado de conversión de cada una de las reacciones
b)
Calcule el porcentaje de exceso de benceno alimentado
c)
Calcule la razón HCl producido/cloro alimentado
El formaldehído (CH2O) se obtiene mediante la siguiente reacción: 2 CH3OH + O2 1
2 CH2O + 2 H2O
3
CH2O
5
4
CH3OH
CH3OH
O2
H2O
2
O2
60%
CH3OH
30%
H2O
10%
Al proceso entra una corriente gaseosa de alimentación fresca compuesta por metanol (CH3OH) y O2 que se mezcla con un reciclo que tiene la siguiente composición molar: 60% de O 2, 30% vapor de metanol y 10% vapor de agua.
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La mezcla pasa al reactor donde ocurre la reacción con un 80% de conversión. La corriente que sale del reactor pasa a un condensador, donde condensa todo el CH2O a razón de 180 kg/h, pero lo hace junto con 10 kg de metanol y el resto de agua que condensa, formando juntos la corriente de producto que sale del proceso
9.-
a)
¿Cuál es el flujo molar de reciclo?
b)
Si el O2 debe estar en un 50% de exceso dentro del reactor. ¿Cuál es el flujo molar de alimentación fresca y su composición?
c)
¿Cuantos kg de agua salen con el producto
El análisis de cierto carbón indica que contiene 75% de C, 17% de H, 2% de S y el balance de cenizas no combustibles (%en peso). El carbón se quema en un horno, para generar calor, a razón de 5000 kg/h y la velocidad de alimentación de aire al horno es de 65 kmol/min. Toda la ceniza y el 6% del carbono del combustible salen como escoria sólida El resto de los productos de combustión salen como gases (CO, CO2, SO2 y H2O). La selectividad de producción de CO2 con respecto al CO es 10:1. a)
Calcule el porcentaje de aire en exceso alimentado al horno
b)
Calcule las ppm de CO y SO2 de los gases de chimenea
10.- La CONAMA te ha encargado medir las emisiones de SO 2 en una pequeña planta industrial de electricidad. Extraes y analizas una muestra de gas a salida de una caldera y obtienes la siguiente composición molar: 75,66 % de N2, 10,24% de CO2, 8,27% de H2O, 5,75% de O2 y 0,08% de SO2 Al día siguiente, muestras estas cifras al Superintendente de la planta y el insiste que debe haber alguna equivocación, ya que ellos utilizan gas natural, 100% CH 4 en proporción estequiométrica con aire a)
¿Quién está equivocado?
b)
Si en vez de gas natural, la planta utilizara aceite, ¿Cuál sería la composición en peso del aceite?
c)
¿El aire se alimenta realmente en proporción estequiométrica o se alimenta en exceso
d)
El aire utilizado es ambiental o aire enriquecido?. Justifique.
10.- El hidróxido de sodio por lo regular se produce a partir de la sal común por electrólisis. Los elementos esenciales del sistema se muestran en la figura y se indican porcentajes en peso de la corriente de producto: Cl2 1
Sal Agua
2
Disolvedor
Disolución al
H2
H2O 4
3
Sistema Electrólisis
5
Evaporador
30,0%
a)
¿Cuál es el porcentaje de conversión de sal de hidróxido de sodio?
b)
¿Cuánto cloro gaseoso se obtiene por cada libra de producto?
c)
¿Cuánta agua debe eliminarse en el evaporador por cada libra de producto?
6
50,0% NaOH 7,0% NaCl 43,0% H2O
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