BOLETÍN DE PROBLEMAS DE BALANCES DE MATERIA ?· BOLETÍN DE PROBLEMAS DE BALANCES DE MATERIA PROBLEMA…

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    24-Aug-2018

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  • 3 AAD INTRODUCCIN A LA INGENIERA QUMICA

    INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL (ESP. QUMCA INDUSTRIAL)

    BOLETN DE PROBLEMAS DE BALANCES DE MATERIA

    PROBLEMA 1: Para la obtencin de cido benzoico a nivel industrial, se lleva a cabo una oxidacin cataltica del tolueno, utilizando como catalizador naftenato de cobalto. Para ello se introduce en el reactor cataltico una corriente de tolueno junto con un exceso de aire del 100% con el que se llega a alcanzar una conversin del 40 % . A la salida del reactor existe un separador donde se retira O2, N2 y agua, y donde se supone que la eficacia del separador es del 100% para el O2 y el N2 pero del 87% para el H2O. El resto de la corriente se lleva a una columna de rectificacin por la que sale como producto de cola una corriente lquida con una composicin msica 95% en cido benzoico y un 5% en tolueno. Parte de la corriente gaseosa de cabeza se purga, para mantener la cintica de la reaccin cataltica, y el resto se recircula al reactor para aprovechar el tolueno no reaccionado. El anlisis Orsat de la puga dio un 90 % de tolueno y un 10% de cido benzoico. Suponiendo que el flujo msico de la corriente de purga es el mismo que el de la corriente de recirculacin, calcular el porcentaje molar de agua a la entrada del reactor y la eficacia global del proceso (moles de benzoico obtenidos por mol de tolueno alimentado). Dato: Base de clculo aconsejada 100 kg-mol C6H5CH3 en base seca a la entrada del reactor PROBLEMA 2: Para conseguir CH3OH a partir de H2 y CO se puede utilizar un gas proveniente de la oxidacin parcial del fuel-oil, que podra tener la siguiente composicin (H2: 46,2%; CO: 46,7%; CO2: 4,6%; CH4: 0,4%; N2: 2,1%). Para que la sntesis pueda lograrse con xito es necesario que el CO y el H2 estn en la relacin estequiomtrica 1:2. Las impurezas de CH4 y N2 no tienen importancia en el proceso a diferencias de las de CO2 (que pueden reaccionar con el H2 retirndolo como reactivo). Hay por tanto que eliminar el CO2 antes de la reaccin de obtencin de metanol. Adems para conseguir la relacin estequiomtrica deseada CO:H2 se debe de aumentar la proporcin de H2, lo que se consigue haciendo reaccionar el CO catalticamente con vapor de agua. Siendo el proceso qumico industrial el siguiente:

    Oxidante

    Metanol

    Gas de sntesis

    vapor de aguaGas de sntesis

    Fuel-oil gas parcialmente oxidado

    CO2, H2O

    Gas inerte

    REACTORREACTOR

    CATALTICO

    REACTOR DE SNTESIS

    PURIFICADOR

    SEPARADOR

    (para condiciones ordinarias a la salida del reactor cataltico, queda un 2% de CO en los gases de reaccin secos)

    Determinar:

    a) El porcentaje de gas parcialmente oxidado que puede desviarse. b) El porcentaje de impurezas en el gas de sntesis que queda tras eliminar el CO2. c) El nmero de moles de CO2 que deben eliminarse del gas de sntesis para 100 kg-

    moles de gas parcialmente oxidado.

  • 3 AAD INTRODUCCIN A LA INGENIERA QUMICA

    INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL (ESP. QUMCA INDUSTRIAL)

    PROBLEMA 3: Para lavar 10 Tm/h de arena de mar seca, cuyo contenido en NaCl es del 1% (peso), se utilizan 10 Tm/h de agua potable. El proceso qumico usado a nivel industrial consiste en dos extractores en serie que trabajan en contracorriente. Suponemos que en cada extractor tiene lugar una mezcla perfecta de arena y agua y que la arena se descarga de cada uno de los extractores conteniendo 0,5 kg de disolucin (agua + NaCl)/kg de arena. Si la arena de salida del segundo extractor se seca en un secador de tambores rotatorios, calcular:

    a) Qu porcentaje de NaCl contendr? b) Qu caudal volumtrico de agua de lavado se necesitara en un solo extractor que

    lavara la arena, para alcanzar las mismas concentraciones finales?

    PROBLEMA 4: El yoduro de metilo puede prepararse industrialmente por reaccin directa entre el cido yodhdrico y metanol (IH + CH3OH CH3I + H2O), segn el esquema de la figura. Se hacen reaccionar 12800 kg/h de IH con CH3OH en exceso del 30%. De los anlisis realizados se encuentra que el producto contiene yoduro de metilo y metanol en cantidades equimolares, mientras que el destilado que se desecha tiene una composicin del 7,35% de cido yodhdrico. Con el fin de aprovechar parte del cido que no reaccion se recircula la disolucin acuosa de IH que sale como producto de cola de la columna de destilacin, de forma que parte de la misma se purga continuamente para que no supere un 5,35% de agua a la entrada del reactor. Si la relacin molar IH:H2O es de 2 en la purga, calcular:

    a) Conversin de la reaccin. b) Masa de cido que se recircula. c) Relacin de recirculacin expresada como R/F1. d) Relacin de purga expresada como P/R.

    F2CH3OH S

    FD

    IH

    R P IH/H2O=2

    CH3OH/CH3I=1

    H2O CH3OH: 30% exceso

    IH H2O

    F1FRMEZCLADOR REACTOR

    CAMBIADOR DE CALORSEPARADOR

    CO

    LUM

    NA

    DE

    DES

    TILA

    CI

    N