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 ((C2H5)2O) se fabrica industrialmente mediante la deshidratación catalítica de alcohol

etílico (C2H5OH), según la reacción:

2 C2H5OH → (C2H5)2O + H2O

El flujo de alimentación F

1

es de 1000 [kg/h] de solución de alcohol etílico (85,0% en peso de C2H5OH el resto agua) con un flujo de recirculación F

2

de 500 [kg/h] de solución de alcohol etílico (85,0% en peso de C2H5OH el resto agua). La corriente 6 que sale de la Torre II contiene 1,0% en peso de C2H5OH 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 N3

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

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.

5. Se mezcla una corriente con un flujo molar N1([moles/h]) que contiene la sustancia A pura con una corriente con un flujo molar N2 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 N1:N2=1:10. Se producen las siguientes reacciones:

4 A + 5 B → 4 C + 6 D (r1) 2 A + 3/2 B → E + 3 D (r2)

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 (r3)

En el reactor 3 todas las sustancias que salen del reactor 2 se hacen reaccionar con una corriente con un flujo molar N6 que contiene una cantidad adicional de la sustancia D pura, produciéndose la siguiente reacción:

2 F + 1/2 B + D → 2 G (r4) Del reactor 3 salen dos corrientes, una corriente con un flujo molar N7 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 N5

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.

6. El diagrama de flujo representa la producción de ácido nítrico. Una corriente gaseosa cuya composición molar es: 8,08 % O2, 70,21 % N2, 8,42 %, NO, y 13,29 % H2O se alimenta a un reactor donde ocurre la reacción:

NO + ½ O2 � NO2

La corriente de salida del reactor ingresa a un absorbedor donde se trata con agua para obtener el producto deseado (60% en moles de HNO3, el resto agua). La única reacción que ocurre en el absorbedor es:

2 NO2 + ½ O2

+ H2O � 2 HNO3

Todas las composiciones están expresadas como porcentajes molares. Por cada 100 [moles/h] de la corriente N1, calcular: a. las composiciones desconocidas para la corriente N4 b. los [moles/h] producidos de HNO3

PROBLEMA 1

PROBLEMA 2

PROBLEMA 3

PROBLEMA 4

PROBLEMA 5

PROBLEMA 6