TQMinas._Boletn_de_Problemas_N_2._10-11

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TECNOLOGÍA QUÍMICA (3º de Ingeniería de Minas)

BOLETÍN DE PROBLEMAS Nº 2 (2010-11)

1.- Una pulpa de papel húmeda tenía un 70 % de agua. Después de someterla a un proceso de secado se determinó que se había eliminado el 60 % del agua original.Calcular: a) la composición de la pulpa “seca”; b) el peso de agua eliminada por kg de

pulpa húmeda.

2.- Un gas contiene el 11 % en volumen de CO2, siendo el resto oxígeno, nitrógeno yhelio. Una corriente de este gas se pasa a través de un absorbedor donde solamente seelimina el CO2. A la salida de este absorbedor se comprueba que la concentración deCO2 se ha reducido a un 6,32 %.La corriente gaseosa se pasa a continuación a un absorbedor de O2, encontrándose a susalida un 11,88 % de O2 y un 10,58 % de helio.

Si se absorben 5 moles de CO2 y 10 moles de O2 por hora y ninguno de los gases inertesreacciona, calcúlese la composición del gas.

3.- En un tren de destilación un hidrocarburo líquido que contiene el 20 % de etano, 40% de propano y 40 % de butano (composición en moles), se va a separar en

prácticamente componentes puros. Sobre la base de F = 100 moles, ¿cuánto P seobtendrá y cuál será la composición de A?

4.- Se desea desalinizar agua del mar por ósmosis inversa según el esquema siguiente:

F

95 % C2

E 4 % C3 1 % C

A

P 99 % C3 1 % C4

B 8,4 % C3 91,6 % C4

R

F = 1000 lb/h

3,1 % sal

C

4 % sal

B

D 500 ppm sal

5 25 % sal



Determinar: a) el flujo de salmuera B; b) la producción de agua potable D; c) la fracciónde salmuera que se recicla (R / (R + B)).

5.- Una disolución que contiene el 10 % de NaCl, 3 % de KCl y 87 % de agua, sealimenta al proceso que se indica en la figura a razón de 18400 kg/h.

La composición de la corriente P es 16,8 % de NaCl, 21,6 % de KCl y 61,6 % de agua.La corriente de recirculación contiene un 18,9 % de NaCl. Calcular los flujos y lascomposiciones de todas las corrientes del proceso.

6.- Un mineral contiene un 17 % de humedad y se seca hasta una humedad del 1 %, por circulación de aire caliente sobre él. El aire de entrada está a 52 ºC y tiene una humedadabsoluta de 0,0172 kg de agua/kg de aire seco. La humedad del aire de salida es de0,075 kg de agua/kg de aire seco. ¿Cuántos m3 de aire medidos a 15 ºC y 1 atm seemplearán pot Tm de mineral húmedo?

7.- J. Silverman inventó un proceso para la separación del Sr-90 contenido en la leche, poniendo ésta en contacto con CaHPO4. Sin embargo, aunque el proceso elimina

eficazmente todo el Sr-90, separa también el 97 % de los iones calcio de la leche. Estorepresenta un serio problema, ya que de acuerdo con las especificaciones sanitarias, laleche ha de contener por lo menos 0,05 mg de Ca/L.Una leche conteniendo 4,85·10-14 g de Sr-90/L y 1 mg de Ca/L, se pone en contacto conCaHPO4 para separar todo el Sr-90 posible dentro de las exigencias sanitarias. Calcúlesela concentración de Sr-90 en la corriente de salida, en g/L, suponiendo que lacomposición de la leche no varía.

8.- Un quemador se alimenta con azufre puro y transforma el 90 % de la carga en óxidosde azufre (SO2 y SO3). Después de la oxidación, que tiene lugar a 800º C, el gas se pasaa una torre de lavado donde todo el azufre que quedó sin reaccionar, el 90 % del SO3 y

el 40 % del SO2 se absorben en agua. Un análisis global de azufre en el agua de lavado,muestra que se separan 10 lb/h de azufre. Los gases que salen de la torre de lavado a 70ºC tienen la siguiente composición en volumen: N2 = 83 %, O2 = 12 %, SO3 = 1 % y SO2 = 4 %. Calcúlese: a) libras de azufre por hora que entran al horno; b) Exceso de aireutilizado sobre el necesario para la combustión completa de todo el azufre de la carga.

9.- El NO se obtiene oxidando el NH3 con aire, según: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2Oteniendo también lugar la reacción lateral no deseada: 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2OLos gases salen del reactor y van a una columna de relleno donde toda el agua y el 85 %del NO son absorbidos. Los gases de salida de la torre tienen la siguiente composiciónen volumen: 2,2 % de O2, 2,4 % de NO y 95,4 % de N2. Calcular: a) el porcentaje de

amoniaco que se pierde por la reacción lateral; b) el exceso de aire utilizado.

H2O vapor

EVAPORADOR CRISTALIZADOR

NaCl KCl

R

F P



10.- Se está estudiando una síntesis de metanol basada en la reacción entre el hidrógenoy el dióxido de carbono a alta presión: 3 H2 + CO2 → CH3OH + H2OEl H2 y el CO2, que se hacen reaccionar en proporciones estequiométricas, se obtienen

previamente por un proceso de reformado de gas natural y contienen un 0,5 % envolumen de inertes, I. En el reactor se consigue una conversión por paso del 60 %. La

concentración de inertes que entran al reactor debe mantenerse por debajo del 2 % envolumen. Los productos pasan a un separador en el que se forma una fase líquida,constituida por metanol y agua, y una fase gaseosa, formada por los gases que no hanreaccionado incluidos los inertes. El proceso ha de realizarse en estado estacionario ylos gases pueden considerarse con comportamiento ideal. Calcular: a) ¿cuántos moles sedeben recircular por cada mol que entra en el reactor?; b) ¿cuántos moles han de

purgarse por mol de alimentación fresca?

11.- La transformación de etileno en óxido de etileno se realiza en un reactor, cuyaconversión por paso es del 50 %. Al proceso se alimenta una mezcla de reactantes enrelación estequiométrica, siendo recirculados todos los reactantes que no han

reaccionado. Calcúlese la relación de recirculación (moles recirculados / mol de producto obtenido), así como las composiciones de cada una de las corrientes y lasrelaciones: moles recirculados / mol de alimentación fresca, moles recirculados / mol dealimentación al reactor y moles recirculados / mol de salida del reactor.

12.- La transformación de etileno en óxido de etileno se realiza en un reactor, cuyaconversión por paso es del 50 %. Al proceso se alimenta una mezcla de reactantes enrelación estequiométrica. Calcúlese la relación de recirculación (moles recirculados /mol de producto obtenido) para alcanzar una conversión global del 75 %. Repítanse loscálculos para una conversión global del 90 %. ¿Cuál habrá de ser la relación derecirculación si se desea alcanzar una conversión global del 99 %?

13.- La producción de óxido de etileno se realiza en una planta cuyo diagrama de flujose presenta en la figura. La relación etileno/aire en la alimentación fresca es de 1/10 y laconversión por paso en el reactor es del 55 %. Calcúlese la conversión global en elsistema si se recirculan el 65 % de los gases que salen del absorbedor, así como lacomposición de los gases de salida.

14.- Un tanque para almacenamiento de combustible, de 250 m3, que contiene metano puro deberá utilizarse para almacenar propano. Se alimenta propano a un ritmo de 5m3/min, eliminándose gas del tanque a la misma velocidad. Puede considerarse que el

contenido del tanque es uniforme, de manera que la composición de la corriente desalida es la que corresponde al contenido en el tanque. Todos los gases se encuentran a

Etileno

Aire

REACTOR ABSORBEDOR

Disolución deóxido de etileno



27º C y 1 atm. ¿Cuánto tiempo se tardará en eliminar el 99 % del metano que seencontraba originalmente en el tanque?

15.- Se está bombeando agua con un caudal de 300 litros/minuto hasta un depósito de2,5 metros de diámetro. Por otra tubería del depósito sale agua con un caudal que

depende de la altura del líquido en el depósito y que cumple la siguiente relación: Q =200·h, estando el caudal expresado en litros/minuto y h en metros. Encontrar unaexpresión que dé la altura del líquido en el depósito en función del tiempo.

16.- En una industria se requieren 6000 kg/h de sosa cáustica del 10 % en peso de NaOH. Dicha disolución se prepara en un tanque de mezclado de 1900 L, para lo cual seintroducen en el mísmo dos corrientes, una de lejía cáustica conteniendo el 50 % en

peso de NaOH y otra de agua. ¿Qué caudal másico de cada una de ellas se precisa?.En un momento determinado, falla súbitamente la entrada de lejía cáustica del 50 %mientras continúa entrando en el tanque el agua de dilución. Suponiendo que la mezclaes perfecta y que el volumen del tanque se mantiene constante, calcular el tiempo que

debe transcurrir para que la concentración del efluente del tanque descienda desde el 10al 8 % en peso de NaOH. (Dato: considérese constante e igual a 1,10 g/mL la densidadde la sosa cáustica en el intervalo de concentración del 10 al 8 % en peso).

17.- En un reactor de mezcla perfecta tiene lugar la reacción: B → C. La concentraciónde B en la corriente de entrada es CBe = 240 g/L y la concentración de B en el instanteinicial en el reactor es CBo = 80 g/L. El volumen de líquido en el reactor es constante yaque son iguales los caudales de entrada y salida y no hay cambio de volumen al

producirse la reacción. El volumen del reactor es de 2800 L y los caudales son de 280L/min. La generación de B en g/L·min se puede describir mediante la ecuación cinética

r B = - k CB, siendo k = 0,1 min

-1

. Determínese la variación de la concentración de B enel tanque como una función del tiempo.

18.- A un reactor de mezcla completa de 1000 L de capacidad, que inicialmentecontiene una disolución acuosa de un reactivo B de concentración CBo, entracontinuamente una corriente de igual concentración que la inicial. En el reactor tienelugar la descomposición de B según la reacción de primer orden: B → P, cuyavelocidad, expresada en mol/L·min, viene dada por la ecuación cinética: (-r) = 0,086·CB.Para mantener constante el volumen de disolución en el reactor se retira un caudalconstante igual al caudal de entrada (50 L/min). Suponiendo que la densidad no cambiadurante el proceso, determinar: a) el tiempo necesario para descomponer el 30 % de B;

b) el porcentaje de B que se ha descompuesto al cabo de 15 minutos.

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