SOLUCIONES A LA PRIMERA PARTE

1.-

 a) Balance de materia sobre todo el sistema :

GLOBAL : I = C + D = C + 100 Kmol / h

Del O2 : = 0,21*I = 0,01*C + 99 Kmol / h

De donde I = 490 Kmol / h.

Entra así de O2 : 0,21*490 = 102,9 Kmol / h

El porcentaje del O2 obtenido en la corriente D ("oxígeno producto") respecto del que entra (en la corriente de aire líquido) es :

b) Balance de materia en la primera columna :

GLOBAL : I = A + B = 490 Kmol / h

Del O2 : 0,21*490 Kmol / h = 0,35*B + 0,02*A

De donde

B = 282,1 Kmol / h

A = 207,9 Kmol / h

2.-

a.- XN2 =0,95 y XO2 = 0,05

b.- 1188 Kg

c.- 19,0 %

d.- 5,7 Kw

3.- a.- 1088,4 m3 N / h de aire a destilar.

b.- 1406 Kg / h de HNO3 al 20 % en peso.

c.- El N2 producido se puede emplear para obtener NH3 por el proceso Haber.

4.- Composición a la entrada del convertidor (v/v):

10,8 %

O2

81,5 %

N2

7,7 %

SO2

Composición a la salida del convertidor (v/v):

7,2 %

SO3

0,8 %

SO2

7,6 %

O2

84,4 %

N2

5.- % (v/v) N2 = 54%

% (v/v) CO2 = 46%

Aire a tratar 1350 m3N/h

6.- a.- Dureza total = 10,9º franceses = 6,1º alemanes.

b.- Dureza temporal = 5,7º franceses = 3,2º alemanes.

c.- Dureza permanente = 5,2º franceses = 2,9º alemanes.

d.- DBO = 8,5 ppm.

e.- DQO = 10,05 ppm.

7.- a.-

CaSO4 ® Ca2+ + SO4=
CaCl2 ® Ca2+ + 2 Cl-
Ca2+(ac) + Na2CO3(ac) ® CaCO3 ß + 2 Na+(ac)
50º franceses º 500 mg CaCO3/l º 0,50 kg CaCO3 / m3

b.-

c.- 0,53*0,20 = 0,106 Kg Na2CO3 de más. Para neutralizarlo según

73*100 / 5 = 1460 g de disolución de HCl al 5 % en peso.

Por tener densidad unidad : 1,46 l de disolución HCl / m3 agua

8.- a.-

DBO = 2296 ppm

0,96 g propanol / l

b.- 2679 personas. Es decir, la contaminación orgánica que producen los residuos vitales de unas 2700 personas en un día es aproximadamente equivalente a la que produce esta fábrica.

9.- a.- 15,36 l de agua saturada con aire / l de agua de desecho

b.- 35,84 l de agua saturada con aire / l de agua de desecho

c.- 0,066 g de urea / l de agua de desecho.

10.- a.-

1,89 % en sales.

b.-

38,5 % en la salmuera 1

17,3 % en la salmuera 2

7,7 % en la salmuera 3

c.- Al aumentar el número de evaporadores aumenta el aprovechamiento de energía y también los costes del proceso. El óptimo está en disponer de 10-12 evaporadores.

11.-a.-

Debido al proceso :

Caudal de la corriente de salida del evaporador :

547 + 1751 + 50 = 2348 Kg / h <> 2,35 m3

b.-

12.- Solución :

CH4 + m H2O + n aire ® CO2 + p H2 + q N2
p H2 + q N2 ® r NH3

Para la estequiometría de la segunda reacción la relación H2 :N2 debe ser 3 :1.

Por consiguiente hacemos :p = 3 a y q = a ; de donde se deduce que r = 2·

CH4 + m H2O + n (0,2 O2 + 0,8 N2) ® CO2 + 3a H2 + a N2

Balance de H : 4 + 2 m = 6 a

Balance de O : m + 0,4 n = 2

Balance de N2 : 0,8 n = a

Resolviendo todo el sistema (3 ecs. con 3 incógnitas) :

Relación molar :

Relación en peso :

13.-

Suponiendo un mol de metanol a la entrada (32g), el balance de las reacciones :

 

Metanol entrada

Formaldehido

CO2

H2O producida

Reacción Nº1

x

x

---

x

Reacción Nº2

1-x

---

1-x

2·(1-x)

El agua producida más la utilizada en el lavado, en moles :

x + 2*(1-x) + 0,9*32/18 = A

El agua que se va con el CO2 :

(1-x)/100 = B

Del balance del formaldehido (peso mol=30) :

formaldehido = x = 0,938

Al ser por mol de metanol en la entrada el rendimiento vale : 0,938

14.- Base : 100 moles

Entrada : 10 NH3 + 0,21*90*O2 + 0,79*90*N2 (moles)

Salida :

NO : 10*0,95 = 9,5 moles

N2 : 0,79*90 + 0,05*10/2 = 71,35 moles

O2 : 0,21*90 - 0,95*10*5/4 - 0,05*10*3/4 = 6,65

Base seca : NO + N2 + O2 = 87,5 moles

% Volumen = % moles

% N2

81,5

% NO

10,9

% O2

7,6

15.- Base un mol de CH4 = 16 g

El Hidrógeno producido por la primera reacción en peso :

H2reformado = 3 * 0,85 mol * 2 g/mol = 5,1 g

El Hidrógeno producido por la primera reacción en peso :

H2conversión = 0,9 * 0,85 mol * 2 g/mol = 1,53 g

El Hidrógeno finalmente producido en peso :

H2final = (H2reformado + H2conversión) * 0,98 = (5,1 + 1,53) * 0,98 = 6,4974 g

a)

b)

% H2 del H2O = 100 - 52,33 = 47,67 %

16.-

Especie

moles

H2O

0,008415

CO

0,000025

CO2

0,000030

H2

0,750695

CH4

0,009945

N2

0,220000

Las PPM de CO + CO2 = 56,082676

17.- Sea F el flujo de gases a la salida en kmol/h . El balance de metano :

(50000/24)*0,7 = F*0,91

El balance de etano : (con E kmol/h de etano absorbidos)

(50000/24)*0,2 = 0,64*F + E

Resolviendo las 2 ecuaciones : F = 1602,6 kmol/h y E = 314,1 kmol/h

Los kg/h de gas a la salida :

1602,6 * (0,91*16 + 0,064*30 + 0,026*28) = 27576,9 kg/h

Los kg/h de etano absorbidos :

314,1*30 = 9423,1 kg/h

18.- a) CO2 = 44*1000/60 = 733,3 kg/Tm urea y NH3 = 34*1000/60 = 566,7 kg/Tm urea

b) 60*100/(60+18) = 76,92 %

c) El flujo es 36,84 Tm/h

19.- Sean : G(kmol/h) de gas materia prima, y P (kmol/h) de gas de purga y R (kmol/h) de gas de reciclo.

La reacción que tiene lugar es :

S + H2 ® SH2

El esquema del proceso es :

1)Por balance de azufre en kmol/h :

Con XSH2 = 0,01 (máximo admisible), resulta.

P = 25 kmol/h

2)Por balance de hidrógeno en kmol/h :

Por balance de inertes en kmol/h :

G * 0,25 = P * XI

Por suma de fracciones molares :

0,01 + XI + XH2 = 1

Resolviendo se obtiene :

G = 25 kmol/h ; XI = 0,25 ; XH2 = 0,74

3)La proporción de los dos gases inertes se mantendrá igual a la de entrada de gas :

De este modo queda definida la composición de los gases de reciclo :

La relación molar nafta/hidrógeno será :

Siendo 100 kg/kmol , el peso molecular del C7H16.

Despejando R se obtiene : R = 515,2 kmol/h

20.- Se obtienen, por kmol de butano de alimentación :

C4=

0,25 kmol

Gas de salida

2,7586 kmol

Coque

2,3276 kmol

21.- 1)El peso de fibra acrílica es :

3 * 4 m2 * 200 g/m3 = 2400 g

La cantidad de HCN producido en la combustión será (PmC3H3N = 53)(Pm HCN = 27)

2400 * 0,2 * 0,25 * 27/53 = 61,13 g

El volumen de la habitación es :

3 * 4 * 2,8 = 33,6 m3

El valor de inmisión que se obtiene será :

Por tanto superior a la dósis letal.

2)El acrilonitrilo se produce por oxidación de una mezcla de propileno con amoniaco :

CH3-CH-CH2 + 3/2 O2 + NH3 ® CH2=CH-CN + 3 H2O

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