Balance De Materia Con Reaccion

Problemas de Ingeniería Química
Balances de Materia

1.- Una planta industrial produce nitrógeno y oxígeno por rectificación criogénica de aire. La riqueza de los productos obtenidos es del 99,8% para el nitrógeno y del 99,5% para el oxígeno. El aire, una vez licuado, se alimenta a una primera columna de rectificación, de la que se extrae por cabeza una corriente con 99% de N2 y por cola otracon 40% de O2. Ambas corrientes se alimentan a una segunda columna, de la que se extraen el nitrógeno y el oxígeno productos de las riquezas antes indicadas. Determínese:
a) El rendimiento en oxígeno del proceso y los caudales de las dos corrientes que abandonan la primera columna, para una producción de 2.240 m3/h de oxígeno (c.n.).
b) La producción de nitrógeno en las mismas condiciones.
Sol.:a) Rendim.: 99,5%; Dest.: 232,4 kmoles/h; Res.: 244,6 kmoles/h O2 b) 377,6 kmoles/h

2.- Un quemador de gases utiliza propano industrial de la siguiente composición porcentual en volumen: 75% C3H8, 22% C4H10, 1% CH4, 2% CO2. La combustión se lleva a cabo con un exceso de aire del 25% y se supone completa. Determínese:
a) La composición de los gases de combustión en base seca y húmeda y lacantidad de aire empleada por cada 1.000 m3 (c.n.) de gas combustible.
b) ¿Cuál sería la composición de los gases de combustión, en base seca, si se utilizase en la misma oxígeno puro y en la proporción estequiométrica?
Sol.: a) Base Húmeda: O2: 3,9%; CO2: 9,6%; H2O: 12,5%; N2: 74,0%. Base Seca: O2: 4,5%; CO2: 10,9%; N2: 84,6% b) Base Húmeda: CO2: 43,4%; H2O: 56,6%; Base Seca: CO2: 100%

3.- Unaplanta de producción de ácido sulfúrico por el método de contacto emplea azufre como materia prima, que quema con aire. Los gases resultantes se alimentan a un convertidor catalítico de dos etapas para la oxidación del SO2 a SO3. A la salida de la primera etapa los gases contienen un 2,2% de SO2 en volumen y tras la segunda etapa presentan un 0,1% de SO2 y un 9,3% de O2.
Determínese: a) Laconversión porcentual de SO2 en cada etapa; b) El exceso de aire empleado en la combustión del azufre.
Sol.: a) Conversión: Etapa 1: 73,5 %; Etapa 2: 25,4 % b) 160,5 % en exceso

4.- El reactor de una planta de producción de óxido de etileno al que se alimenta una mezcla de etileno y aire en la que la proporción del primero es del 5% en volumen, opera con una conversión del 25%. Con el fin demejorar el rendimiento se introduce una modificación consistente en recircular al reactor un 60% de la corriente de salida, una vez separado todo el óxido de etileno. Suponiendo que la conversión permanece inalterada, determínese:
a) Composición de la alimentación con el cambio introducido.
b) Composición de los gases a la salida del reactor.
c) Mejora del rendimiento de transformación deletileno.
Sol.: a) C2H4: 3,7%; O2: 19,7%; N2: 76,6%; b) C2H4: 2,8%; O2: 19,3%; N2: 77,0%; C2H4O: 0,9%
c) Si; Rto1: 0,25 Kmoles C2H4O/kmol C2H4 fresco; Rto2: 0,45 Kmoles C2H4O/kmol C2H4 fresco;
Mejora: 80%

5.- El etileno puede producirse por deshidratación catalítica de etanol, según la reacción:
CH3CH2OH CH2CH2 + H2O
Se desea producir 11.000 m3/h de etileno(medidos a 25ºC y 1 atm) en una instalación como la esquematizada en la Figura. La alimentación fresca está compuesta por etanol puro. La conversión en el reactor es del 55% y la separación del etileno y el etanol no es completa, por lo que abandona la instalación mezclados en una proporción molar etileno/etanol 30/1. El etanol separado y el agua producto se devuelven al reactor. Para evitar laacumulación de agua en el reactor se purga parte de la corriente de recirculación de forma que la fracción molar de agua a la entrada del reactor no supere el 25%. Calcúlese:

a) Caudales molares y composición de las corrientes de recirculación y purga.
b) Caudal y composición a la entrada y a la salida del reactor.
c) Rendimiento de transformación del etanol a etileno.

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