Examen GIQ Feb2014 Solucion

PROYECTOS
 
Grado
 en
 Ingeniería
 Química
 

 
Examen
 de
 Febrero
 
11/02/2014
 
Tiempo:
 2
 horas
 

 
Nombre:…………………………………………………………………………………………………………………………
 
1. El
 proceso
 de
 obtención
 del
 compuesto
 de
 interés
 B
 por
 oxidación
 de
 A
 con
 aire
 transcurre
 
mediante
 la
 formación
 de
 un
 compuesto intermedio
 I
 que
 posteriormente
 se
 descompone
 en
 
el
 producto
 B
 y
 el
 subproducto
 C,
 por
 tratamiento
 en
 fase
 líquida
 con
 ácido
 sulfúrico:
 
𝐴 + 𝑂!   →  𝐼    

!!

 𝐵 + 𝐶
 

 
Esta
 es
 una
 reacción
 lenta
 y
 exotérmica,
 por
 lo
 que
 habitualmente
 se
 lleva
 a
 cabo
 en
 grandes
 
reactores
 de burbujeo
 de
 varios
 metros
 de
 diámetro,
 donde
 el
 movimiento
 ascendente
 de
 las
 
burbujas
  mantiene
  una
  buena
  agitación
  del
  líquido.
  La
  concentración
  del
  compuesto
 
intermedio
 I
 a
 la
 salida
 del
 reactor
 de
 oxidación
 varía
 entre
 el
 20
 y
 el
 40%,
 con
 selectividades
 
entre el
 90
 y
 el
 96%.
 
El
  principal
  residuo
  de
  este
  proceso
  es
  el
  compuesto
  D,
  que
  en
  el
  posterior
  proceso
  de
 
acidificación
 se
 transforma
 íntegramente
 en
 el
 compuesto
 E:
 

 
𝐴 + 𝑂!   → 𝐷  

!!

 𝐸 + 𝐻! 𝑂
 

 
La
  reacción
  principal
  es
  autocatalítica,
  y
  sigue
  un  mecanismo
  de
  oxidación
  por
  reacción
  en
 
cadena
 vía
 radicales
 libres.
 Las
 siguientes
 expresiones
 corresponden
 a
 las
 cinéticas
 globales
 
de
 reacción,
 para
 una
 presión
 parcial
 de
 oxígeno
 de
 0.5
 bar:
 

 
𝑟! =   𝑘! 𝐶!!.! 𝐶!
 
𝑟! =   𝑘! 𝐶!
 

 
Las
 constantes
 de
 reacción
 siguen
 la ley
 de
 Arrhenius,
 siendo
 la
 energía
 de
 activación
 para
 la
 
formación
 de
 D
 significativamente
 mayor
 que
 la
 correspondiente
 a
 la
 formación
 de
 I.
 

 

 
Componentes
 

Tb1bar
 
(ºC)
 

Tb10bar
 
(ºC)
 

A
 

152
 

275
 

B
 

182
 

290
 

C
 

56
 

150
 

D
 

202
 

360
 

E
 

165
 285
 

Azeótropo
 AB
 

150
 

270
 

Azeótropo
 BE
 

160
 

275
 


 

 

 

 

 

E"

0,0

1,0

0,2

0,8
1"bar"

0,4

0,6
10"bar"

0,6

0,4

0,8

0,2

1,0

B"

0,0

0,0
0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

A"

a) Dibujar
 una
 propuesta
 de
 diagrama
 preliminar
 de
 bloques.
 (4
 ptos)
 

 

FEN

AME

R3

H2SO4

AIRE

A"

CUM

R1

E1

R2

E2

Az"B"

AzCUM-FEN

Az"

AB"

A"
I"
D"

DMFC
HPC
CUM

R4

ACE
H2O
CUM
AME
FEN

A"
B"
C"
E"
H2O"

T1

A"
B"
E"

CUM
AME
FEN

T2

B"
E"

AME
FEN

T3

P=1bar

Az"

AB"

T4

T5

P=10bar

E"

B"

RESIDUO

H2O

C"
H2ACE
O"

N2 ,O2, ...

N2 ,O2, ...

1) Dibujar el esquema del diagrama de flujo propuesto


 
Diseño Integrado de Procesos

JUNIO 2005

p. 2/7

b) Describir
  el
  proceso.
  Justificar
 razonadamente
  el
  reactor
  o
  reactores
  elegidos
  y
  sus
 
variables
  de
  operación
  fundamentales,
  así
  como
  el
  sistema
  de
  separación
  y
  purificación
 
del
 producto
 propuesto.
 (6
 ptos)
 

 


 
1. OBJETIVO.
  Al
  poder
  producirse
  subproductos
  en
  reacciones
  irreversibles
  se
 
busca prioritariamente
 la
 selectividad,
 seguida
 de
 la
 conversión.
 
2. MODELO
 DE
 FLUJO.
 Dada
 la
 selectividad:
 
 

 
𝑟!
𝑘! 𝑐!
=

 
𝑟! 𝑘! 𝑐!!,!

 
Interesa:
 
  -­‐
 cA
 alta
 (reactivo):
 modelo
 de
 Plug
 Flow
 (PF)
 
 
-­‐
 cI
 baja
 (producto):
 modelo
 de
 PF
 
Como
 se
 utilizan
 reactores
 de
 burbujeo...