Serie_de_Problemas_1-JRCA

José Ricardo Castellanos Aguilar Serie de Problemas 1

1. La capacidad calorífica del ácido acético en unidades de cal / gmol K, viene viene dada por: Cp= 2.0142 + 56.046E-3 T + 34.088E-6 T 2 Donde T está dada en K. Conviértase esta ecuación para que cumpla con las siguientes características: a) BTU / lbmol R dando la temperatura en R

b) BTU /lb R dando la temperatura en °F

José Ricardo Castellanos Aguilar

c) kJ / gmol K dando la temperatura en °C

2. Para calcular la presión de vapor del 2 hexanol se tiene la siguiente expresión, que sigue la forma de Antoine: ln P° = A – B/(T + C) donde la P° está bar y T en K. Las constantes tienen los siguientes valores: 99.98

A = 10.0989, B = 3158.53 y C = -

a) Transforma la ecuación para obtener la presión de vapor en kPa dando T en K

José Ricardo Castellanos Aguilar b) Transforma la ecuación para obtener la presión de vapor en atm dando T en °F

3. La alimentación gaseosa que entra en una torre de absorción consta de los siguientes componentes, donde las composiciones están expresadas en % masa: Hidrógeno

30.2

Nitrógeno

57.8

Oxígeno

2.1

Benceno

6.5

Tolueno

2.8

Xileno

0.6

El flujo de alimentación es de 20 000 m 3/h a 80 °C y 760 mmHg. Calcular los kg / h de las sustancias orgánicas en esta corriente así como la densidad del gas antes de la recuperación.


José Ricardo Castellanos Aguilar 4. Puede extraerse el ácido benzoico de una solución acuosa diluida mediante el contacto de la solución con benceno en una unidad de extracción de etapa única. La mezcla se separará en dos corrientes: una que contiene ácido benzoico y benceno y la otra que contiene a los tres componentes, como lo muestra el diagrama de la figura 1. El benceno es ligeramente soluble en agua; por lo tanto, la corriente 4 contendrá 0.07 kg de benceno/kg de agua. El ácido benzoico se distribuirá entre las corrientes 3 y 4 de la siguiente manera: La solución de alimentación, corriente 1, contiene 0.02 kg de ácido/kg de agua y se alimenta a razón de 10 ton/h. Efectúe lo siguiente: a) Demuestre que el problema está subespecificado.



b) Supóngase que el ácido benzoico extraído en la corriente 3 vale $10 / kg y que el benceno fresco (corriente 2) cuesta 30 centavos / kg. Construya una gráfica de utilidad neta contra flujo de benceno y seleccione el flujo óptimo de benceno. Escoja flujos de benceno (corriente 2) entre 1800 y 2600 kg/h. 1800 1600 Valor del ácido benzoico en función de flujo de ácido benzoico

1400 1200

y = 10x + 3E-12 Gasto de benceno en función de flujo de benceno y = 0.3x

1000 800 600

Utilidad neta en función de flujo de benceno

400 200

y = 1.3349x - 2166.9

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Intersección de la línea roja y la verde está en x= 2093. 83 kg/h; siendo este el flujo óptimo de benceno. c) Para el flujo óptimo de benceno, calcule el porcentaje de recuperación del ácido benzoico en la corriente de extracto (corriente 3). El porcentaje de recuperación de ácido benzoico en la corriente 3 es de 38.1%.

José Ricardo Castellanos Aguilar 5. El flujo de alimentación a una unidad que consiste en dos columnas contiene 30% de benceno (b), 55% de tolueno (t) y 15% de xileno(x). Se analiza el vapor de destilados de la primera columna y se encuentra que contiene 94.4% de (b). Los fondos de la primera columna se alimentan a la segunda columna. En esta segunda columna, se planea que el 92% de (t) original cargado a la unidad, se recupere en la corriente de destilado, y que él (t) constituya el 94.6% de la corriente. Los fondos de la segunda columna contienen 77.6% de (x). El flujo de (t) por el domo de la segunda columna es 16.3 veces el flujo de (t) por los fondos de esta columna. El flujo total de destilado de la segunda columna es 1.87 veces el flujo total de destilado de la primera columna. Si se cumplen estas condiciones, calcule: a) La composición de todas las corrientes que salen de la unidad. b) La recuperación porcentual de benceno en la corriente de destilado de la primera columna.




6. Considérese el sistema de absorbedor-agotador que se muestra en la figura 5. En este sistema, una corriente (1) que contiene 30% de CO2, 10% de H2S y un gas inerte (I), se lava de H2S y CO2, utilizando un solvente para absorber selectivamente al H2S y al CO2. La corriente resultante (5) se alimenta a una unidad de destilación flash, en donde se reduce la presión, y genera la separación de cantidades de CO2, H2S y algo del solvente, como una corriente de vapor (6). La solución resultante se divide, regresando la mitad al absorbedor y enviando la otra mitad a una unidad de agotamiento. En la unidad de agotamiento se reduce más la presión, para dar una corriente de destilado (10) que contiene 30% de solvente y cantidades desconocidas de CO2 y H2S. La corriente de fondos del agotador (9), que contiene solvente puro, se recircula de regreso al absorbedor, después de mezclarla con algo de solvente puro adicional, para reponer al solvente que se pierde en las corrientes de vapor del destilador flash y el agotador. Supóngase que se opera al absorbedor de manera que la corriente de vapor de salida (2) de la unidad no contenga H2S y únicamente 1% de CO2. Supóngase además que la solución de alimentación al agotador (8) contiene 5% de CO2 y que el vapor del destilador flash (6) contiene 20% de solvente. Finalmente, el destilador flash se opera de manera que 25% del CO2 y 15% del H2S en la corriente 1 se eliminen en los vapores de salida (6). a) Construya una tabla de grados de libertad, determine el orden de resolución y resuelva el problema para obtener la cantidad y composición de todas las corrientes.




José Ricardo Castellanos Aguilar b) Suponga que, en lugar de que la partición sea de 50%, se especifica que la composición de CO2 en el vapor del agotador sea de 40%. ¿De qué manera afectaría esto a los grados de libertad del proceso? ¿Cómo afectaría a los grados de libertad en el balance global?

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