1. 500 m3/h de aire hu hu ́ medo (Ha1 = 0,042 mol agua/mol aire seco) se alimentan en una torre de absorcio absorcio ́ n con el objetivo de eliminar el agua, de acuerdo con el esquema adjunto. Calcular: a. Los kg/h de H2SO4 al 98% requeridos para la operación. b. Los kg/h de H2SO4 al 72% alimentados en la torre de absorcio absorcio ́ n. NOTA.
Todos los porcentajes son en peso. Sistema en estado estacionario No hay reacción química
Datos:
PMaire seco = 28.84 g/mol Realizar balances totales y por componente por zonas del sistema. Verifiquen resultados con un balance total.
Proceso
en
estado
estacionario,
continuo
Ecuación general de balance: ENTRADA = SALIDA
Calculamos aire seco de entrada: 7000 mol /h = n 1H2O + n1aire seco Ha1 = 0.042 mol agua/ mol aire seco Por lo tanto: 7000 = 1.042 naire seco naire seco = 6717.85 mol aire seco /h nH20 = 7000 – 6717,85 6717,85 = 285,15 mol agua/ h
y
sin
reacción
química.
Transformando a masa: M1H20 = 282,15 mol H2O
.
18 g H2O/ 1 mol H2O = 5078,7 g .
M1aire seco = 6717.85 mol aire seco 28.84 g/ 1 mol aire seco = 193.7 kg Balance en A Sabemos que m1aire seco = m2aire seco 2 Agua que sale por corriente 2: 0.002 mol agua/mol aire seco
.
6717,85 mol aire seco = 13,43 mol agua
13,43 mol . 18 g H2O / 1 mol = 242 g m2 = 0.242 kg/h + 193.7 kg/h = 193,9 kg/h Balance de H 2SO4 0,98 m5 = 0,67 m7
m5 = 0,684 m7 (1)
Balance de H 2O 0,02 m5 + m1 H2O = 0,33 m7 + 0,242 0,02 m5 + 5,08 kg/h = 0,33 m7 + 0,242 (2) Resolviendo conjuntamente (1) y (2) tenemos que: m5 =
10,5 kg/h m7 = 15,3 kg/h Balance de H 2SO4 0,72 m3 = 0,67 m4 m3 = 0,93 m4 (3) Balance de H 2O 0,28 m3 + m1 H20 = 0,33 m4 + m2H2O 0,28 m3 + 5.08 = 0,33 m4 + 0,242 (4) Resolviendo conjuntamente (3) y (4) tenemos que: m4 =
69,5 kg/h m3 = 64,6 kg/h
Corriente 6: m6 = m4 – m7 m6 = 54,2 kg/h
2. La etapa final de la fabricación de ácido nítrico es una destilación en la que la concentración de ácido pasa del 60% al 99% en peso. El objetivo de la presencia de ácido sulfúrico es disminuir la presión parcial del agua. Si no se añade sulfúrico o algún otro agente de acción similar, es imposible sobrepasar, por evaporación, una concentración de nítrico del 68% en peso. Tomando como base de cálculo 100 kg/h de ácido nítrico concentrado del 99%, calcular:
a) El caudal másico de agua que sale del evaporador.
Balance general. 0 = m1 – m2 – m3 (1) 100 kg/h = m1 – m3 (2) Balance de ácido nítrico. 0 = 0,6 m1 – 0,99 m3 – 0 0,99 x 100 = 0,6 m1 165 kg/h = m1 De (2)
m3= 100 kg/h – m1 m3= 65 kg/h Por lo tanto, el caudal másico de agua que sale del evaporador es de 65 kg/h. b) El caudal másico de ácido sulfúrico puro que está circulando.
Realizando el balance global del evaporador : 0 = m4 – m5 – m3 65 kg/h = m4 – m5 (1) Y el del H2SO4: 0 = 0,6 m4 – 0,93 m5 (2) Resolviendo (1) y (2) tenemos: m4= 183,2 Kg/h (b)
c) Caudal másico de alimentación de ácido nítrico diluido. 0,6 x m4= 109,9 Kg/h 3. El siguiente es el diagrama de flujo marcado para un proceso de dos unidades en estado estacionario, indicando las fronteras para denotar los subsistemas sobre los cuales pueden hacerse balances. Indique el número máximo de balances que es posible escribir para cada subsistema y el orden en el cual escribiría dichos balances para determinar las variables desconocidas del proceso.
Existen cuatro análisis a realizar en el diagrama de flujo. El global (3 balances): - 800 = 475 + m3 - (0,2)(800) = 475 x + 0,042 m3
-
(0,8)(800) = 475 y + 0,058 m3
Unidad 1 (2 balances independientes): - (0,2)(800) = 100 + m1 - (0,8)(800) = m1 (1 – x1) Unidad 2 (3 balances independientes) : - m2 = 475 + m3 - m2 x2 = 475 x + 0,012 m3 - m2 y2 = 475 y + 0,558 m3 - m2 (1 – x2 – y2 ) = 475 z + 0,430 m3 Punto de mezcla (3 balances independientes): - m1 + 200 = m2 - m2 x2 = m2 x2 - m1 (1 – x1) = m2 y2
