Problemario U4 Química

Problemario U4 Química

1 - Se quieren obtener 110 toneladas/día de SO 3 a partir de una pirita impura (FeS

2) que tiene una composición centesimal del: 52% en S, 40% en Fe, 1,8% en Cu y

6,2% en SiO 2 En su tostación, el hierro y el cobre pasan respectivamente a Fe 2 O 3

y CuO

a) Calcular las toneladas de pirita que se consumen diariamente. b) ¿Qué volumen de

aire, medido en C.N. se necesita diariamente?, c) ¿Cuantas Tm de cenizas se obtienen

diariamente en esa fábrica? DATOS: masas atómicas: S = 32, O = 16, Fe = 56 y Cu =

63,5

Respuesta: La reacción de tostación de la pirita, teniendo en cuenta que en este caso es

una mezcla de sulfuros de hierro(II) y cobre(II), es: 4 FeS 2 + 11 O 2 —> 2 Fe 2 O 3 + 8

SO 2 2 CuS + 3 O 2 —> 2 CuO + 2 SO 2 posteriormente, en una segunda reacción se

oxida este SO 2 a SO 3 2 SO 2 + O 2 —> 2 SO 3 Si tenemos en cuenta solamente el

azufre, pues nos dan la proporción de este elemento, las dos reacciones anteriores son: S

+ O 2 —> SO 2 ; SO 2 + ½ O 2 —> SO 3 , las cuales podemos englobar en un solo

proceso, que será: S + 3/2 O 2 —> SO 3 en el cual realizaremos los cálculos

estequiométricos correspondientes.

S+ 3/2 O2—> SO3

1 mol = 32 g 3/2 mol = 3/2.32 = 48 g 1 mol = 80 g

X X 110.106 g/día

La cantidad de azufre que debe quemarse es: X= 32.110.106 /80 = 44.106 g/día = 44

Tm/día Puesto que la pirita tiene un 52% de azufre, la cantidad de la misma que se ha de

tratar diariamente es:

Tm de pirinita= 44.1006 /52 = 84,62 Tm/día de pirita hay que tostar

La cantidad de oxígeno que se necesita es la necesaria para la combustión del azufre así

como elempleado en las oxidaciones del hierro y del cobre. El necesario para la

combustión del azufre se determina partiendo de la estequiometría de la reacción y es:

Y= 48.100.106 /80= 66.106 g/dia= 66 tm/dias de O2 son necesarias para la combustion de

azufre. Para determinar el oxigeno necesario para la oxidación del hierro y del cobre,

hemos de tener en cuenta la estequiometría de las respectivas reacciones de oxidación,

en las cuales se obtienen los correspondientes óxidos, que pasarán a formar parte de las

escorias.

Oxidación del Fe para dar Fe 2 O 3 esta pirita tiene un 40% de Fe: 40.84,63/100= 33.85

tm/dia de Fe se obtienen, el cual se oxida según la reacción

2 Fe + 3/2 de O2—> Fe 2 O 3

2 mol = 2.56 = 112 g 3/2 mol = 3/2.32 = 48 g 1 mol = 160 g

33,85.106 Y Z

Oxígeno necesario: Y= 48.33,85.10/112= 14,51.106 g/día de Oxígeno necesarios para

oxidar el Fe. Fe 2 O 3: Z = 160.33,85.106 /112= 48,36.106 g/día = 48,36 Tm/día de Fe 2 O

3 se obtienen: CuO: Procede de la oxidación del cobre. Esta pirita tiene un 1,8% de Cu:

1,8.84,62/100 = 1,52 Tm/día de Cu se tratan, el cual se oxida según la reacción:

2Cu + O2—> CuO

2 mol = 2.63,5 = 127 g 1 mol = 32 g 1 mol = 79,5 g

1,52.106 Y Z

Oxígeno necesario: Y = 32.1,52.106 /127= 3,83.105= g/día de Oxígeno necesarios para

oxidar el Cu CuO: Z=79,5.1,52.106 /127= 9,51.105 = g/día = 0,95 Tm/día de CuO se

obtienen La cantidad total de oxígeno es, por tanto: 66.106 + 14,51.106 + 3,83.105 =

80,89.106 g/día El volumen que ocupan, medido en C.N. es: 1.V=80,89.106 /32=

.0,082.273; V= 5,66.107 = litros de oxigeno en C.N. Dado que el aire tiene un 21% de

oxígeno, la cantidad del mismo que se necesita es: 100.5,66.107 /21 ; V = 2,69.108 litros

de aire diarios en C.N. se necesitan.

Las cenizas obtenidas corresponden al SiO 2 que contengan las 84,62 Tm diarias

tratadas más los óxidos de hierro y cobre producidos en la tostación.

SiO 2: La pirita tiene un 6,2%: 6,2.84,62/100= 5,25 Tm/día de SiO 2 se obtienen

La cantidad total de cenizas producidas es: 5,25 + 48,36 + 0,95 = 54,56 Tm/día de

cenizas se obtienen

Esta cantidad se puede calcular también teniendo en cuenta el balance global de materia

en el proceso global: PIRITA + O 2 —> SO 3 + ESCORIAS:

Se emplean 84,62 Tm/día de pirita y 80,89 Tm/día de oxígeno: 165,51 Tm/día de

reactivos, y se obtienen 110 Tm/día de SO 3 , por lo que el resto son las escorias : 165,51

- 110 = 55,51 Tm/día de escorias.

3 - La síntesis del monóxido de nitrógeno (NO), es el primer paso para la fabricación

del ácido nítrico. Para obtenerlo, se hace pasar rápidamente una corriente de aire

purificado sobre un reactor térmico a una temperatura de 2500ºC. Considerando

que el grado de conversión del N2 es del 10%, se pide: a) Escribir la reacción

ajustada que se produce b) La composición en volumen de los gases a la salida del

reactor DATO: La composición en volumen del aire: 78,0 % N2; 21,0 % O2 y 1,0 % de

Gases Nobles.

Repuesta:

a) La reacción de síntesis de monóxido de nitrógeno es la siguiente: N 2 + O 2 <===> 2

NO

El esquema del proceso puede representarse como:

aire aire oxidado

b) El grado de conversión es la fracción o porcentaje de un reactivo que desaparece

como consecuencia de la reacción, en este caso referido al N2. Si tomamos como

base de cálculo 100 moles de aire y teniendo en cuenta la estequiometría de

lareacción, en la que reacciona el 10% del Nitrógeno y que lo hará con una cantidad

igual de Oxígeno para dar NO, a composición molar de los gases en el aire oxidado

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