Mezacla Reactivos Y Combustion

INGENIERO TÉCNICO INDUSTRIAL esp. QUÍMICA INDUSTRIAL

Operaciones Básicas

Hoja 3. Balances de Materia

1.- 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:

La composición de los gases de combustión en base seca y húmeda y la cantidad de aire empleada por cada 1.000 m3 (c.n.) de gas combustible.

¿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%

2.- Una instalación industrial produce óxido de etileno por oxidación catalítica de etileno con aire. La conversión del etileno es sólo parcial y además parte del mismo se quema. La corriente de salida del reactor se trata por absorción para separar el óxido de etileno, siendo la composición de los gases que abandonan la torre de absorción (en volumen y en base seca) la siguiente: 6,4% de C2H4; 9,6% de CO2; 3% de O2 y 81% de N2.

Determínese: a) Conversión porcentual de etileno; b) Relación entre los caudales de etileno y aire alimentados al reactor; c) Exceso de aire empleado.

Sol.: a) 42,3%; b) 0,19 kmoles C2H4 /kmol aire; c) 121% exceso O2

3.- Una planta 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) La conversión porcentual de SO2 en cada etapa; b) El exceso de aire empleado en la combustión del azufre.

Sol.: a) Conversión: 1ª Etapa: 73,5%; 2ª Etapa: 25,4%; b) 160,5% exceso

4.- Una disolución con un 14,9% de Na2CO3 y 0,6% de NaOH se caustifica por adición de una cal comercial parcialmente apagada a la que acompaña CaCO3 como impureza. La lejía caustificada arroja el siguiente análisis: 10,4 % de NaOH; 13,5% de CaCO3; 0,6% de Na2CO3; 0,3% de Ca(OH)2.

Determínese: a) Cantidad de cal empleada por cada 100 kg de disolución cáustica final; b) Composición de la cal empleada; c) Reactivo en exceso y en qué proporción; d) Rendimiento de la caustificación.

Sol.: a) 8,5 kg cal/100 kg lejía caustificada; b) CaO: 77%; Ca(OH)2: 8,8%; CaCO3: 14,2%

c) Na2CO3: 1,6% exceso; d) Rto.: 97%

5.- En un proceso que trabaja en estado estacionario se recupera cromato de potasio cristalino (K2CrO4) de una solución acuosa de esta sal. El caudal de disolución a tratar es de 4500 kg/h y contiene un tercio en masa de K2CrO4. El proceso consta de una etapa previa de evaporación de la que se obtiene una disolución concentrada que contiene 49,4% de K2CrO4. Esta disolución se alimenta a un cristalizador en el cual se enfría (haciendo que los cristales de K2CrO4 se separen de la solución) y después se filtra. La torta de filtración consta de cristales de K2CrO4 y una solución que contiene 36,4 % de K2CrO4 por masa; los cristales constituyen el 95% de la masa total de la torta de filtración. La solución que atraviesa el filtro, que también contiene 36,4% de K2CrO4, se recircula al evaporador. Calcular el caudal de agua evaporada, el caudal de producción de K2CrO4 cristalino y el caudal de recirculación.

Sol.: H2O: 2973 kg/h; K2CrO4 cristalino: 76,3 kg/h; R: 5752 kg/h

6.- 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 fín de mejorar 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.

Mejora del rendimiento de transformación del etileno.

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%

7.- 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 la acumulación 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:

Caudales molares y composición de las corrientes de recirculación y purga.

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