Problemas De Ingenieria Quimica

Problemas de Ingeniería Química

Hoja 3.- Balances de Materia y Energía

1.- En el calderín de una columna de rectificación se vaporizan 650 kmoles/h de una mezcla que contiene de 10 % de benceno y 90 % de tolueno (en moles). La mezcla llega al calderín procedente del primer plato de la columna a una temperatura 5ºC por debajo de la del calderín. Para suministrar la energía necesaria se utiliza vapor de agua saturado a 1,4 atm. El calor latente de condensación del vapor de agua es -2230 kJ/kg. Determínese el caudal másico de vapor de agua necesario.

Datos: Calores latentes de vaporización (kJ/kg): Benceno: 390; Tolueno: 365. (Considérense constantes en el intervalo de temperatura en que opera la columna). Calores específicos medios (kJ/kmol.ºC): Benceno: 138; Tolueno: 148,8.

Sol.: 9911,1 kg/h

2.- Una caldera utiliza metano como combustible. Al quemador se alimenta aire en un 15% de exceso sobre el estequiométrico. El metano se alimenta a 25ºC y el aire a 100ºC. Los gases de combustión abandonan la caldera a 500ºC. Determínese la cantidad de vapor de agua saturado a 20 atm (temperatura de equilibrio, 213ºC) que se produce en la caldera si a la misma se alimenta agua a 80ºC.

Datos: Calor de combustión del metano (a 25ºC): -55600 kJ/kg. Calor latente de vaporización del agua a 20 atm: 1885 kJ/kg. Calores específicos medios en el intervalo de 25 a 500ºC (kJ/kg.ºC): CH4: 2,19; O2: 1,04; N2: 1,09 ; CO2: 0,95. Para el calor específico del agua líquida tómese un valor de 4,18 kJ/kg.ºC y para el vapor de agua 1,96 kJ/kg.ºC en todo el intervalo de temperaturas.Calor latente agua: 2382 kJ/kg.

Sol.: 26215,6 kg/100 kmoles de CH4

3.- Un procedimiento para obtener cianuro de hidrógeno consiste en tratar metano con amoniaco sobre un catalizador de platino a 1250ºC. Los reactantes se alimentan al reactor a 400ºC y la corriente de salida del mismo lo abandona a la temperatura de reacción, es decir, 1250ºC. El gas efluente del reactor está constituido por:

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HCN = 23,5%  NH3 = 3,4%  CH4 = 2,6%  H2 = 70,5%

Calcúlese:

a) La conversión, referida al reactante que se encuentra en defecto.

b) La razón molar CH4/NH3 utilizada.

c) El calor que hay que aportar al reactor por cada 100 kmoles de HCN producido.

Datos: Entalpías de formación a 25ºC (kcal/mol): CH4 =  17,89  NH3 =  10,96  HCN = 31,10

Calores específicos medios (kcal/kmol K): CH4 = 17,1  NH3 = 13,5  HCN = 11,9  H2 = 7,4

Sol.: a) 90,04%; b) 0,97 kmoles CH4/kmol NH3; c) 9351584 kcal

4.- Una fracción petrolífera pesada se alimenta a 260ºC a un reactor de craqueo que opera a 500ºC. Durante el

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