Ejercicios Propuestos Ep - 2018 - I

 

 

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EJERCICIOS PROPUESTOS

1.

La reacción reacción entre el etileno y el bromuro de hidrogeno hidrogeno se efectúa en en un reactor reactor continuo. continuo. El flujo de productos se analiza, y se encuentra que contiene 50% en mol de C 2H5Br y 33,3% HBr. La alimentación del reactor contiene solo etileno y bromuro de hidrogeno. Calcúlese la conversión fraccionaria del reactivo limitante y el porcentaje en el que el otro reactivo se encuentra en exceso. Reacción: C 2H4 + HBr → C2H5Br.

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6  + Cl2  →  C2H5Cl + HCl. Parte del El etano se clora un reactor continuo: C2Hpor monocloroetano que en se produce se clora aún más una reacción secundaria indeseable: C2H5Cl + Cl2  →  C2H4Cl2  + HCl. En un caso específico, se producen 100 gmol de C 2H5Cl con una alimentación que contiene solamente etano y cloro, consumiéndose este último en su totalidad. El reactor está diseñado para dar una conversión de 15% de etano y una selectividad de 14 gmol C2H5Cl / gmol C2H4Cl2. Calcúlese la proporción de alimentación (gmol cloro/gmol etano) y la fracción de rendimiento r endimiento del C2H5Cl. Se produce etanol a nivel comercial mediante la hidratación de etileno: C2H4+ H2O → C2H5OH Parte del producto se convierte a éter dietílico mediante la reacción lateral 2 C2H5OH → (C2H5)2O + H2O La alimentación a un reactor contiene 53,7% molar de C 2H4, 36,7% de H2O y el resto de inertes. Se obtiene una conversión de etileno de 5%. El 10% del etanol producido participa en la reacción lateral. Calcúlese la composición molar de la corriente de salida del reactor y

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la selectividad de la producción de etanol respecto a la producción de éter. El metano y el oxígeno reaccionan en presencia de un catalizador para producir formaldehído. En una reacción paralela secundaria, una porción del metano se oxida para formar CO2 y H2O. CH4 + O2 → HCHO + H2O. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. La alimentación del reactor contiene cantidades equimolares de CH 4  y O2. La conversión fraccionaria del metano es de 95% y el rendimiento fraccionario del HCHO es de 90%. Calcúlese la composición molar del flujo a la salida del reactor y la selectividad de la producción de HCHO con respecto a la producción de dióxido de carbono. Una tonelada de una caliza impura, cuya composición es 96% en masa de CaCO 3 y 4% de materia inerte, reacciona con una solución de ácido sulfúrico al 80% en masa. Todo el CO 2  generado es expulsado junto con parte del agua. El análisis de la masa final en porcentaje másico es: 86,54% de CaSO 4; 3,11% de CaCO3; 1,35% de H2SO4; 6,23% de H 2O y 2,77% de inertes. Calcúlese: a. Masa de CaSO4 producido. b. Masa de solución ácida alimentada. c. Masa de gases expulsados. d. Composición, Composición, en en porcentaje porcentaje másico, de los los ga gases ses expulsados. expulsados. El cloro-benceno cloro-be nceno se fabrica haciendo reaccionar cloro seco con benceno líquido, utilizando cloruro férrico como catalizador. Existen dos reacciones donde se forma mono y di-clorobenceno: C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl C6H5Cl + Cl2 → C6H4Cl2 + HCl El 90% del benceno forma mono-cloro-benceno y 15% de este reacciona para formar dicloro-benceno. El cloro se suministra en un 20% en exceso del necesario para la monocloración. El HCl y el Cl 2  en exceso abandonan el reactor como gases. El producto líquido obtenido contiene benceno sin reaccionar, mono y di-cloro-benceno. Sobre la base de 100 lb de benceno alimentado, calcúlese: (a) La masa y composición del producto líquido; (b) La masa y composición de los gases que abandonan el reactor. Docente: Ing° Javier Antonio Cossa Cabanillas

 

 

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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Las reacciones C2H6 → C2H4 + H2  C2H6 + H2 → 2 CH4  se llevan a cabo en un reactor continuo en estado estacionario. La alimentación contiene 85,0% en moles de etano (C 2H6) y el balance en productos inertes (I). La fracción de conversión del etano es 0,501 y el rendimiento fraccionario del etileno es 0,471. Calcúlese la composición molar del gas producido y la selectividad del etileno para la producción de

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metano. Un horno que opera en régimen permanente quema 1 millón de pies cúbicos estándar por día de gas natural proveniente de Nuevo México, con 23 millones de pies cúbicos estándar por día de aire. Los únicos compuestos perceptibles en el gas de combustión son CO2, H2O, O2  y N2. La composición del gas natural en porcentaje molar es: 96,91% metano, 1,33% etano, 0,19% propano, 0,05% butano, 0,02% pentano, 0,82% dióxido de carbono y 0,68% nitrógeno. ¿Cuál es la relación de flujo (kgmol/h) y la composición (% molar) del gas de combustión? Los procesos modernos para producir ácido nítrico se basan en la oxidación de amoniacosintetizado por la reacción de Haber. El primer paso en el proceso de oxidación consiste en la reacción de NH3 con O2 sobre un catalizador de platino, para producir óxido nítrico. La reacción sigue la ecuación estequiométrica NH3 + O2 → NO + H2O Bajo un conjunto determinado de condiciones en el reactor, se obtiene una conversión de

90% de NH3, con una alimentación de 40 moles/h de NH 3 y 60 moles/h de O2. Calcule los los flujos de salida del reactor para todos los componentes. 10. La mezcla estequiométrica estequiomét rica de H2  – N – N2 (75% H2 – 25%  – 25% N2) para la síntesis del amoniaco se prepara mezclando gas de “productor” (78% N 2  – 20% – 20% CO – CO  – 2%  2% CO2) con gas de “agua” (50% H2  – 50% – 50% CO). El monóxido de carbono, que actúa como veneno del catalizador de síntesis, se elimina haciendo reaccionar esta mezcla de gases con vapor de agua, para formar dióxido de carbono e hidrógeno mediante la reacci+on de conversión: CO + H2O → CO2 + H2  Posteriormente se elimina el CO2  mediante lavado por absorción con sovente,suponiendo que todas las composiciones están en porcentaje en mol, y que se adiciona la cantidad precisa de vapor de agua para convertir completamente todo el CO; calcule la proporción en que deberán mezclarse los gases de productor y de agua. 11. La reducciónde mineral de magnetita, Fe3O4, a hierro metálico, puede efectuarse haciendo reaccionar al mineral con gas hidrógeno. Las reacciones que ocurren son: Fe3O4 + H2 → FeO + H 2O FeO + H2 → Fe + H2O Cuando se alimentan a un reactor 4 moles/h de H2 y 1 mol/h de Fe 3O4, se obtiene una descarga en estado estable de 0.1 moles/h de magnetita y 2.5 moles/h de Fe, junto con otras sustancias. Calcule la decarga completa del reactor. 12. Los poliglocolesse producen por la hidratación catalítica delóxido de etileno, seguida de adiciones sucesivas del óxido a los glicoles resultantes. Las reacciones químicas que describen este proceso son: H2O + C2H4O → C2H4(OH)2  (C2H4(OH)2 + C2H4O → (C2H4OH)2O (C2H4OH)2O + C2H4O → (C2H3OH)3(H2O) Supóngase que al hacer reaccionar completamente 100 moles/hde óxido de etilenocon agua en exceso se otiene 10 moles/h de monoglicol, 30 moles/h de diglicol y 10 moles de triglicol. Calcule el rendimiento de diglicol a partir del óxido. 13. El óxido de etileno utilizado en la producción de glicol se fabrica mediante la oxidación parcial de etileno con un exceso de aire, sobre un catalizador de plata. La reacción Docente: Ing° Javier Antonio Cossa Cabanillas

 

 

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA principal es: C2H4 + O2 → C2H4O Desafortunadamente, algo del etileno sufre también oxidación completa hasta CO 2 y agua, a través de la reacción: C2H4 + O2 → CO2 + H2O Supóngase que, utilizando una alimentación de 10% de etileno y con una conversión de etileno del 25%, se obtiene un rendimiento del 80% de óxido a partir de ese reactivo.

la composición la corriente de descarga del reactor. 14. Calcule Puede producirse ácidode acético mediante la reacción: C2H5OH + Na2Cr 2O7 + H2SO4 → CH3COOH + Cr 2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O En la corriente de recirculaciónque se muestra en la figura, se obtiene una conversión global de C2H5OH del 90%, con un flujo de recirculación igual al flujo de alimentación de C2H5OH fresco. Los flujos de alimentación de H 2SO4  y Na2Cr 2O7  frescos son 20% y 10% respectivamente, de exceso sobre las cantidades estequiométricas requeridas para la alimentación fresca de C2H5OH. Si la corriente de recirculación contiene 94% de H 2SO4 y el resto C2H5OH, calcule el flujo de producto y la conversión de C 2H5OH en el reactor. CH3COOH  H2SO4  Na2Cr 2O7

 

r o d a

Reactor  

C2H5OH 

ar

Productos de  desperedicio p e S

Recirculación  H2SO4  C2H5OH

 

15. En la siguiente figura se muestra un posible posible diagrama de flujo para la pr producción oducción de ácido perclórico. La reacción sigue la estequiometría: Ba(CLO4)2 + H2SO4 → BaSO4 + HClO4  Si el H2SO4 alimentado al reactor es un 20% de exceso sobre la cantidad estequiométrica requerida para la reacción con la alimentación fresca de Ba(ClO4)2, y si se alimentan 1,000 kg/h de la corriente 1, calcule todas las variables desconocidas de las corriente. Suponga que todas las composiciones están en fracción masa. H2SO4  5 

1

H2SO4 

r

2  o

Reactor   90% Ba(ClO4)2  10% HClO4 

d

3  a r

HClO4  a p

6  e S

1 

7  4 

2 r d

o

8 

Ba(ClO4)2  a

r

a

BaSO4 Ba(ClO4)2  

p e S

Docente: Ing° Javier Antonio Cossa Cabanillas