27-11-2019, 11:48
Hola! Estoy teniendo problemas para resolver estos problemas de balance de materia con múltiples reacciones, recirculación y purga. ¿Me darían una mano? Les adjunto los problemas, los diagramas de flujo y los resultados que deberían dar. Muchas gracias!
4. El iso-octano se produce por la reacción de iso-butano y butileno en una emulsión con ácido
sulfúrico concentrado:
i-C4H10 + C4H8 => i-C8H18
La alimentación fresca al proceso es de 40.000 kg/h y contiene 25.0 mol% de isobutano,
25.0% de butileno y 50.0% de n-butano, el cual es químicamente inerte en este proceso. La
alimentación fresca se combina con tres corrientes de recirculación distintas y la mezcla entra
al reactor. Se consume todo el butileno que se alimenta al reactor. Una porción de la salida
del reactor se recircula a la entrada de éste y el resto pasa a un decantador, en el cual se
permite que se separen les fases acuosa (ácido sulfúrico) y de hidrocarburo. El ácido se
recircula al reactor, y el hidrocarburo pasa a una columna de destilación. El destilado ligero de
la columna contiene iso-octano y n-butano, y el destilado pesado que se recircula al reactor
solo contiene iso-butano. La corriente que entra al reactor contiene 200 mol de isobutano por
mol de butileno y 2 kg de H2SO4 (acuoso) al 91% por peso por kg de hidrocarburo. La corriente
que se obtiene combinando la alimentación fresca y la recirculación de isobutano contiene 5.0
moles de isobutano por mol de butileno. Se desea determinar el de flujo molar (kmol/h) de
cada componente de las corrientes de producto, emulsión, isobutano y recirculación ácida.
Respuestas 4
Producto: 173,5 kmol C8H18/h, 347 kmol n-C4H10/h
Reciclo desde la torre de destilación: 694 kmol i-C4H10/h
Reciclo de ácido: 1480 kmol H2SO4/h, 799 kmol H2O/h
Reciclo desde la salida del reactor: 16900 kmol n-C4H10/h, 33800 kmol
i-C4H10/h, 8460 kmol C8H18/h, 72740 kmol H2SO4/h, 39150 kmol H2O/h
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. En la figura se muestra un proceso para la síntesis del metanol. Las reacciones químicas son:
CH4 + 2 H2O → CO2 + 4 H2 (a) Reacción principal en el reformador
CH4 + H2O → CO + 3 H2 (b) Reacción secundaria en el reformador
2CO + O2 → 2 CO2 © Reacción en el convertidor
CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O (d) Reacción de síntesis
Se alimenta 10% de exceso de vapor de agua, con base en la reacción (a), al reformador, y la
conversión del metano es del 100%, con una selectividad de la reacción (a) del 90%.
Se alimenta una cantidad estequiométrica de oxígeno al convertidor de CO, y el CO se
convierte por completo en CO2. A continuación se introduce CO2 a fin de establecer una
proporción de 3 a 1 de H2 a CO2 en la corriente de alimentación al reactor de metanol. La
conversión de metanol en el reactor de síntesis es del 55%. La
salida del reactor de metanol se enfría para condensar todo el metanol y el agua, y los gases
no condensables se recirculan a la alimentación del reactor de metanol. Dado que la
alimentación de metano contiene 1% de nitrógeno como impureza, una porción de la
corriente de reciclaje debe purgarse como se muestra en la figura, a fin de evitar la
acumulación de nitrógeno en el sistema. El análisis de la corriente de purgado muestra que
hay un 5% de nitrógeno. Con base en 100 moles de alimentación fresca al proceso calcule:
a. Los moles de H2 que se pierden en el purgado
b. Los moles de CO2 de reposición requeridos
c. La razón entre el reciclaje y el purgado, moles corriente (8) / moles corriente (13)
d. La cantidad (en kg) y concentración de la solución de metanol producido
Respuestas 5
a. 14,25 kmol H2
b. 29,7 kmol CO2
c. 20,35 mol reciclo/mol purgado
d. 6732,1 Kg; 58,9 % P/P de metanol
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Los diagramas de flujo están en la siguiente página, en los ejercicios 4 y 5:
PDF GUÍA
4. El iso-octano se produce por la reacción de iso-butano y butileno en una emulsión con ácido
sulfúrico concentrado:
i-C4H10 + C4H8 => i-C8H18
La alimentación fresca al proceso es de 40.000 kg/h y contiene 25.0 mol% de isobutano,
25.0% de butileno y 50.0% de n-butano, el cual es químicamente inerte en este proceso. La
alimentación fresca se combina con tres corrientes de recirculación distintas y la mezcla entra
al reactor. Se consume todo el butileno que se alimenta al reactor. Una porción de la salida
del reactor se recircula a la entrada de éste y el resto pasa a un decantador, en el cual se
permite que se separen les fases acuosa (ácido sulfúrico) y de hidrocarburo. El ácido se
recircula al reactor, y el hidrocarburo pasa a una columna de destilación. El destilado ligero de
la columna contiene iso-octano y n-butano, y el destilado pesado que se recircula al reactor
solo contiene iso-butano. La corriente que entra al reactor contiene 200 mol de isobutano por
mol de butileno y 2 kg de H2SO4 (acuoso) al 91% por peso por kg de hidrocarburo. La corriente
que se obtiene combinando la alimentación fresca y la recirculación de isobutano contiene 5.0
moles de isobutano por mol de butileno. Se desea determinar el de flujo molar (kmol/h) de
cada componente de las corrientes de producto, emulsión, isobutano y recirculación ácida.
Respuestas 4
Producto: 173,5 kmol C8H18/h, 347 kmol n-C4H10/h
Reciclo desde la torre de destilación: 694 kmol i-C4H10/h
Reciclo de ácido: 1480 kmol H2SO4/h, 799 kmol H2O/h
Reciclo desde la salida del reactor: 16900 kmol n-C4H10/h, 33800 kmol
i-C4H10/h, 8460 kmol C8H18/h, 72740 kmol H2SO4/h, 39150 kmol H2O/h
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. En la figura se muestra un proceso para la síntesis del metanol. Las reacciones químicas son:
CH4 + 2 H2O → CO2 + 4 H2 (a) Reacción principal en el reformador
CH4 + H2O → CO + 3 H2 (b) Reacción secundaria en el reformador
2CO + O2 → 2 CO2 © Reacción en el convertidor
CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O (d) Reacción de síntesis
Se alimenta 10% de exceso de vapor de agua, con base en la reacción (a), al reformador, y la
conversión del metano es del 100%, con una selectividad de la reacción (a) del 90%.
Se alimenta una cantidad estequiométrica de oxígeno al convertidor de CO, y el CO se
convierte por completo en CO2. A continuación se introduce CO2 a fin de establecer una
proporción de 3 a 1 de H2 a CO2 en la corriente de alimentación al reactor de metanol. La
conversión de metanol en el reactor de síntesis es del 55%. La
salida del reactor de metanol se enfría para condensar todo el metanol y el agua, y los gases
no condensables se recirculan a la alimentación del reactor de metanol. Dado que la
alimentación de metano contiene 1% de nitrógeno como impureza, una porción de la
corriente de reciclaje debe purgarse como se muestra en la figura, a fin de evitar la
acumulación de nitrógeno en el sistema. El análisis de la corriente de purgado muestra que
hay un 5% de nitrógeno. Con base en 100 moles de alimentación fresca al proceso calcule:
a. Los moles de H2 que se pierden en el purgado
b. Los moles de CO2 de reposición requeridos
c. La razón entre el reciclaje y el purgado, moles corriente (8) / moles corriente (13)
d. La cantidad (en kg) y concentración de la solución de metanol producido
Respuestas 5
a. 14,25 kmol H2
b. 29,7 kmol CO2
c. 20,35 mol reciclo/mol purgado
d. 6732,1 Kg; 58,9 % P/P de metanol
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Los diagramas de flujo están en la siguiente página, en los ejercicios 4 y 5:
PDF GUÍA