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Ejercicios y problemas

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Autores: Antonio Aznar, Juan Carlos Cabanelas
En esta sección encontramos un conjunto de ejercicios o problemas de la asignatura, trabajos o proyectos a realizar en la asignatura, estudios de casos, estudios dirigidos, ...

PROBLEMAS SOBRE BALANCE DE MATERIA (apartado 1.1) 

  • EP-F-001.(PDF). En un horno de cocción de cerámica se introducen 6,7 toneladas de material arcilloso húmedo ya conformado, el cual después de someterse a temperaturas de 1100 ºC durante un tiempo, produce 4 toneladas de ladrillos. Calcular la cantidad de agua desprendida.
  • EP-F-002. (PDF). A un sistema de decantación de fangos en una depuradora entra un caudal de 15 m3 de agua por hora, con un 2% en sólidos. En el decantador se separan dos corrientes, una de fangos (F) con un 10% en sólidos, y otra de agua clarificada (C), con solo un 0,2% de sólidos. Determinar el caudal de salida de agua clarificada (todos los porcentajes son en v/v).
  • EP-F-003. (PDF). En una fabrica de pinturas se quiere obtener una producción de 6 t·día-1 de emulsión acuosa base. Si la capacidad del tanque mezclador es de 500 Kg de emulsión, el tiempo de mezcla de ½ hora y el tiempo de carga-descarga-acondicionamiento de 15 minutos. Determinar si es posible alcanzar dicha producción en la jornada de trabajo (8 horas) o es necesario realizar horas extraordinarias. En caso afirmativo indicar cuantas por jornada.
  • EP-F-004. (PDF).  En una planta de tratamiento industrial de arcillas, se efectúa el secado de las mismas a la atmósfera extendiendo en eras, recogiéndose 16,8 toneladas de arcilla por cada 20 toneladas de arcilla inicial con un 20% de humedad. Calcule la humedad del producto final y el rendimiento del proceso.
  • EP-F-005. (PDF). Para la fabricación de mermelada se emplea un evaporador, donde se mezcla fruta triturada con azúcar en proporción en peso de 9:11, adicionándose un 2,3‰ de pectina. La mezcla se homogeneiza y se concentra por evaporación hasta el 67%. ¿Qué cantidad de agua se evaporará a partir de una fruta con un contenido en sólidos del14%? Todos los porcentajes dados son en peso.
  • EP-F-006. (PDF). Se desea depurar una corriente de gas de 100 m3/h, medidos en condiciones normales, con un contenido de H2S del 10% en volumen, hasta alcanzar una concentración final en H2S de 0,1%. Para ello se ha decidido emplear una columna de absorción, utilizándose como absorbente, agua con un contenido inicial en H2S de 0,001 g/l. Si la solubilidad del H2S en agua en esas condiciones es de 0,2 M. Calcular el caudal mínimo de agua a emplear, así como la cantidad de H2S absorbida por el agua
  • EP-F-007. (PDF). En un proceso de decapado de plancha de acero se emplea como agente decapante una corriente de 1 m3·h-1 de ácido clorhídrico del 35% en peso y densidad 1,174 kg·l-1. Si la concentración en ácido a la entrada y salida del tanque de decapado son de 240 y 125 g·l-1 respectivamente. Calcular el porcentaje de purga que se está realizando, así como la cantidad de ácido consumido, suponiendo que el volumen de la corriente de ácido permanece constante.
  • EP-F-008. (PDF). En una caldera se consumen 50 l·h-1 de gasóleo, empleándose aire como comburente. Si la densidad del gasóleo es de 840 g·l-1, y se le supone constituido exclusivamente por pentadecano. Calcule la composición de los gases de salida, así como el caudal volúmico de aire necesario, medido a 15 ºC y 1 atm de presión.

 

PROBLEMAS SOBRE BALANCE DE MATERIA (apartado 1.2)

  • EP-F-009. (PDF). Determinar la composición de una mezcla supuesta ideal de acetona y tolueno, que hierve a 80 ºC, si a esta temperatura sus pºvap son de 1610 y 290 mmHg,
    respectivamente.
  • EO-F-010. (PDF). Las fracciones molares de líquido y vapor en equilibrio y las temperaturas de ebullición para mezclas de benceno y tolueno son las siguientes:

    a) Trace el diagrama de puntos de ebullición del sistema benceno/tolueno.

    b) Determine la temperatura de ebullición de la mezcla líquida de fracción molar en benceno 0,37 y la composición del vapor en equilibrio.
    c) Si se calienta una mezcla equimolecular de benceno y tolueno hasta que la temperatura de ebullición aumente en 2ºC, calcule la composición de la mezcla líquida y la cantidad de líquido que ha pasado a vapor

  • EP-F-011. (PDF). En un proceso de destilación con reflujo de una mezcla de componentes A y B, cuya curva de destilación queda reflejada en el gráfico adjunto, se introducen en la
    columna de fraccionamiento 150 mol h-1 de disolución de fracción molar 0,29 en A a 110 ºC. Si las temperaturas del vapor y el líquido obtenidos son respectivamente de 49 y 140 ºC, determinar:
    a)la fracción molar en A del vapor y líquido obtenidos,
    b)el caudal de líquido y vapor condensado a la salida del destilador,
    c)el rendimiento del proceso de obtención del componente A en el vapor.
  • EP-F-012. (PDF). Dado el esquema de la figura adjunta, para un sistema de destilación por arrastre de vapor de xileno. Calcule los flujos de alimentación y del destilado.

  • EP-F-013. (PDF). Dada la gráfica adjunta, ¿cuál sería la temperatura de rocío de una corriente de gas con una humedad relativa del 80 % a 20 ºC?
  • EP-F-014 (PDF). En una columna de destilación se procede a la separación de 10.000 kg/h de una mezcla de benceno y tolueno al 50 %. El producto recuperado, tras condensar el vapor (V) en cabeza de columna, contiene un 95% de benceno y el residuo recogido en cola de columna (W), un 96% de tolueno. La corriente de vapor que llega al condensador es de 8.000 kg/h. Una parte del producto se regresa a la columna como reflujo (R) ¿Cuál es la relación entre el reflujo y el producto destilado (R/D)? (Nota todos los porcentajes son en peso)
  • EP-F-015  (PDF). A un proceso entran 1000 m3 de aire húmedo a 101 kPa y 22ºC, con un punto de rocío de 11ºC. El aire sale del proceso a 98 kPa con un punto de rocío de 58ºC ¿Cuántos kilogramos de vapor de agua se adicionan por cada kilogramo de aire húmedo que entra al proceso?
  • EP-F-016 (PDF). Se desea secar una corriente de 5500 m3/ h de aire húmedo (medidos a 361 K y 102,4 kN/m2) con una presión parcial de vapor de agua de 9066 N/m2. Para ello se pone en contacto dicha corriente con otra de ácido sulfúrico del 72% en peso en una columna de absorción. El aire "seco" abandona la columna a 322 K y 98,66 kN/m2, con una presión parcial de vapor de agua de 840 N/m2. El ácido sale de la columna con una concentración del 67%; parte de él se elimina y el resto se mezcla con ácido del 98% para preparar el ácido del 72%. Calcular: a) caudal volumétrico del aire "seco" que abandona la columna; b) caudal de ácido del 98% necesario; c) caudal de ácido del 67% que se elimina d) caudal de ácido del 67% que abandona la columna, e) mínima temperatura a la que podría utilizarse el aire que sale de la columna sin que se observe condensación de agua. 

  • EP-F-017 (PDF). Se quema carbono libre de hidrógeno en forma de coque con combustión completa empleando las cantidades estequeométricas de aire (20/80 v/v O2/N2), e inyectado a 50ºC y 101 KPa, con una temperatura de rocío de 20ºC. Calcular la cantidad y composición de los gases de salida por cada 100 kg de coque quemado. (Pºagua(20ºC)=17 mmHg)
  • EP-F-018 (PDF). En una fábrica de curtidos se produce una corriente gaseosa de 250 m3/h con un contenido en H2S de 12,5 ppm (mg/l). Se quiere eliminar el H2S de dicha corriente, para lo cual se diseña una línea de tratamiento de gases que entre otros elementos posee una columna cilíndrica de adsorción con carbón activo de 1 m de diámetro y 4 m de longitud. En ensayos en planta piloto se ha determinado que el valor de saturación del H2S para el carbón activo de densidad 500 kg/m3 empleado, es de 0,2 g/ g de carbón activo. ¿Cada cuanto tiempo ha de ser sustituida la columna?
  • EP-F-019 (PDF). En un proceso de extracción de una sustancia A presente en una disolución acuosa, mediante un disolvente orgánico inmiscible en el agua y de densidad 1,8 kg l-1, se quiere alcanzar un rendimiento en la extracción del 98%. Teniendo una corriente de entrada de disolución acuosa de 10 m3·h-1 con una concentración en el componente A de 0,5 kmoles m-3 y, sabiendo que el coeficiente de reparto disolvente/agua es de 30, determinar el caudal de disolvente necesario. Repetir los cálculos para rendimientos del 94 y 90%. ¿Cuál es el motivo de estas variaciones?
  • EP-F-020. (PDF). Se quiere modificar el sistema de extracción del problema anterior, para lo cual se plantea utilizar un caudal de disolvente orgánico de 0,5 m3·h-1. ¿Cual sería el rendimiento alcanzado si el proceso de extracción se realiza en una etapa? ¿y si se realizara en “n” etapas con un caudal de (0,5/n) m3 h-1 cada una? 
  • EP-F-021. (PDF). Se tiene un sistema de ablandamiento de aguas formado por una columna de cambio catiónico de 1 m3 de capacidad de cambio 2 val·l-1. Si se quiere tratar un caudal de 1 m3·h-1 de un agua dura con 150 ppm de calcio ¿cada cuanto tiempo habrá
    que regenerar la columna?
  • EP-F-022. (PDF). En un taller de niquelado, se quiere recuperar el Ni(II) residual de los baños de lavado, para lo cual se propone el empleo de una columna de lecho fijo de resina Amberlite® IR-120 de volumen tal que sea necesaria su regeneración trimestral. La
    disolución de alimentación de la columna de intercambio catiónico tiene un caudal de 100 m3·dia-1, con una concentración de 7 ppm en Ni(II). La resina tiene una capacidad de cambio de 2,23 eq/kg y una densidad aparente de 0,85 kg/l. Si en el taller se trabaja durante los cinco días de la semana, ¿cuál debe ser el volumen de la columna? Si por un aumento en la producción se tuvieran que tratar 135 m3/día de agua, ¿cada cuanto tiempo tendría que regenerarse la columna?
  • EP-F-023. (PDF). La pared de ladrillo refractario de un horno prismático, tiene 1 m2 de área y 20 cm de espesor. Si la cara exterior del mismo se encuentra a 47ºC cuando en el
    interior se alcanzan los 1100ºC, determinar la perdida de calor que tiene lugar a su través
  • EP-F-024. (PDF). Una tubería de PVC de 20 cm de diámetro interno, transporta una disolución a 98 ºC. Si queremos que las perdidas sean inferiores a 800 W/m, ¿que espesor debe tener suponiendo que la temperatura exterior es de 25 ºC?  
  • EP-F-025. (PDF). Una conducción de acero inoxidable de 40 cm de diámetro interno y espesor
    de 2 cm, esta aislado mediante una capa de fibra de vidrio de 10 cm de espesor y
    recubierto exteriormente de 2 cm de resina epoxy. Si la temperatura interna es de 77
    ºC y la externa de 30 ºC, calcular las pérdidas energéticas por metro de tubería
  • EP-F-026. (PDF). 1000 kg de una disolución acuosa caliente de dicromato potásico, con un contenido del 13% en peso de K2Cr2O7 se enfrían por evaporación de 640 kg de agua a 20ºC. Calcular la cantidad y el rendimiento en tanto por ciento de cristales de K2Cr2O7 obtenido. 
  • EP-F-027. (PDF). Una disolución de nitrato sódico en agua a una temperatura de 40ºC contiene 49% de NaNO3 en peso. Calcular: a) porcentaje de saturación de esta disolución,
    b) peso que puede cristalizarse de NaNO3 a partir de 1000 kg de disolución por enfriamiento a 10ºC, c) rendimiento en tanto por ciento del proceso.
  • EP-F-028. (PDF). En un cristalizador se alimentan 5600 kg/h de una disolución salina caliente con una concentración del 50% en peso de sal. Al enfriar cristaliza la sal, separándose una disolución fría saturada con un 20% en peso de sal y cristales húmedos con un 5% en peso de agua. Calcular los caudales másicos de disolución y de cristales húmedos que salen del cristalizador.
  • EP-F-029. (PDF). Se tiene un tanque con una capacidad de 2 toneladas de disolución 7,0 molal de nitrato potásico a una temperatura de 50 ºC. Para provocar la separación por precipitación de dicha sal se hace pasar una corriente de aire de 40 m3/h a una temperatura de 50 ºC y con una temperatura de rocío de 15 ºC. Determínese el tiempo necesario para que comience la precipitación de la sal potásica. Supóngase comportamiento ideal de los gases y que la corriente de aire a la salida esta saturada en vapor de agua. Datos: Mr (H) = 1,0, Mr (N) = 14,0, Mr (O) = 16,0, Mr (K) = 39,1; ρ (H2O)50ºC = 0,988 g cm-3.
  • EP-F-030. (PDF). Se desea preparar una disolución saturada de Ba(NO3)2 en agua a 100ºC. a)Calcular la cantidad de agua necesaria para disolver 1 kg de Ba(NO3)2. Una vez disuelto el nitrato de Bario, se empieza a enfriar la disolución para precipitarlo. Calcular: a)A que temperatura habrá precipitado la mitad del Ba(NO3)2 inicial. b)El rendimiento obtenido en cristales de Ba(NO3)2 cuando la disolución inicial es enfriada hasta 0ºC. c)Razonar si sería posible conseguir un rendimiento en cristales del 90% mediante enfriamiento.
  • EP-F-031. (PDF). Una melaza (disolución acuosa de azúcares) producida en un proceso de inversión de azucares, se somete a un proceso de concentración por evaporación a vacío. La alimentación del evaporador es de 6 kg·min-1, con un contenido en azúcares del 15 % en peso y una temperatura de 15 ºC, y se quiere obtener un concentrado con un contenido del 30% en azucares. ¿Cuál será el caudal de la bomba de vacío necesaria para mantener una presión en el evaporador de 10 mm de Hg.
  • EP-F-032. (PDF). A la vista del diagrama de fases que se presenta, justifique cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas y cuáles falsas. a)Una disolución de fracción molar χB=0.2 a 300ºC es no saturada, con respecto a los componentes A y B. b)Un disolución de χA=0.8 a 200ºC no podría prepararse, pues sería sobresaturada. c)La disolución de fracción molar χB=0.6 a 200ºC está en equilibrio con A y B sólidos. d)La línea MN describe el descenso del punto de fusión de A por la presencia de B. e)Para un sistema que a 300ºC es mayoritario en A, al descender la temperatura desde 225 a 200ºC la disolución se enriquece en A
  • EP-F-033. (PDF). A un sistema de absorción de amoniaco mediante una corriente de ácido clorhídrico al 25% se hace pasar un caudal de 1500 kg de aire por hora, con un 10% de amoniaco. Si la corriente de salida de gas contiene un 0,1% de amoniaco residual, y la corriente de ácido clorhídrico a la salida de la torre de absorción presenta una concentración del 5% en ácido, calcular: a) El caudal másico de la corriente de gas a la salida. b) La cantidad de amoniaco eliminada. c) La cantidad de ácido introducida en el sistema. Todos los porcentajes están expresados en peso.
  • EP-F-034. (PDF).En una fabrica de pintura en polvo se tiene un horno de secado con una capacidad de 14 t·día-1 de emulsión acuosa base. Para el proceso de secado se hace pasar una corriente de 14000m3/h de aire a 125ºC, una atmósfera de presión y una temperatura de rocío de 3ºC. La corriente de aire a la salida secador tiene una temperatura de 75 ºC, una presión de 1 atm y una humedad relativa del 94%. Sabiendo que el proceso de secado dura 10 horas y que el rendimiento del mismo es del 93%, calcular: a) Caudal de aire a la salida del horno, b) agua transferida por ciclo y c) contenido en agua de la emulsión de pintura.

PROBLEMAS SOBRE BALANCE DE MATERIA (apartado 1.3)

  • EP-F-035. (PDF). Se quema gas natural de composición en volumen (Metano 86, etano 9, CO2 1, Nitrógeno 4) con combustión completa, empleando un exceso del 5% de aire con una temperatura de rocío de 20ºC. Calcular la cantidad y composición de los gases de salida por cada 1 m3 de gas natural quemado (todos los gases se suponen medidos a 50ºC y 101 KPa).(Datos: Poagua(20ºC)=17 mmHg, 1 mmHg = 133,3 Pa, R = 0.082 atm·L·K-1·mol-1=8,309 Pa·mK-1·mol-1).
  • EP-F-036. (PDF). En una planta industrial se dimeriza CH2=CH2, transformándolo en buteno (CH3- CH=CH-CH3). La conversión en el reactor catalítico utilizado es del 40%. La corriente de efluente del reactor se conduce a un condensador para separar el buteno y el etileno gaseoso no reaccionado, el cual se recicla al reactor. Sabiendo que la corriente de buteno condensado contiene un 1% de etileno en peso y que la corriente gaseosa contiene un 5% en volumen de buteno, calcular, por cada mol de etileno fresco alimentado: a) los moles de buteno producidos; b) los moles de etileno reciclados. Repetir el problema pero suponiendo que en el condensador se separa totalmente el etileno del buteno
  • EP-F-037. (PDF). Un gas obtenido a partir de coque tiene una composición en volumen de CO del 88,9%. Este gas se quema con oxígeno puro en exceso del 20% respecto al estequeométrico. Si la combustión ocurre en un 98%, calcular el peso y la composición en tanto por ciento en volumen del producto gaseoso formado por cada 100 k de gas quemado.  

  • EP-F-038. (PDF). La energía de activación de la reacción A → B + C es de 8,336 kJ mol-1 y su factor de frecuencia A de 1,783 L·mol-1·min-1. Si la temperatura del proceso es de 50 ºC y la concentración inicial de A es 2 M, a) calcule la producción diaria de B (kg dia-1) de una planta que posee un reactor discontinuo agitado de mezcla perfecta de 10 m3. La conversión requerida es del 95 % y el tiempo de parada por proceso de carga/descarga y acondicionamiento es de 0,4 h. b) En el caso de que hubiera que aumentar la producción un 20%, ¿Cuál sería la temperatura a la que habría que realizar el proceso, suponiendo que las demás variables permanecen constantes? Datos: PM A = 160 g mol-1, PM B = 120 g mol.

  • EP-F-039. (PDF). Sea la reacción A → B + C con una constante de velocidad igual a 8 10-2 l mol-1 min-1. Si la concentración inicial de A es 2 M, calcule la producción diaria de B (kg dia-1) de una planta que posee un reactor discontinuo agitado de mezcla perfecta de 10 m3. La conversión requerida es del 95 % y el tiempo de parada por proceso de carga/descarga y acondicionamiento es de 0,4 h. Datos: Mr (A) = 160, Mr (B)= 120 

  • EP-F-040. (PDF). La reacción de Diels-Alder del ciclopentadieno (A) con la benzoquinona (B) para dar el aducto a 25ºC, posee una k de 9.92 .10-3 m3/kmol s. Suponiendo que el cambio de volumen durante la reacción es despreciable, que el grado de conversión deseado es del 95% y que las concentraciones iniciales de A y B son de 0,1 y 0,08 kmol/m3 respectivamente, calcular el volumen del reactor necesario para obtener la producción de aducto de 10 m3/día, utilizando el reactor discontinuo isotermo de mezcla perfecta y que el ciclo de carga y descarga utiliza 1,80 horas de tiempo muerto 

  • EP-F-041. (PDF). En un convertidor de amoniaco, la alimentación fresca (A) es de 75,16% de H2, 24,57% de N2 y 0,27% de Ar. La alimentación fresca se junta con el gas recirculado y entra al reactor con un contenido del 79,52% en H2, mientras que el gas que sale del separador de amoniaco contiene un 90,01% de H2 y nada de amoniaco. Sabiendo que la purga (P) tiene un 2,7% de Ar, calcular: a)El valor de las corrientes R (recirculado) y P (purga), expresado en moles por cada 100 moles de alimentación fresca.
    b)¿Cuál es la conversión fraccional del hidrógeno a su paso por el reactor? 

  • EP-F-042. (PDF).  En una planta industrial se obtiene éter dietílico por condensación de etanol en medio ácido, según la reacción: 2 C2H5OH ↔ C2H5-O-C2H5 + H2O. La alimentación está constituida por una mezcla de etanol y agua (95% de etanol, 5% de agua, porcentajes en peso), que se alimenta en contracorriente a un reactor con una disolución concentrada de ácido sulfúrico, tal y como se indica en el esquema adjunto. El reactor se ha diseñado de modo que se obtiene una conversión del 87% del etanol alimentado. El eter producido se separa de la corriente de etanol acuoso, la cual se alimenta a un nuevo separador con el objetivo de recuperar el etanol no reaccionado. Si la producción final de eter dietílico es de 12000 kg/h, determinar:
    a) El valor de la corriente de alimentación, A, expresado en kg/h.
    b) El valor de la corriente de recirculación, R, expresado en kg/h.
    c) Si la corriente de H2SO4 (93% peso) que se alimenta al reactor es de 200 kg/h y el residuo, RS, obtenido tras la segunda operación de separación, contiene el 10% del ácido sulfúrico que se alimenta al reactor, calcular la concentración de ácido sulfúrico, expresada como porcentaje en peso, en la disolución diluida que sale del reactor, H. La composición de la corriente RS es del 40% de ácido sulfúrico y 60% de agua. (Todas las composiciones de las corrientes están expresadas como porcentaje en peso)

  • EP-F-043. (PDF). La hidrólisis enzimática de la sacarosa (C12H22O11) para producir azúcar invertido (glucosa y fructosa (C6H12O6)), presenta a 15 ºC una constante de velocidad de 1,38·10-3 min-1. Se ha de diseñar un reactor de flujo pistón de sección 50 m2, para el tratamiento de 0,6 kg·min-1 de una melaza (disolución acuosa de azúcar) de
    densidad 1,3 kg·m-3, que contiene un 10 % en peso de sacarosa, si se quiere alcanzar un rendimiento del 90 %, cual debe ser la longitud del mismo 

  • EP-F-044. (PDF). Se desea neutralizar una corriente de 1kg/s de una disolución acuosa de H2SO4 25% w/w, para lo cual se introduce esta corriente en un tanque agitado al que llega otra corriente de una disolución acuosa de NaOH al 10% w/w. Suponiendo mezcla perfecta en el tanque y una vez alcanzado el estado estacionario. Calcular el caudal necesario de NaOH al 10% en peso para neutralizar toda la corriente de disolución acuosa de H2SO4 que entra en el reactor

  • EP-F-045. (PDF). Un tanque de 2000 l de capacidad contiene inicialmente 500 l de agua a pH = 7. Se alimenta. con una disolución de ácido sulfúrico de pH = 1, con un caudal de 100 l/min. El tanque, perfectamente agitado, está provisto de rebosadero. Determínese:
    a) pH cuando está lleno.
    b) El tiempo transcurrido hasta alcanzar un pH = 1,15.
    c) ¿Es válido suponer que el pH varía linealmente con el tiempo? 

  • EP-F-046. (PDF). En un tanque agitado de 500 l, se quiere realizar la reacción irreversible de isomerización A → B. La disolución de entrada presenta una concentración 8 moles l-1 en el componente A (Mr 105). En el tanque transcurre la reacción con una k = 5 h-1, originando B, siendo el caudal volúmico de salida igual al de entrada (600 l h-1), y admitiendo que la densidad de las corrientes de salida y entrada, así como en el reactor son constantes (d = 996 kg m-3). Cuando se alcanza el estado estacionario, calcular la evolución de la concentración de B en la salida con el tiempo 

  • EP-F-047. (PDF). En un reactor discontinuo de mezcla perfecta, se lleva a cabo la reacción isoterma irreversible, R → P en fase líquida. La constante cinética sigue la expresión: k = 4.48×106 exp(-7000/T), en s-1, donde T es la temperatura del proceso expresada en grados Kelvin. Datos: [R]o = 3 mol/L; VR = 18 L. a) Calcule el tiempo de reacción necesario para alcanzar una conversión del 80% a la temperatura de 40ºC. b) Indicar la producción molar diaria de P en las condiciones del apartado (a), sabiendo que el tiempo de carga, descarga y acondicionamiento es de 22 minutos (suponer 24 horas de trabajo diarias). c) Si se desea alcanzar una conversión del 95%, sin variar las condiciones de operación del apartado (a), calcule el tiempo necesario. d) ¿Cuál tendría que ser la temperatura del proceso si se quiere alcanzar el 95% de conversión sin variar el tiempo de reacción determinado en el apartado (a)? e) Si se modifica el reactor, para que funcione como un reactor continuo de mezcla perfecta. Calcular el tiempo de residencia necesario, así como el caudal volumétrico de entrada, para alcanzar la conversión del 80%. 

  • EP-F-048. (PDF). En una instalación industrial se lleva a cabo una reacción A+B→C en disolución acuosa, en un reactor continuo de tanque agitado. La ecuación cinética del proceso es v=kCACB y el valor de la constante cinética es de 0,2 l mol-1 min-1. Después de la reacción, el producto C se separa de los reactivos no reaccionados mediante la extracción en continuo con un disolvente selectivo, tal como se muestra en el diagrama adjunto. Si la alimentación al reactor es de 10 l/min y la concentración en la alimentación es CA0=2 mol/l y CB0=2 mol/l, calcular: El volumen del reactor necesario para que la producción de C en el reactor sea de 900 mol/h. El caudal de disolvente que debería utilizarse en la etapa de extracción si se quiere recuperar en el extracto el 90% del producto C. Datos: KD= 30 NOTA: suponer que no hay cambios de volumen en el sistema.

  • EP-F-049. (PDF).  En un reactor discontinuo se pretende llevar a cabo, con agitación y a una temperatura constante de 80ºC, la reacción A→B en disolución acuosa. La constante cinética del proceso a 80ºC es de K=5,37x10-4 s-1. Si el volumen del reactor es de 1000 litros y la concentración de A en la alimentación es de 0,5 mol/l, calcular: a)El número de ciclos/día necesario para conseguir una producción de B de 1600 mol/día, si en cada ciclo se alcanza una conversión del 80%. b)El tiempo total de operación/día del reactor, si el tiempo de carga y descarga es de 30 minutos. c)El producto obtenido en cada ciclo se enfría rápidamente hasta 30ºC (temperatura a la que se detiene la reacción química), tras lo cual se traslada a un contenedor cilíndrico de acero de 92 centímetros de diámetro interno y 1 centímetro de espesor que está recubierto de una capa de lana de vidrio aislante, donde debe permanecer a temperatura constante (30ºC) para evitar la formación de precipitados. Para ello el contenedor tiene una resistencia calefactora capaz de aportar 2000 J/s. Considerando que las cubiertas superior e inferior del contenedor están perfectamente aisladas y no intercambian calor con el exterior, calcular el espesor que deberá tener la capa de lana de vidrio, sabiendo que la temperatura mínima en la instalación sigue la pauta que se refleja en la tabla.

  • EP-F-050. (PDF). Para una reacción A → Productos, determinar: a) la expresión de la ecuación cinética, sabiendo que la conversión alcanzada es del 50% en un reactor continuo de mezcla perfecta de 1 litro de capacidad, y del 70,3% en otro equivalente de 4 litros de capacidad. b) ¿Cual será la conversión a la salida 

  • EP-F-051. (PDF). La fermentación enzimática de una melaza de caña de azucar  (disolución acuosa de azúcar) para producir biocombustible (etanol Mr = 46), presenta a 15 ºC una constante de velocidad de 10-2 min-1. Se ha de diseñar un reactor de mezcla perfecta cilíndrico de 8 m de diámetro, para el tratamiento de 0,5 m3·min-1, con un contenido en azucar de 1,5 mol/L. Se quiere alcanzar un rendimiento del 90 %, calcular: a) altura del fermentador, b) producción diaria de etanol expresada en toneladas·día-1. Azucar <=> 2 Etanol + subproductos   

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