Problemes tema 3.2 (amb resposta) (0)

Ejercicio Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura Enginyeria ambiental
Año del apunte 0
Páginas 6
Fecha de subida 14/06/2014
Descargas 10
Subido por

Vista previa del texto

Curs 2009-2010 INTRODUCCIÓ A L’ENGINYERIA AMBIENTAL Tema 3, Llista 2: Balanços de matèria amb reacció química 3.8.- En un reactor químic continu (sistema dinàmic) es desenvolupen simultàniament les següents reaccions: 3H2 + N2 → 2NH3 H2 + CO2 → CO + H2O Si la mescla reactant conté el 68.4% d’H2, el 22.6% de N2 i el 9% de CO2, i el corrent gasós a la sortida del reactor conté un 15% d’NH3 i un 5% d’H2O (en forma de vapor a les condicions de sortida), calculeu : a) Quina espècie química és aconsellable escollir com a component clau per a referir el grau de conversió? Per què? b) Quina és la conversió de l’H2 en la primera i segona reacció considerades? c) Calculeu els percentatges d’H2 i N2 en el corrent que surt del reactor.
Dades i notes: Tots els percentatges són molars.
3.9.- En una indústria es produeix òxid d'etilè mitjançant oxidació d’etilè amb aire en presència d'un catalitzador. Cal controlar les condicions de forma que una fracció d'etilè passi a òxid d'etilè, part quedi sense reaccionar i una altra part s’oxidi totalment a CO2 i H2O, essent la formació de CO menyspreable.
Els gasos, després d'abandonar el reactor, contenen òxid d'etilè que no pot ser llençat a l'atmosfera; per això passen per un absorbent on l'òxid d'etilè queda retingut. Una anàlisi d'Orsat ordinària dels gasos (veure nota) que abandonen l'absorbent dóna: 9.6% de CO2, 3% de O2 i 6.4% d'etilè.
Les reaccions que tenen lloc són les següents: 1 C 2 H 4 + O2 → C 2 H 4 O 2 C 2 H 4 + 3O2 → 2CO2 + 2 H 2 O Quin és el grau de conversió de l'etilè a òxid d'etilè en el reactor? Dades i notes: El sistema funciona en règim continu i estacionari. L'anàlisi d'Orsat dóna la composició del gas exempt d'aigua.
3.10.- Si 10 Kg de PbS i 3 Kg d’O2 reaccionen per donar lloc a 6 Kg de Pb i 1 Kg de PbO2, i si només es forma SO2 com a subproducte addicional de les reaccions que tenen lloc, calculeu: a) La quantitat de PbS que no reacciona.
b) La quantitat de SO2 formada.
c) El percentatge de conversió de PbS a Pb.
Les reaccions que tenen lloc són les següents: PbS + 2O 2 → PbO 2 + SO 2 PbS + O 2 → Pb + SO 2 3.11.- S'ha de projectar un forn per cremar coc a la velocitat de 200 Kg/h. El coc té la següent composició: Carboni .... 89.1% Cendres .... 10.9% L'eficàcia del forn és tal que es crema el 90% del carboni present en la càrrega de coc. Es subministra aire en un excés del 30% (del necessari) per a la combustió completa a CO2 de tot el carboni de la càrrega. Es suposa que el 97% del carboni s'oxida a diòxid, i la resta a monòxid.
Les reaccions que tenen lloc són les següents: C + O2 → CO2 2C + O2 → 2CO a) Calculeu la composició, en volum, dels gasos de xemeneia que surten del forn.
b) Si els gasos de la xemeneia abandonen el forn a la temperatura de 550 °F i a una pressió de 743 mm Hg, calculeu el cabal volumètric dels gasos, per al que s'ha de projectar el tub de la xemeneia.
3.12.- En un forn per a la producció de SO2 es cremen pirites que contenen el 76% de S2Fe, el 14% d'inerts, el 5% de SiO2 i el 5% d'humitat. Els gasos abandonen el forn a la temperatura de 650 °C i a la pressió de 25 psi.
S’alimenta aire amb un percentatge d’excés del 20 % respecte el necessari estequiomètricament, segons la reacció: 2S2Fe + 11/2 O2 Æ 4SO2 + Fe2O3 Sabent que el grau de conversió de la reacció és del 60%, calculeu: a) Composició en % en volum dels gasos que abandonen el forn.
b) Composició en % en pes dels residus sòlids del forn.
c) Kg de SO2 produïts per tona de mineral de pirita.
Dades i notes: Percentatges en pes 3.13.- L'alcohol etílic s'obté per hidratació catalítica de l'etilè segons la reacció i esquema següents: CH2=CH2 + H2O → CH3CH2OH Etilè pur Reactor Condensador Alcohol + aigua Etilè + aigua Sabent que la relació molar d'aigua a etilè que entra al reactor ha de ser de 0.6 i que la conversió d'etilè es del 4.2% per pas calculeu: a) La relació de recirculació (mols etilè recirculats per mol d'aliment fresc).
b) La composició de l'aliment fresc.
c) La composició de la mescla producte d'alcohol i d'aigua.
3.14.- Per a l'obtenció d'un compost C segons la reacció: 2A + B Æ C s'introdueixen en el reactor, els compostos A i B en proporció estequiomètrica, acompanyats per una certa quantitat d'inerts (I). El grau de conversió assolit en el reactor és del 50% per pas. A la sortida del reactor disposem d'un sistema que separa el producte C pur, el reactiu B que no ha reaccionat i el reactiu A acompanyat d'inerts, que es recircula.
La composició a l'entrada del reactor, en inerts, no ha d'ésser superior al 4% en fracció molar.
L'aliment fresc té una composició del 2% en material inert.
Si es volen obtenir 100 mols/h de component C pur, determineu.
a) La quantitat i composició del corrent de purga.
b) La quantitat i composició del corrent d'aliment fresc.
3.15.- Examen setembre 2000. El residu gasós d’una indústria química que conté hidrogen, nitrogen i diòxid de carboni s’aprofita per a la producció d’amoníac en una planta que opera segons l’esquema: 6 5 7 1 2 4 3 REACTOR SEPARADOR Al reactor tenen lloc dues reaccions: la formació d’amoníac i una reacció no desitjada de formació de monòxid de carboni: 3 H2 + N2 → 2 NH3 H2 + CO2 → CO + H2O Es consumeix el 70 % de l’hidrogen que entra al reactor en la formació d’amoníac i el 2% en la reacció no desitjada.
El corrent a la sortida del reactor s’envia a un separador on s’obté un corrent aquós d’amoníac i un corrent de gasos que conté el reactius que no han reaccionat (H2,N2,CO2) i el CO. Aquest corrent gasós 5 es recircula al reactor. Per evitar l’acumulació de CO al reactor es purga part d’aquest corrent.
a) Al reactor (corrent 2) entren 300 kmol/h d’hidrogen, 100 kmol/h de nitrogen, 100 kmol/h de diòxid de carboni i CO. El CO representa l’ 1% en mols del corrent 2. Calculeu el cabal i composició a la sortida del reactor.
b) Calculeu el cabal i composició del producte d’interès (4), l’aliment fresc (1) i la purga (6) 3.16.- Segona prova parcial juny 2000. Una instal·lació depuradora d’aigües residuals elimina amoni per nitrificació/desnitrificació biològica, d’acord amb la següent reacció global: NH 4+ + O2 → 1 N 2 + 2 H 2 O 2 Els microorganismes estan retinguts en el sí del reactor i actuen com a un filtre biològic. A la instal·lació de la figura s’alimenta aigua residual amb un 10% d’amoni. Alhora, s’introdueix oxigen pur en fase gas, en una quantitat que correspon a un 180% en excés respecte de la necessària estequiomètricament per oxidar completament l’amoni que entra al reactor pel corrent 2. Com que la reacció té lloc en la fase aquosa, només hi intervé l’oxigen dissolt, i cal tenir en compte que només un 25 % de tot l’oxigen que entra en la fase gas (corrent 3) acaba passant a la fase líquida.
El grau de conversió del reactor és del 90% respecte l’oxigen. Al reactor surten els gasos pel corrent 4, és a dir, l’oxigen que no ha passat a la fase aquosa (el 75% del que entra pel corrent 3), i el nitrogen generat per la reacció, ja que es pot considerar el nitrogen com a no soluble en aigua. El corrent de sortida del procés, corrent 5, es porta a un desgasificador, on s’elimina l’oxigen dissolt en aigua que no ha reaccionat, i al mateix temps es recircula part del líquid a l’entrada del reactor.
Hom desitja que el cabal molar d’amoni a la sortida del procés (corrent 7) sigui un 98% inferior al d’entrada. Calculeu, per 100 kmol/h d’aliment fresc: a) el cabal i composició del corrent dels gasos de sortida del reactor (corrent 4) b) el cabal i composició del corrent de sortida del procés i el cabal de recirculació.
8 O2 5 4 O2, N2 D 7 H2O, NH4+ 6 H2O, NH4+ R R: reactor D: desgasificador 3 O2 gas 2 1 H2O, NH4+ 3.17. Examen Juny 2002: Una depuradora rep aigües de dos nuclis de població. A causa de la proximitat amb diverses indústries, les aigües del primer corrent, que arriben a la depuradora amb un cabal de 1500 m3/dia, contenen una concentració del 2.7% en pes d’un contaminant A (PM=95g/mol) i els 3200 m3/dia del segon dels corrents tenen un 5.1% en pes d’un altre contaminant B (PM=36g/mol).
Per tal d’eliminar aquests dos contaminants, que són altament tòxics i no biodegradables, s’ha de portar a terme una etapa prèvia al tractament biològic, que consisteix en una transformació química mitjançant un reactiu Q (PM=52g/mol). El reactiu entra al reactor amb un 10% d’excés respecte a l’estequiomètricament necessari. La reacció es porta a terme en un tanc obert a l’atmosfera, cosa que provoca la pèrdua del 5% del contaminant volàtil B que s’alimenta al reactor abans que aquest pugui reaccionar. Les reaccions que tenen lloc són les següents: ⎯→ C A+Q⎯ B+Q⎯ ⎯→ D L’esquema del procés és el següent: Bgas H2O, A H2O REACTOR H2O, B A,B,C,D,Q H2O SEPARADOR A, B, C, D (tractament biològic) Q Q a) Quants mols/h de contaminant B s’alliberen a l’atmosfera per evaporació? Sabent que es recirculen 21620mols/h del reactiu Q i que entren al tractament biològic 130 mols/h residuals del contaminant A,calculeu: b) Quins són els graus de conversió de les dues reaccions? c) Quina és la composició (fraccions màssiques) del corrent d’entrada al tractament biològic? Dades addicionals: ρcorrent 1=1298 Kg/m3 ρcorrent 2= 990 Kg/m3 PMC = 72 g/mol PMD = 45 g/mol Solucions Tema 3, Llista 2: Balanços de matèria amb reacció química 3.8.- H2; 3.9.- x1=0.286, x2=0.064; 51.1% H2, 18.5%N2; x1=0.427 3.10.- a) 0.009 kmols b) 0.033 kmols=2.11 kg de SO2 3.11.- a) 6.67% O2, 78.8% N2, 14.1% CO2, 0.43% CO c) 69.05% b) Ql=4334 m3/h 3.12.- a) 10.51% O2; 7.64% SO2; 79.05% N2; 2.795% H2O b) 38.12% S2Fe; 38.05% Fe2O3; 17.56% inerts; 6.27% SiO2 c) 486.4 Kg SO2/Tm Pirita 3.13.- a) 1.49 b) 93.46% H2O, 6.54% etilè c) 93% H2O, 7% alcohol 3.14.- a) 87.8 mol/h, 88.9% A, 11.1% I b) 487.8 mol/h, 57% A, 2% I, 41% B 3.15.- a) 365.05 kmol/h; 23.01% O2, 8.22% N2, 25.75% CO2, 38.35% NH3, 3.07% CO, 1.64% H2O b) corrent 4: 146 kmol/h; 96% NH3, 4% H2O corrent 1: 405.3 kmol/h; 64.65% H2, 21.29% N2, 14.06% CO2 corrent 6: 118.85 kmol/h; 38.3% H2, 13.7% N2, 42.9% CO2, 5.04% CO 3.16.- a) 37.57 kmol/h; 87% O2, 13% N2 b) 109.8 kmol/h; 0.182% NH4+, 99.818%H2O; recirculació: 3052.75 kmol/h 3.17.- a)9350 mols/h b)X1=10% ; X2=81% c)0.0046% A; 0.00735%B; 0.588%C; 2.95%D ; 98.67% H2O ...