Problemas de Balances de Materia y Energía

Problemas de Balances de Materia y Energía

1.-        Un carbón cuyo análisis elemental en base seca arroja un 84% de C, un 5% de H y un 2% de S (entre otros elementos) se quema con un 20% de exceso de aire. El carbón tiene un 12% de humedad. ¿Qué cantidad de SO2 se emitiría, como máximo, a la atmósfera si se queman 10 t/h del mismo? ¿Cuál sería la concentración máxima de SO2 en los gases de salida expresada en mg SO2/m3 de gases en condiciones normales?

2.-        En un horno se queman totalmente 3.000 kg/h de fuelóleo con un 35% de exceso de aire cuya humedad absoluta es del 1%. Calcular:

a)        Composición del gas resultante sobre base húmeda.

              b)        Composición del gas resultante sobre base seca.

              c)        Caudal volumétrico de aire empleado, medido a 45ºC y 1 atm.

              d)        Volumen de gas producido por kg de combustible quemado, medido a 300ºC y 1 atm.

Datos: Análisis elemental del fuelóleo:  86% C, 14% H  (% en peso).

3.-        En un horno vertical continuo se descompone caliza (100% CaCO3) para producir cal (CaO), liberándose CO2. La energía necesaria para la calcinación se consigue quemando metano con un 50% en exceso de aire. Si se queman completamente 6 m3 de metano (medidos en condiciones normales) por cada 100 kg de caliza, calcúlese la composición del gas residual.

5.-        Una planta de producción de energía quema un gas natural de la siguiente composición (en volumen): 96% CH4, 2% C2H2, 2% CO2 y un fuelóleo cuya composición se ajusta a la fórmula empírica C15H27. Los gases de combustión arrojan el siguiente análisis: 10% CO2, 0,63% CO, 4,55% O2. Determínese la proporción relativa de gas natural y de fuelóleo que consume la instalación.

6.-        En una instalación industrial se dimeriza etileno a buteno en régimen continuo en un reactor catalítico que opera con una conversión del 40%. La alimentación fresca consiste en etileno puro y a la salida del reactor los gases pasan continuamente a un condensador en el que se separa una corriente líquida que contiene la mayor parte del buteno formado, al que acompaña un 1% en peso de etileno, reciclándose el gas no condensado al reactor. El reciclado contiene 5% en volumen de buteno y el resto etileno. Se desea conocer la producción de buteno y la cantidad total recirculada (buteno + etileno) por cada 100 kmoles de alimentación fresca.

7.-        El etiltolueno (C9H12) puede obtenerse por alquilación catalítica del tolueno con etanol en fase vapor en una instalación como la esquematizada en la figura:

[pic 1][pic 2]

C7H8                        F                  A           REACTOR              X              SEPARADOR        C                                   C9H12

                  C2H5OH                                                                                                                                                                                                                H2O[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

                                                [pic 7]

                                                                                                                R                                                                                S                                        P                                C7H8

                                                                                                                                                                                                                                                                    C2H5OH [pic 8][pic 9]

                                                                                                                                                                                                                                                                        H2O

El alimento fresco contiene un 20% en exceso de etanol sobre el estequiométrico necesario y en el reactor se convierte el 80% del tolueno alimentado. Los productos de reacción pasan a un separador del que se obtienen dos corrientes, una corriente C que contiene un 35% en moles de agua y todo el etiltolueno formado y otra corriente S que se desdobla en dos, una de purga P, para evitar que se acumule el vapor de agua formado, y otra R, que se recircula al reactor. Si la relación entre las corrientes C y P es 2:1 (en moles). Calcúlese:

a)        Caudales y composiciones de todas las corrientes indicadas.

b)        Rendimiento de tolueno a etiltolueno.

8.-         El formaldehído se obtiene por reacción entre metanol y oxígeno en presencia de un catalizador de plata, de acuerdo con el esquema que se indica en la figura. El aire se introduce en el sistema en un 100% en exceso respecto del estequiométrico necesario para el alimento fresco, alcanzándose una conversión en el reactor del 60%. El producto de reacción pasa a un separador en el que se obtienen tres corrientes, una de metanol puro no convertido, que se recircula a la entrada del reactor, el agua líquida y una corriente gaseosa que contiene nitrógeno, oxígeno y formaldehído. Calcúlese:

a)        El caudal de las diferentes corrientes del proceso si se alimenta al sistema 100 kmol/h de metanol fresco.

b)        La composición de las corrientes que entran y salen del reactor.

[pic 10]

                                                                                                                CH3OH (R)[pic 11]

[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

[pic 22]

                                   CH3OH                                      REACTOR                      Y                       SEPARADOR

100 kmol/h                                                                                                                                                                     Z                        N2

O2 

CH2O

        Aire (X)                                                                                                             H2O (P)

CH3OH  + 1/2 O2  ⎯→ CH2 O+ H2O

9.-        En una planta de producción de óxido de etileno la alimentación fresca consiste en un 25% de etileno y un 75% de aire (en moles). En el reactor tienen lugar las dos reacciones siguientes:

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