Problemas Plantas Y Procesos

5.53.- El acido tereftálico (TPA), la materia prima para la manufactura de fibra de poliéster, película y envases para refresco, se sintetiza a partir de p-xileno (PX) por el proceso siguiente:

Se combina una alimentación fresca de PX líquido puro con una corriente de recirculación que contiene PX y una solución (S) de un catalizador (una sal de cobalto) en un solvente (metanol). La corriente combinada, que contiene S y PX en una relación de masa 3:1, se alimenta a un reactor en cual 90% del PX se transforma en TPA. También se alimenta el reactor una corriente de aire a 25°C y 6 atm absolutas. El aire burbujea a través del líquido y la reacción mencionada antes se realiza bajo la influencia de un catalizador. Una corriente líquida que contiene PX sin reaccionar, TPA disuelto y todo el S que llegó al reactor entran a un separador donde se forman cristales sólidos de TPA y se filtran de la solución. El filtrado, que contiene todo el S y el PX que salen del reactor , es la corriente de recirculación. Una corriente de gas que contiene oxígeno y nitrógeno sin reaccionar, así como el agua formada en la reacción, sale del reactor a 105°C y 5.5 atm absolutas y pasa por un condensador en el cual se condensa casi toda el agua. El gas no condensado contiene 4% mol de 02.

a) Tomando como base el cálculo 100 kmol de TPA producido/h, dibuje y marque el diagrama de flujo del proceso.

b) ¿Cuál es la velocidad de alimentación fresca requerida (kmol PX/h)?

c) ¿Cuáles son las velocidades de flujo volumétrico (m3/h) del aire que se alimenta al reactor, del gas que sale de este último y del agua líquida que sale del condensador? Suponga comportamiento de gases ideales para ambas corrientes de gas.

d) ¿Cuál es la velocidad de flujo másico (kg/h) de la corriente de recirculación?

e) Explique en pocas palabras las funcionas del oxígeno, nitrógeno, catalizador y solvente en el proceso.

f) En el proceso real, la corriente de condensado líquido contiene agua y PX. Especule sobre lo que podría hacer con dicha corriente para mejorar la economía del proceso. [Sugerencia: Observe que el PX es caro y recuerde lo que se dice sobre el aceite (los hidrocarburos) y el agua.]

5.54.- El siguiente es el diagrama del flujo del proceso para síntesis de metanol.

Sep1. Condensa todo el metanol y el agua en el efluente del reactor.

D.- Metanol líquido y agua. (Estas especies se separan por destilación en una unidad que se muestra.)

E.- Gas que contiene CO, H2 y CO2 sin reaccionar y N2

Sep2. Proceso de separación de unidades múltiples.

F. Todo el nitrógeno y parte del hidrógeno de la corriente E.

G.- Corriente de recirculación- CO, CO2 y 10% de hidrógeno alimentado al Sep2.

a) Tomando como de cálculo 100 kmol/h de la corriente B, calcule las velocidades de flujo molar (kmol/h) y las composiciones molares de las seis corrientes marcadas restantes.

b) El proceso se usará para producir 237 kmol/h de metanol. Aumente de escala del diagrama de flujo del inciso (a) para calcular la velocidad de alimentación fresca que se requiere (SCMH), la velocidad de flujo del efluente del reactor (SCMH) y la velocidad de flujo volumétrico real del efluente del reactor (m3/h), suponiendo comportamiento de gas ideal.

c) Emplee la regla general para gases diatómicos descrita en la p. 192 para probar la suposición de comportamiento de gas ideal en la salida del reactor. Si la suposición no es válida ¿Cuáles de los valores calculados en el inciso b son erróneos?

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