Laboratorio de Simulación de Procesos Químicos Ejercicio 1: El flujo de alimentación, de una unidad que consiste en dos columnas, contiene 30% de benceno, 55% de tolueno y 15% de xileno. En la primera columna se tiene la siguiente recuperación en el destilado: benceno 94%, tolueno 2,5% y xileno 2%. La corriente de fondo se alimenta a la segunda columna. En la segunda columna se tiene la siguiente recuperación en el fondo: benceno 2%, tolueno 1% y xileno 92%. Realizar los balances de materia. Ejercicio 2: Una corriente compuesta de: N2 10%, CO2 5%, C3 10%, C5 30%, C6 25% y C7 20%, a 0°C y 10 bar, se somete a un proceso de separación flash. Las condiciones de operación son: 20°C y 5 bar. Determine la fracción vaporizada, las composiciones de ambas corrientes y el calor requerido. Ejercicio 3: En un proceso se tiene dos efluentes acuosos con las siguientes características: Corriente 1: CO 0,1%; CO2 0,2%; SO2 0,05% en peso; 100 kg/h, 5°C y 30 bar Corriente 2: CO 0,01%; SO2 0,2%; Cl2 0,3% en peso; 100 kg/h, 0°C y 10 bar Para reducir la concentración de contaminantes en el efluente se propone lo siguiente: Ambas corrientes se someterán a separaciones flash a 20°C y 2 bar. Se espera que las fracciones vaporizadas sean ricas en CO y CO2, es por ello que la mezcla de ambas se tratará en un tamiz molecular que puede remover hasta el 80% de gases como el SO 2 y el Cl2. Las fracciones condensadas se someten a un proceso químico en fase líquida en donde se remueve el 90% de SO2 y el 95% del Cl2. Determine la composición de la corriente rica en CO2 y CO; además de la composición del efluente acuoso. Ejercicio 4: Se precisa añadir ácido sulfúrico diluido a baterías secas a fin de activarlas. Se tiene 2 000 kg de una solución, con 12,43% de ácido, a la que debe incrementarse la concentración de ácido a 18,63%. Para ello se utilizará ácido concentrado a 77,7%. ¿Cuánto de ácido concentrado debe añadirse? Ejercicio 5: Una unidad que opera a 3 bar debe ser alimentada con una solución acuosa de alcohol al 5%, 20°C y 90 gpm. El punto de alimentación se ubica a 20 m sobre la línea base de la bomba. La línea de succión comprende una tubería de 2 in Cd 40 y 10 m de longitud. Entre la succión y la bomba hay un desnivel de 2 m hacia abajo, además se tiene 6 codos de 90° y una válvula de compuerta. La línea de descarga comprende una tubería de 1½ in y 60 m de longitud, tiene 8 codos de 45° R/D=2 y 2 T de salida lateral, además de una válvula check. La alimentación se almacena en un tanque a presión atmosférica. La bomba tiene una eficiencia de 70%. Determine la potencia consumida por la bomba. 1 UNJBG/ESIQ: WTorres/2019 Laboratorio de Simulación de Procesos Químicos Ejercicio 6: Se tiene 50 gpm de una solución alcohólica al 5% peso, a 20ºC y 2 bar que se calienta en un intercambiador (con P=5 psi) hasta obtener una temperatura final de 60ºC. Determinar el consumo de energía y la temperatura final. Si se utiliza un fluido de servicio a 60ºC que se enfría a 40ºC, en un intercambiador de 4 m 2 (respecto a la carcasa), U=2000 W/m2.K y 2 pasos por el lado de los tubos. Determinar la temperatura final y el calor transferido. Si el fluido de servicio transfiere 42 kJ/kg, ¿Cuál es el consumo del fluido de servicio? Ejercicio 7: Fluido 1: 80 gpm de metanol a 20°C y 1,5 bar. Fluido 2: 70 gpm de octano/heptano (equimolar) a 50°C y 2 bar. Determinar las temperaturas de salida y el calor transferido. Especificación del intercambiador: Temperatura de salida (1): 30°C Salida caliente – Entrada fría: 20°C Determinar el perfil de temperatura de salida a diferentes longitudes del tubo (Probar con longitudes desde 1 hasta 10 m). Dadas las siguientes características: U= 4000 (SI); 20 tubos; D=0,1 m (A=60x0,00785=0,471 m2) Determinar el flujo necesario para obtener: Temperatura de salida: fluido frío 25°C, fluido caliente 40°C. Ejercicio 8: Analizar la separación que se puede alcanzar al lavar una corriente de gas (C1: 1660 kmol/h; C2: 168 kmol/h; C3: 96 kmol/h; C4: 52 kmol/h; C5: 24 kmol/h) a 15°C y 20 bar; con C10: 50 kmol/h a 30°C y 15 bar. Determinar el efecto del número de etapas y la presión sobre la remoción de C4 y C5. Ejercicio 9: Para reducir el contenido de SO3 de una corriente gaseosa se utiliza un absorbedor de 5 etapas. El gas entra a 200 kmol/h, 40°C y 1 bar (composición en %mol es: CO 2 6,6%; SO3 4,5% y el resto N2). El absorbente puede ser agua a 20°C y 1 bar. Analizar el efecto del flujo molar de absorbente (en gpm) sobre la concentración de SO 3 en el tope. Ejercicio 10: Una corriente de 100 kmol/h tiene la siguiente composición: C1: 0,26; C2: 0,09; C3: 0,25; C4: 0,17; C5: 0,11; C6: 0,12 Diseñar una columna para separar la mezcla anterior vaporizada al 60% y 5 bar. La columna debe tener un condensador total y una relación de relujo igual a 1,3. Además se requiere que el 98% del C3 alimentado esté en el destilado y el 98% del C4 este en los fondos. Considerar que la presión en toda la columna es igual a la alimentación. 2 UNJBG/ESIQ: WTorres/2019 Laboratorio de Simulación de Procesos Químicos Ejercicio 11: Diseñar una columna para procesar una corriente líquida saturada a 25 psia, donde los flujos por componente, en kmol/h, son: butano 16,37; hexano 34,4; isobutano14,33; Isopentano 15,66; pentano 17,88 y propano 1,36. Considere al tercer componente ligero como el Componente Clave Ligero, cuya recuperación debe ser del 95%, mientras que la recuperación del Componente Clave Pesado debe ser del 98%. Ejercicio 12: Una planta de rectificación procesa 300 gpm de la siguiente solución acuosa: metanol 1%; etanol 10%; propanol 5%; butanol 1%; pentanol 0,02%; a 80°C y 2 bar En una columna de 22 platos (alimentación: 10) con una relación de reflujo de 3 y un consumo de 88000 MJ/h en el hervidor. Determinar las composiciones de las corrientes de salida. Cuál es el efecto de la eficiencia de los platos (70%)? 3 UNJBG/ESIQ: WTorres/2019
