Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de

Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Química
Química de Procesos
QUI-024
Hoja de Ejercicios Nº5
En cada uno de los siguientes problemas, además de lo que se solicita, calcular o determinar en cada problema
particular:
a. Dibujar una Figura que represente el diagrama de flujo del proceso cuando corresponda.
b. Construir una tabla de grados de libertad para el sistema.
c. Construir, usando planilla Excel una Tabla con los flujos de cada componente de todas las corrientes y los
flujos globales.
1. Se utiliza un sistema de purificación con recirculación, para recuperar al solvente DMF de un gas de desperdicio
que contiene 55% de DMF en aire. El producto deberá tener únicamente 10% de DMF. Calcule la fracción de
recirculación, suponiendo que la unidad de purificación puede eliminar a dos terceras partes del DMF presente
{4/5}
en la alimentación combinada a la unidad.
2.
Frecuentemente se utiliza un método de purificación de gases que consiste en la absorción selectiva de los
componentes indeseables del gas, en un medio líquido específicamente seleccionado. Posteriormente se
regenera al medio líquido mediante un tratamiento químico o térmico, para liberar al material absorbido. En una
instalación particular se alimentan temporalmente 1000 [moles/h] a un sistema de purificación (diseñado para
eliminar compuestos de azufre), cuya capacidad de diseño es de 820 [moles/h]. Como el sistema de absorción
simplemente puede manejar 82% de este flujo, se propone derivar una corriente con el exceso, de manera que
la concentración de H2 S en la salida del sistema de absorción se reduzca lo suficiente para que la corriente
mezclada de salida contenga únicamente 1% de H2 S y 0,3% de COS en base molar. Calcule todos los flujos
del sistema. La corriente de alimentación consiste (en base molar) 15% de CO2 ,5% de H2S y 1,41% de COS; el
resto es CH4 .Usando su planilla Excel recalcule el problema si en el sistema de absorción se absorbe todo el
COS y un [mol] de CO2 por cada [mol] de H2S.(se mantiene la razón de derivación y composición de la
{ Corrientes: 1: entrada divisor, 2: entrada absorbedor, 3:
alimentación).
i
salida desecho absorbedor, 4: salida absorbedor entrada mezclador, 5: salida mezclador, 6: derivación. N [mol/h] = 1000; 820; 51,8;
3
4
4
4
5
768,2; 948,2; 180; para i= 1,2,3,4,5 y 6 respectivamente. x COS=0,2178; x COS=0,0003644; x CO2= 0,1601; x CH4= 0,8389; x CO2=0,1582;}
3.
3. Considérese el sistema, de absorbedor-agotador. En este sistema, una corriente (1) que contiene 30% de CO2
10% de H2 S y un gas inerte (I), se lava de H2S y CO2 utilizando un solvente para absorber selectivamente al H2
S y al CO2. La corriente resultante (5) se alimenta a una unidad de destilación flash, en donde se reduce la
presión, y genera la separación de cantidades de CO2 , H2 S y algo de solvente, como una corriente de vapor (6).
La solución resultante se divide, regresando la mitad al absorbedor y enviando la otra mitad a una unidad de
agotamiento. En la unidad de agotamiento se reduce más la presión, para dar una corriente de destilado (10)
que contiene 30% de solvente y cantidades desconocidas de CO2 y H2S. La corriente de fondos del agotador (9),
que contiene solvente puro, se recirculo de regreso al absorbedor, después de mezclarla con algo de solvente
puro adicional, para reponer al solvente que se pierde en las corrientes de vapor del destilador flash y el
agotador. Supóngase que se opera al absorbedor de manera que la corriente de vapor de salida (2) de la
unidad no contenga H2S y únicamente 1% de CO2 . Supóngase además que la solución de alimentación al
agotador (8) contiene 5% de CO2 y que el vapor del destilador flash (6) contiene 20% de solvente. Finalmente, el
destilador flash se opera de manera que 25% del CO2 y 15% del H2S en la corriente (1) se eliminen en los
vapores de salida (6). { Sea : A: CO2; B: H2S; I: Inerte; S: solvente Corrientes: 1 (A,B,I): entrada fresca absorbedor, 2 (A,I): salida
absorbedor, 3 (A,B,S): entrada de divisor a absorbedor, 4 (S): entrada de mezclador a absorbedor, 5 (A,B,S): entrada a destilador de
absorbedor, 6 (A,B,S): salida de destilador,7 ((A,B,S): salida de destilador a divisor, 8 ((A,B,S): salida de divisor a agotador, 9 (S):
i
entrada solvente a mezclador de agotador, 10(A,B,S): salida de agotador, 11 (S): entrada solvente fresco mezclador. N [mol/h] =
1000 (base de cálculo); 606; 4379; 4097; 8870; 113; 8758; 4379;3945; 434; 153; para i= 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 y 11 respectivamente.
3
3
5
5
6
6
7
7
8
8
10
x A=0,050; x B=0,0194; x A=0,0578; x B= 0,0209; x A= 0,667; x B=0,133; x A= 0,050; x B= 0,0194; x A= 0,050; x B= 0,0194; x A= 0,504;
10
x B= 0,196}
4. Se analiza un proceso diseñado para separar 1000 [moles/h] de una mezcla de hidrocarburos saturados que
contiene 20% de CH4, 25% de C2H6, 40% de C3H8, y el resto C4H10 (todos los porcentajes en moles), en cinco
fracciones. La corriente de alimentación (A) que debe separarse ingresa a la torre de destilación I (unidad 1)
donde se obtiene un destilado (D1) que consta de CH4, C2H6, y un 3% de C3H8.También se obtiene un producto
de fondo (R1) compuesto por C2H6, C3H8 y C4H10. La corriente D1 ingresa a una segunda torre de destilación II
(unidad 2) que produce un destilado (D2) que consta de CH4 y un 0,5% de C2H6. También produce un producto de
fondo (R2) que ingresa a un tanque divisor (unidad 5). Desde este estanque, se recircula a la torre de destilación
I una corriente B, mientras que se retira del proceso la corriente P (1% de CH4, C2H6, y 10% de C3H8 ). El
producto de fondo (R1) de la torre de destilación I ingresa a una torre de destilación III (unidad 3) la cual produce
un destilado (D3) que consta de C2H6, C3H8 y un 0,2% de C4H10.También se obtiene un producto de fondo (R3)
compuesto por C3H8 y un 30% de C4H10. La corriente R3 ingresa a una torre de destilación IV (unidad 4) la cual
produce un destilado (D4) que consta de un 98% de C3H8 y C4H10.También produce un producto de fondo (R4)
compuesto solamente por C4H10.
Considere que esta planta se opera de manera que la recirculación a la unidad 1 es el 50% de la corriente de
fondo de la unidad 2. Calcular los flujos y las composiciones de todas las corrientes del proceso
{ Sea : C1: CH4; C2: C2H6; C3:
C3H8 ; C4: C4H10 Corrientes: A: entrada fresca unidad 1, D1 : destilado de salida unidad 1, D2: destilado de salida unidad 2, D3:
destilado de salida unidad 3, D4: destilado de salida unidad 4, R1 : producto de salida fondo unidad 1, R2 : producto de salida fondo
unidad 2; R3 : producto de salida fondo unidad 3; R4 : producto de salida fondo unidad 4; B: salida de divisor (unidad 5) a unidad
1,P: producto de salida divisor (unidad 5).Di [mol/h] = 6667;4667; 6007; 8281, para i= 1,2,3 y 4 respectivamente, Ri [mol/h] =
D1
D3
R1
R1
17600;2000; 11593; 3312, para i= 1,2,3 y 4 respectivamente ,B=P=1000 [mol/h]. x C1=0,6995; x C2=0,8163; x C2=0,2786; x C3= 0,5231}
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