Diseño de Plantas QuímicasExamen Final La alimentación a una torre de destilación es de 5000 lbmol/h, de una solución de 35 mol por ciento de dicloro de etileno (EDC) en xileno. No hay ninguna acumulación en la torre, el flujo de vapores destilados contiene 80 % de dicloro de etileno, y el flujo de residuos contiene 15 mol por ciento de dicloro de etileno. El agua de enfriamiento al condensador de vapores está ajustada para dar una relación de recirculación de 10:1 (10 moles vuelven a entrar a la columna por cada mol de producto de vapores salientes). El calor al equipo de transferencia calorífica, ver figura, se ajusta de modo que la relación de circulación sea de 5:1 (5 moles vuelven a entrar a la columna por cada mol de producto residual, con un desvió de 2:15 (2 moles se desvían al equipo de transferencia calorífica por cada 15 moles que pasan por dicho equipo). a) De acuerdo con el diagrama de flujo mostrado en la figura, plantear el diagrama de proceso utilizado la nomenclatura necesaria (20 puntos). b) Balance total de masa de todas las corrientes del proceso que se describe (40 puntos) c) Balance de energía (40 puntos). Vapor destilado La capacidad calorífica de todas las corrientes liquidas es de 40 Btu/lbmol ℉ . Diseño de Plantas Químicas Segundo Parcial . El calor de condensación ∆H del vapor de salida es de 14210 Btu/lbmol y 14820 Btu/lb/mol para los residuos de la torre. El agua de enfriamiento entra al condensador vapor que condensa a 70 ℉ de vapores de salida a de salida entra a 184 ℉ y sale a 120 ℉ . En el condensador. el equipo de transferencia de calor es calentado por 280 ℉ .120 CONDENSADO R 70 REFLUJO DESTILADO 175 ALIMENTACION 80 RECICLO Agua 280 EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE CALOR Vapor a 280 Datos Adicionales La torre de destilación tiene la temperatura y las condiciones térmicas que se muestran en la figura. el vapor antes de enfriarse a 175 ℉ que es la temperatura de recirculación de líquidos y del producto destilado. El vapor de agua de la disolución y la disolución concentrada salen a 180 ℉ . En el evaporador la alimentación se calientas a 180 ℉ . Si se permite caídas de presión de 19 lb/pulg 2 y se requiere un factor de obstrucción de 0.006.24000 lb/hr de un destilado de 35 ° API 50000 lb/hr de un aceite crudo de temperatura inicial de se enfria de 400 a 300 34 ° API ℉ por que se calienta desde una 250 ℉ . usando horquillas de 4X3 pulg. La salida de la disolución concentrada se enfría en un intercambiador de calor hasta 100 ℉ . El vapor de agua entra como saturado y sale como condensado. IPS por 20 pies: a) Cuantas horquillas se requieren? b) Como deben arreglarse? Diseño de Plantas Químicas Primer Parcial Una corriente de alimentación de 16000 lb/hr de disolución al 7 % en peso de NaCl se concentra hasta 40% en peso en un evaporador de serpentín con un tiempo de residencia de 2 horas. a) Preparar el balance de masa y energía b) Diseñar el intercambiador de calor Diseño de Plantas Químicas Primer Parcial 45000 Kg/h de aceite lubricante (40 ° API . PM =240) son producidos por la descomposición térmica del aceite de castor acetilado (ACO. DO . similar a la glicerina) de acuerdo a la siguiente reacción: AC O(l) 340° API → D O(l) +CH 3COO H (g) Calor . controlando el flujo mediante válvula de control en el lado de descarga de la bomba. b) El combustible requerido para la producción Importante: Haga las suposiciones necesarias. donde todo el acido acético formado se elimina en forma de vapor por la parte superior del separador. La corriente liquida a alimenta a un intercambiador donde el aceite se calienta a 310 ℃ 160 ℃ se por intercambio de calor. que se alimenta con 15000 kg/h de una mezcla a 20 ℃ a una atmosfera que contiene 40% de benceno y 60% de tolueno. El flujo de salida del horno se introduce directamente a un reactor que contiene un empaque cerámico inerte en el que se da la reacción de descomposición. .El proceso para producir DO se describe a continuación: ACO se alimenta por gravedad desde un tanque de almacenamiento a un tanque de pulmón. a) Elaborar el diagrama de flujo de proceso con todos los servicios y equipamiento requerido. la temperatura del líquido se incrementa a 340 ℃ de aceite combustible (Combustible residual N ° 6 ) con un 10% de exceso de mediante la combustión aire. calcular: a) Balance de masa y energía completo b) Calcular la potencia de la bomba c) Calcular las dimensiones del intercambiador Diseño de Plantas Químicas Examen Final Se desea diseñar un proceso en el que se contempla una columna de rectificación. El material liquido pesado DO y ACO tienen muy bajas presiones de vapor y consecuentemente no se vaporizan apreciablemente y dejan el separador como liquido caliente. La corriente de salida del reactor es alimentado a un separador Gas-Liquido. el aceite enfriado a la presión de 1. Para el proceso descrito anteriormente. El nivel de agua en el evaporador se controla ajustando el flujo de alimentación de agua. el líquido a 30 ℃ se transporta mediante una bomba a una presión de 2 bares hacia un horno de calentamiento. produciéndose vapor saturado a la presión de 10 bar. El producto destilado tiene 97% de benceno y en la corriente del fondo 98 % de tolueno (todas las corrientes están en % en peso). La conversión en un solo paso en el reactor es de 40%.3 bar es enviado a la siguiente etapa del proceso. En el horno. preparar un diagrama de flujo completo con las unidades de servicio mas importantes. en base al diagrama de flujo. Haga las suposiciones necesarias y justifique: a) Preparar un diagrama de flujo b) Preparar el balance de masa y energía Requerimiento de agua combustible. En el domo de la primera columna se obtiene 40 kgmol de destilado con una composición de del 95% en mol de benceno. los cuales están también en relación de 10 a 1 respectivamente. etc. tolueno y xileno se lleva a cabo en dos columnas de destilación. Los fondos de la primera columna alimentan a la segunda. preparar el balance de masa y energía de la unidad productiva. A la primera columna se la alimentan 100 kgmol/h de una mezcla del 40% en mol de benceno y el resto de tolueno y xileno. etc. En el evaporador la alimentación se calienta a de 15000 lb/h entra a 230 ℉ 180 ℉ vapor de agua a razón y sale como condensado a 230 ℉ .Diseño de Plantas Químicas Primer Parcial En una unidad productiva se elimina una corriente de 1600 lb/h de una disolución al 7% en peso de NaCl a un evaporador y se concentra hasta 40 % en peso. los cuales están en relaciones de 10 a 1 respectivamente. desarrollar: a) Diagrama de flujo de proceso completo para la unidad productora descrita (30%). Para el proceso. Para el proceso propuesto. Por el fondo de la segunda columna se obtiene xileno con 100% de pureza. requerimiento de agua combustible. b) El cuadro de balance de masa con las líneas de corriente (40%) . Diseño de Plantas Químicas Examen Final La separación de una mezcla de benceno. Haga las suposiciones necesarias y justifique. De esta columna sale un destilado que contiene 5% de benceno en mol y el resto de tolueno y xileno. y el resto de tolueno y xileno. Diseño de Plantas Químicas Examen Final En el diseño preliminar de un horno para caldera industrial. El calor transferido desde el horno el agua de alimentación de la caldera a bar y 25 ℃ 300 ℃ y se descargan a la ( Q´ ) se utiliza para transformar en vapor sobrecalentado a 17 250 ℃ .0431. (Vea la ecuación 8. N2(g) = 0. CO 2 (g) = 0.3-13. Después empleando las capacidades caloríficas constantes dadas. calcule la capacidad calorífica molar promedio del gas. también a 25 ℃ . a) Dibuje y marque un diagrama de flujo para este proceso [ este debe ser similar al que se muestra en el inciso b) sin el precalentador] y calcule la composición del gas que sale del horno. calcule ´ ( KJ /h ) Q y la velocidad de producción de vapor en la caldera (kg/h).) por último. el metano a 25 ℃ se quema en su totalidad con 20% de aire en exceso.0423.0297. Diseñar el intercambiador de calor adecuado (30%). Calcule la temperatura del aire que entra al horno (se requiere una solución por prueba y error) y la velocidad de producción de vapor (Kg/h). . Emplee las siguientes capacidades caloríficas aproximadas [ KJ /(mol ∙ ℃)] para resolver este problema: CH4 (g) = 0. La velocidad de alimentación del metano es 450 kmol/h.60 ℃ c) Si el xileno que sale de la segunda columna está a enfriar a 30 ℃ y se desea para su uso en otro proceso. y el gas calentado se alimenta al horno. O2 (g) = 0.0343. El gas de combustión se enfría a 150 ℃ en el precalentador y luego se descarga a la atmosfera. H2O (g) = 0. b) En el diseño real de la caldera. Los gases calientes de combustión salen del horno a atmosfera. el aire alimentado a combustión que sale del horno a 300 ℃ 25 ℃ y el gas de pasan por un intercambiador de calor (el precalentador de aire).0312. ambos a 77 ℉ . donde el efluente del reactor los calienta antes de alimentarlo al reactor. y el cumeno y el benceno sin reaccionar se retiran como producto de fondos y se alimentan a una . Se introduce al reactor una alimentación liquida que contiene 75 mol% de propileno y 25% de n-butano y una segunda corriente liquida que contiene esencialmente benceno puro. El benceno fresco y el recirculado. Tras enfriarse en el intercambiador de calor. el efluente del reactor se alimenta a una columna de destilación (T1). Todo el butano y el propileno sin reaccionar se retiran como producto del domo de la columna.520 [Btu /lbmol ] . El efluente del reactor entra al intercambiador a 400 ℉ y sale a 200 ℉ . se mezclan en una proporción de 1:3 (1 mol de alimentación fresca/3 moles recirculados) y se pasan por un intercambiador de calor.Diseño de Plantas Químicas Examen Final El cumeno ( propileno C6 H 5 C3 H 7 ¿ se produce haciendo reaccionar benceno con [ ∆ H °r (77 ℉)] =−39. b) Calcule la temperatura de la corriente de benceno que se alimenta al reactor y la velocidad necesaria de adición o eliminación de calor del reactor.53 para el butano. . la velocidad de flujo molar y la composición del efluente del reactor. El benceno que sale de la parte superior de la segunda columna es la recirculación que se mezcla con la alimentación de benceno fresco. 0. Del propileno alimentado al proceso.40 para el cumeno.57 para el propileno. y la velocidad del flujo molar y la composición del producto del domo de la primera columna de destilación (TI).45 para el benceno y 0. Las velocidades de producción de cumeno es 1200 lbm/h. a) Calcule las velocidades de flujo másico de las corrientes alimentadas al reactor. 0. donde se separan. 20% no reacciona y sale en el producto del domo de la primera columna de destilación.segunda columna de destilación (T2). Use las siguientes capacidades caloríficas aproximadas en sus cálculos: Cp [Btu/ (lbm ∙℉ )] = 0.