PROCESOS QUIMICOS

PROBLEMAS RESUELTOS

• Problema 1.1. ¿Que sucede con los materiales que se procesan en el siguiente diagrama?

• Solución:

En el proceso mostrado en el diagrama ,una substancia que debe ser solida se introduce a un molino de bolas, para reducir de tamaño las partículas; luego se mete a un tanque en donde se disuelve algo con liquido; de allí la solución se bombea a un filtro prensa de donde se separan los solidos no disueltos de las solución.

Problema 1.2

Se tiene una corriente de 231.03 Kg mol/h de una mezcla de benceno y tolueno, con un análisis de 35% en peso de benceno y 65% en peso de tolueno. Se desea someter esta corriente a fraccionamiento por destilación para obtener un recuperación del 98% de benceno en el producto del domo y una corriente concentración del 95% de tolueno en el producto de la base de la torre. Todos los % en peso.Exprese lo anterior por medio de un : • A) diagrama de bloques• B) diagrama de equipo

Solucion:Diagrama de bloques

Torre de DestilaciónA

B

C

LA=231.03 kg mol/hXbenceno=0.35Xtolueno=0.65A-alimentaciónB-productosC-productos del fondo

Diagrama de equipos

Problema 1.3Para la fabricación del acido sulfúrico por medio del método de contacto se parte de la pirita FeS2 que después se tritura y se somete a tostación:

4FeS2+11O 2 2Fe2O3+8SO2

El SO2 obtenido se pasa a un purificador ,pues lleva arsénico y otros materiales que envenenan al catalizador disminuyendo su eficacia: a continuación pasa al reactor catalítico mezclado con aire, con lo que se oxida al SO3.

2SO2+O2 2SO3

El SO3 producido se mete a una torre de absorción en donde se pone en contacto con H2S04 diluido,con lo que se produce la siguiente reacción:

SO3+H2O H2SO4

• Haga un diagrama de bloques del proceso. Indique las posibles operaciones unitarias empleadas y los procesos unitarios utilizados.

Respuesta:Las operaciones unitarias pueden ser:• Trituración• Separación de polvos • Absorción• Transferencia de calor (para aprovechar el calor de las reacciones)Procesos:• Oxidaciones• Absorción con reacción química

Problema 1.4• Haga una descripción del siguiente proceso:

Descripción:Para la fabricación del aceite de soya se parte del frijol de soya, el cual después de molido se pasa a un extractor en donde se trata con tricloroetileno. Los productos del extractor se pasan a un asentador ;en este el liquido sobrenadante se pasa a un evaporador y los solidos a un secador. El solido resultante se vende como alimento para ganado.En el evaporador se concentra la solución del aceite de soya; luego de concentrarse ,la solución de manda a una columna de destilación de platos. Por el fondo de la columna entra vapor vivo que sirve como medio de calentamiento y separación del aceite de soya del solvente. Por el domo de la columna sale el vapor de agua mas el tricloroetileno, mientras que por el fondo se obtiene el aceite de soya liquido.Los vapores salientes de la columna de destilación se unen a los salientes del evaporador y del secador, se enfrían con agua en un condensador y se mandan a un decantador en donde por diferencia de densidades se separa el agua del tricloroetileno. Este ultimo se mezcla con solvente fresco y se manda al extractor para cerrar el ciclo.

Problema 1.5• Indique que sucede en el siguiente diagrama

Discusión• En el diagrama anterior se muestra una columna de destilación de platos. La

columna cuenta con un rehervidor en donde se vaporiza parte del liquido que sale del fondo de la misma y parte sale como productor del fondo. El flujo del fondo se controla con un controlador de nivel.• En la parte superior de la columna se cuenta con un condensador total, operado

por agua. El liquido condensado para a un acumulador de reflujo en donde un controlador de presión fija la presión interna a través de una válvula de venteo. El nivel del liquido ene el acumulador se fija por medio de un controlador de nivel, el cual se conecta a una válvula que permite la salida de destilados.• Parte del liquido destilado se manda de nuevo a la columna de destilación como

reflujo. El flujo de esta corriente se controla con un medidor controlador de flujo. Este mismo tipo de dispositivo se usa para controlar el flujo de alimentación entrante a la columna.

Problema 1.6Proceso para la obtención de alcohol absolutoPara producir alcohol absoluto se debe usar la destilación azeotrópica con benceno usando tres columnas. En el proceso , la primera columna sirve para eliminar el agua presente en la alimentación y alcanzar la composición azeotropica de 89% en mol de alcohol o 95.38% en peso. En la segunda columna se lleva a cabo la destilación azeotropica del etanol en presencia de benceno y en te tercera se recupera el benceno de la mezcla azeotropica. El grado de recuperación y la pureza del etanol producido dependerán del valor especificado para las variables seleccionadas para el control.

Las variables que se seleccionan para controlar la operación del proceso a régimen permanente son: los gastos de alimentación de la mezcla etanol-agua y de benceno; el gasto de alimentación a la columna de destilación azeotropica ,la presión en las tres columnas; la temperatura en cada columna y l a de los recipientes de reflujo.

• También es necesario controlar los niveles de liquido en los fondos de las columnas y en los tanques de reflujo, pero los valores seleccionados no afectan el sistema en las condiciones previstas.

Problema 1.7Describa con palabras como se lleva a cabo el siguiente proceso. ¿Cuál o cuales reacciones químicas ocurren en el proceso?

Descripción del proceso:

El diagrama de flujo describe el proceso de fabricación se sosa caustica a partir e carbonato de sodio al 58%.La solución de carbonato junto con la cal se mete a un tanque agitado en donde se lleva a cabo la caustificacion .Los productos de la caustificacion se mandan a un espesador, donde se sedimenta el carbonato de calcio. El liquido sobrenadante esta formado por una solución de NaOH al 11 % en peso. Los solidos del primer asentador o espesador se mandan a un segundo asentador y se mezclan con solución procedente del filtro y con agua caliente. La solución sobrenadante se manda al tanque cuaustificador y los solidos a un filtro rotatorio. En el filtro ,los solidos se lavan con agua caliente y luego se mandan a un horno rotatorio, donde el carbonato se pasa a cal al ponerse en contacto con gases calientes de combustión.La cal saliente del horno se mezcla con cal fresca para volverse a introducir al proceso.

Reacciones químicas

• En el caustificador

• En el horno

Para producir oxigeno se utiliza el siguiente proceso

Problema 1.7

Describa el proceso presentado. ¿como se logra la temperatura en el fondo de la columna?1.-Descripcion del procesoLa materia prima para la producción de oxigeno es el aire ,el cual se manda por medio de una compresora a una torre empacada con potasa caustica solida para eliminar el CO2 y el agua. El aire, libre de CO2 y agua ,se pasa a un proceso de compresión en cuatro etapas. En la primer se comprime hasta 4 atm .Como el aire sale caliente se lo enfría con agua en un cambiador de calor y se comprime hasta 50 atm, y por ultimo se enfría y comprime hasta 200 atm. El aire saliente del cuarto compresor esta a 200 atm y 170 °C , por lo que se enfría con agua hasta 30 °C .Para bajar mas la temperatura del aire seste se enfría con amoniaco hasta -30°C y de allí el aire sale a una torre de destilación con platos en donde se separa el oxigeno liquido por la base y el nitrógeno por el domo.2.-La temperatura se baja hasta -183 °C debido a que el aire se deja expandir adiabáticamente desde una presión de 200 atm hasta 1 atm.

Problema 1.9Para licuar metano se utiliza el método Linde. De acuerdo con el diagrama se que presenta a continuación, indique en que consiste dicho proceso.

Descripción del proceso

De acuerdo con el diagrama de flujo, el metano gaseoso que esta a 55 atm y 15 °C se introduce al proceso, en donde se mezcla con metano recirculado. La corriente gaseosa se pasa a un cambiador de calor, de donde sale a -73°c.Posteriormente,el gas se expande adiabáticamente hasta 1 atm ,con lo cual parte del gas se licua ,separándose en u recipiente de separación de la fase gaseosa que sale a -160 °C. El gas frio sirve para enfriar el gas entrante al proceso. El gas saliente del cambiador (10°C y 1atm) se mete a un compresora, de donde sale a 55 atm y 314 °C .Este gas se enfría y mezcla con el gas nuevo y se repite el proceso.

Problemas Propuestos

• Problema 1.10.-• En el siguiente diagrama que muestra un secado rotatorio,indique lo

que significa • G4• S1• t3

Problema 1.11

• ¿Que sucede en el siguiente proceso?

Problema 1.12

• En la pasteurización automática de la leche por calentamiento con vapor de agua se usa el siguiente equipo. Indique en que consiste el proceso

Problema 1.13

• En la destilación instantánea o “flash” se utiliza el siguiente equipo.Indique que sucede y como se controla el proceso.