2. GAIA MATERIA BALANTZEAK

1.- Kristalisatzaile batera gatz baten disoluzio urtsu bero bat alimentatzen da (pisutan %50 gatza), 5600 kg/h

emariaz. Disoluzioa hoztuaz, gatza kristaldu egiten da, alde batetik kristal hezeak (%5 pisutan ura) eta bestetik asetutako disoluzioa (pisuaren %20 gatza) sortzen direla. Kalkulatu ezazu sortu diren bi korronteen emariak.

(Emaitza: 3360 eta 2240 kg/h) 2.- C3H8 erretzen da estekiometrikoa baino % 25 aire gehiago erabiliaz, ondoko erreakzioa ematen duela:

3 8 2 2 2C H + 5O 3CO + 4H O Zenbait aire mol behar dira errekuntza produktu 100 moleko? Zein konposizio dauka errekuntza-gasak oinarri lehorrean? (Emaitza:(a) 93,7 (b) 2%10,8 CO2)

3.- Propilenoa, amoniakoa eta oxigenoaren arteko erreakzioaz sortzen da akrilonitriloa: C3H6 + NH3 + 3/2 O2 C3H3N + 3H2O

Alimentazioak, moletan %10 propilenoa, %12 amoniakoa eta %78 airea dauka. Osagai mugatzailearekiko, %30eko bihurtze-maila lortzen da erreaktorean. Kalkulatu ezazu:

a) Zein den osagai mugatzailea. b) Beste osagaiak daukaten soberakin-maila, ehunekotan. c) Alimentazioa 100 mol/h bada, erreaktoretik irteten duen korrontearen konposizioa emari busti eta

lehorrean. (Emaitza:(a) propilenoa (b) %20 amon. %9,2 oxig. (c) oin. Bustian, akrionitriloa=%2,96)

4.- Labe baten, 1atm eta 298K-ra sartzen den 800 m3/h gas lehor erretzen da. Gasaren konposizio

bolumetrikoa ondorengoa da: CH4 (%50) ; H2 (%23) ; C2H6 (%2) ; CO (%10) ; CO2 (%3) ; N2 (%9) ; O2 (%3)

Erretzeko darabilgun airea, oxigenoan aberastua da (moleen %40 oxigenoa) eta estekiometrikoki beharrezkoa litzatekeena baino %20 gehiago erabiltzen dugu. Errekuntza produktuak 523 K eta 1 atm-ra irteten du eta CO eta CO2 dauzka, 1:9 erlazioan. Kalkulatu ezazu:

a) Errekuntza gasen konposizioa, oinarri lehor eta bustian. b) Beharrezkoa den aire aberastuaren emaria, 388K eta 1 atm-ra sartzen badugu.

(Emaitza: (a) %CO: oinarri bustian=1,5; oin. Lehorrean=2,09; (b) 3764 m3/h) 5.- B produktua ekoizten duen planta baten, A purua elikatzen da erreaktorera. Bertan, A 2B erreakzioa

ematen da, %75eko bihurtze-maila batekin. Erreaktoretik irteten duen nahastea distilazioz bereizten de A eta B puruak emanez. Kalkulatu ezazu:

a) Korronte bakoitzeko emari eta konposizioak. b) Elikatzen den A-ren mol bakoitzeko lortzen diren B-ren moleak (etekina).

Ingeniari kimiko bezala, planta honetan ondoko aldaketa proposatu duzu: Distilatzaileatik irteten duen A lehengaia erreaktorera birziklatzea. Kalkulatu ezazu:

c) Korronte bakoitzeko emari eta konposizioak. d) Elikatzen den A-ren mol bakoitzeko lortzen diren B-ren moleak (etekina).

6.- Amoniakoaren sintesirako erreaktore baterako alimentazio gasak, N2 eta H2 dauzka 1:3 erlazioan (molak).

Erreakzioaren etekina %20 da nitrogenoarentzako. Sortutako amoniakoa bereiztu ondoren, erreakzionatu gabe dirauten nitrogenoa eta hidrogenoa birziklatu egiten dira erreaktorera. Alimentazioak, H2 purua dauka, baina N2 argonaz kutsatuta dator (N2 molak/Ar molak 78/1 erlazioa darrai). Birziklatzen denaren %5 purgatu egiten bada, kalkulatu ezazu 100 mol/h amoniako lortzeko zenbait mol/h alimentazio fresko sartu behar den sisteman.

(Emaitza: 240,75)

7.- Esneari Sr90 kentzeko, J.Silverman-ek asmatutako sisteman CaPO4H-z osatutako erretxina erabiltzen da. Bertan, Sr90-k harrapatuta gelditzen da; zoritxarrez, Ca+2 ioien %97 ere harrapatu egiten du. Hau arazo larria da, izan ere, esneak, osasungarria izan dadin, gutxienez 0,05 mg Ca+2/esne l eduki behar bait du. Hau konpontzeko, esnearen zati batek by-pass egiten du erretxina eta ondoren tratatutako esnearekin nahastu egiten da. 4,85 10-14 g Sr90/l esne eta 1 mg Ca+2/l esne konposiziodun esne bat tratatzen da erretxina horrekin, ahalik eta Sr90 gehien kentzeko asmoz, baina Ca+2 bere neurri limitetik jaitsi gabe. Zein izango da kontsumitzeko esneak edukiko duen Sr90-ren kontzentrazioa? (Emaitza:9,991·10-16 g/l)

8.- Era perfektuan irabiatuta dagoen tanke baten alkohol-ura nahasketa prestatu nahi da era ezjarraian.

Horretarako etanolaren %40 pisutan duen disoluzio baten 200kg eta %70 pisutan etanol duen beste disoluzio baten 150 kg sartzen dira. Sortzen den nahasketaren konposizioa kalkulatu. (Emaitza: 52,9%)

9.- Metanolaren sintesia, presio altuetan karbono dioxidoa eta hidrogenoaren arteko erreakzioan oinarritzen da

(CO2 + 3H2 CH3OH + H2O). Hidrogenoa eta CO2 estekiometrikoki sartzen dira, eta natur gasetik datozenez, kutsatzaile inerte batez nahastuta daude ( moletan % 0,5 inertea). Erreaktorean bihurtze-maila %60 izanik eta erreaktore sarreran ineerten (I) kontzentrazioa %2 (bolumenean) baino baxuagoa mantendu behar dela jakinik, kalkulatu ezazu:

(a) Zenbat mol errezirkulatu beharko lirateke fresko mol bakoitzeko? (b) Zenbat mol purgatu beharko lirateke elikadura fresko mol bakoitzeko? (Emaitza: 0,528; 0,102) Aiketa hau Henley-Rosen liburuan eginda dator.

10.- Era jarraian lan egiten duen distilazio dorre batera bentzeno 500 kg/h eta tolueno beste 500 kg/h

osotutako nahaste bat sartzen da. Dorretik, bi korronte ateratzen dira: Lurruna, kondentsadore batetik igaro ondoren 50 ºCra hozten dena eta gehien bat bentzenoz osotuta dagoena (450 kg/h); eta likidoa, 475 kg/h toluenoz osotuta dagoena eta bero trukatzaile batean hoztu egiten dena. Konposatu bientzako masa balantzea egin, fluxuak eta irteerako korronte bakoitzeko konposizioak kalkulatu. (Emaitza: Bentzeno kontzentrazioak 94,8% y 9,2%)

11.- Pisutan %45 bentzenoz eta 55 toluenoz osotutako nahastea destilazio dorre batera sartuko dira.

Destilatuaren kontzentrazioa %95 (pisutan) bentzeno izatea lortu nahi da. Behealdetik ateratzen den bentzenoa galdu egiten da eta horregatik sartutako bentzeno kantitatearen galerak %8ra mugatu nahi dira. Kalkulatu:

a) Fluxu masikoak b) Destilatuaren eta hondarren konposizioak.

(Emaitza: 0,435 kg distilatu alimentatzen den kg bakoitzeko)

12.- 0,5 m-ko erradioa eta 1,5 m-ko garaiera daukan gordailu zilindriko bat, uraz beteta dago hasera baten. Une baten, 0,001 m3/s emariaz, ura sartzen hasten gara, eta gordailuaren azpikaldean dagoen balbula bat irekitzen dugu, ura irteten utz dezan. Balbulak irteten uzten duen emaria, gordailuan urak daukan altueraren araberakoa da, Q (m3/s)=0,002 H (H,m), alegia. Kalkulatu ezazu:

a)10 minuturen ostean, gordailuan urak hartuko duen altuera. b)Inoiz lotuko al du egoera iraunkorrik? Baiezko kasuan, zein altuera hartuko luke urak gordailuan? (Emaitza: (a) 0,72 m (b) bai, H=0,5 m denean)

Ereaktorea

R: CO2, H2, I

Banatzailea CO2, H2, I

CH3OH

H2O

Purga I, H2, CO 2

13.- Era perfektu baten irabiatuta dagoen tanke batek, hasieran gatz-disoluzio urtsu baten 1000 kg dauka, gatza, %10 izanik. Une baten, %20 gatza daukan disoluzio bat sartzen dugu 150 kg/min emariaz. Tankearen azpialdetik 120 kg/min gatz-disoluzioa ateratzen dugu. Kalkulatu ezazu, ordubete igaro ondoren tankean egongo den gatza eta ateratzen dugun disoluzioak daukan gatz kontzentrazioa. (Emaitza: gatzaren kontzentrazioa=%16,7)