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TECNOLOGÍA AMBIENTAL Y DE PROCESOS - Examen Ordinario Junio CURSO 2015-2016 Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente. EII (UVa) 1er Curso de Ingenierías Industriales CALIFICACIÓN Nombre............................................................................................

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T ECNOLO LOGÍA AMB IENT AL Y DE PROCESOS - Ex a men Ord ina ri o Junio C UR SO 2015-2016 Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente. EII (UVa) 1 er Curso de Ingenierías Industriales CALIFICACIÓN

Nombre............................................................................................ Apellidos........................................................................................... PROBLEMA 1 El formaldehido (HCHO) se obtiene por oxidación de metanol según la reacción: CH3 OH + ½ O2  HCHO + H 2O

Una corriente de metanol puro (C1) y aire fresco (C2) alimentan el sistema de producción de formaldehído. La mezcla de gases que entra al reactor (C4) contiene un 8% molar en metanol, 10% molar en oxígeno siendo el resto nitrógeno. El metanol se convierte completamente en formaldehido en el reactor. La corriente que abandona el reactor (C6) se lleva a un absorbedor con la finalidad de separar totalmente el producto deseado. Dicho absorbedor se alimenta con una corriente de agua pura (C5) obteniéndose a la salida una disolución de formaldehido (C7) de flujo molar 100 kmol/h y composición molar 26% en formaldehido. Los gases que salen del absorbedor (C9) no contienen agua y parte de ellos se recirculan (C3) para aprovechar el oxígeno que no ha reaccionado. C2

C3 C9

C10

C1 1

C8

C4 3

C6 1

REACTOR

ABSORBEDOR

C5 1

C7 9 1. Marcar con una cruz los componentes presentes en cada corriente C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

(1 pto) C8

C9

C10

Metanol O2 N2 Agua Formaldehido Calcular: 2. Flujo másico de disolución de formaldehido obtenida en el proceso (kg/h) y concentración de la misma en porcentaje en masa (1 pto) (1 pto) 3. Flujo molar (kmol/h) de metanol fresco alimentado 4. Caudal (L/h) de agua pura alimentada al absorbedor (2 ptos) 5. Composición molar de la corriente de purga (1.5 ptos) 6. Caudal de aire fresco alimentado expresado en Nm3/h (2.5 ptos) 7. Justificar por qué se realiza la purga de la corriente C8 (1 pto) DATOS: Masa atómica (g/mol): C = 12; H = 1; O = 16 Densidad del agua = 1 kg/L SOLUCION M + 1/2 O 2 → F + A

T ECNOLO LOGÍA AMB IENT AL Y DE PROCESOS - Ex a men Ord ina ri o Junio C UR SO 2015-2016 Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente. EII (UVa) 1 er Curso de Ingenierías Industriales

1. Marcar con una cruz los componentes presentes en cada corriente C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7

C8

C9

C10

Metanol (M) O2 N2 Agua (A) Formaldehido (F) 2. Flujo másico de disolución de formaldehido obtenida en el proceso (kg/h) y concentración de la misma en porcentaje en masa C7=100 kmol/h 26% F= 26 kmol F7/h y el resto agua 74 kmol A7/h (26 kmol F7/h x 30 kg F/kmol F) / (26 kmol F7/h x 30 kg F/kmol F + 74 kmol A/h x 18 kg A/kmol A) =0.3693=36,93% 3. Flujo molar (kmol/h) de metanol fresco alimentado Todo el M reacciona (enunciado) y se convierte en F por tanto M1=F7=26 kmol M1/h 4. Caudal (L/h) de agua pura alimentada al absorbedor A6 viene de la reacción → 26 kmol A6/h A7 dato enunciado → 74 kmol A7/h A5=A7-A6=74-26=48 kmol A5/h 48 kmol A5/h x 18 kg A/kmol A x 1 L A/kg A = 864 L A5/h 5. Composición molar de la corriente de purga C4 M4=M1=26 kmol M4/h 8%M=26 kmol M4/h 10% O 2=32,5 kmol O24/h 82% N 2=266,5 kmol N24/h C6

O 2,6= 32,5 kmol O 24/h – 26/2 kmol O2,reacciona/h = 19,5 kmol O 26/h N 26= N24=266,5 kmol N2 6/h

C9

tiene la misma composición O2/N2 que C6 (no la misma cantidad) x O2 =19,5 / (19,5+266,5)=0,068 x N2=266,5 / (19,5+266,5)=0,932

6. Caudal de aire fresco alimentado expresado en Nm3/h Todo el O2 que entra C2 sale C8 o reacciona: C2 x 0,21=C8 x 0,068 + 13 (O2 reacciona) Todo el N2 que entra C2 sale C8 C2 x 0,79 = C8 x 0,932 2 incógnitas (C2 y C8) resolviendo el sistema C2=85,3 kmol/h C2=170,65 kmol/h x 22,4 Nm3 /kmol = 1910,7 Nm3/h...