Universidad Católica del Norte.Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas.Departamento de Ingeniería Química.

Profesor: Abel Reinoso.

Alumnas: Patricia Cortés Adones. Claudio Salinas Rojo.

Fecha: 06 de Diciembre, 2004.Índice

Índice ..................................................................................................................................... 2Resumen ................................................................................................................................ 3Introducción .......................................................................................................................... 4Resolución de ejerciciosSíntesis de los caminos de reacción ...................................................................................... 5Balance de materiales y asignación de especies .................................................................... 6Tecnología de separación ...................................................................................................... 7Selección de las tareas de separación .................................................................................... 8Integración de tareas ............................................................................................................. 9Conclusión ........................................................................................................................... 10Bibliografía ......................................................................................................................... 11

Resumen

En el presente informe se resolverán ejercicios de síntesis de proceso y un ejercicio de síntesis de redes de intercambiadores de calor.Se resolverá un ejercicio por cada etapa del método patrón de la síntesis de proceso.

En la síntesis de los caminos de reacción el ejercicio que se desarrollara, se trata de la recuperación de cemento de cobre apartir de la lixiviación de menas de cobre, aplicando la viabilidad de los distintos tipos de materiales que son lixiviados como la son la azurita la malaquita y la crisocola.

En el balance de materiales, distribución y asignación de especies el ejercicio trata del proceso de producción de cáustico con la aplicación de un espesador, y la comparación de este proceso con un proceso en donde se utilizan dos espesadores envés de usar uno. En la tecnología de separación el ejercicio se trata de una destilación gradual de una mezcla de benzeno y tolueno, esta mezcla entra con un 50% de cada componente y se tratara de calcular cuantas etapas se deben usar para recuperar benceno en un 75% en la corriente de vapor. En la selección de las tareas de separación el ejercicio trata de la recuperación de berilio de alta pureza, a partir de la cloración de oxido de berilio y una posterior reducción de cloruro de berilio. El ejercicio de integración de tareas, trata sobre la necesidad de enfriar una corriente de destilado, la cual se enfría con un corriente de propano que necesita ser calentada.

El ejercicio referente a la síntesis de redes de intercambiadores de calor consta de tres corrientes que deben ser enfriadas por otras tres corrientes frías que deben ser calentadas. Con estas corrientes se debe tratar de obtener la red de intercambiadores de calor que optimice la integración energética.

Introducción

En el presente informe se vera la existencia y la forma de identificar la interacción que debe ocurrir durante la síntesis de procesos, en la acción de sintetizar un proceso la selección inicial del mismo, apartir de un sinfín de alternativas se basa en el juicio

Tema 1: Síntesis de procesos.

Ejercicio 1: Síntesis de los caminos de reacción.

Lixiviación de los varios minerales del fabricante de vinos. ¿Cuántas toneladas de latas destrozadas y de ácido sulfúrico requerido para recuperar una tonelada de cemento de cobre por el proceso de lixiviación del ejemplo 2.3-1 de los depósitos del mineral que son predominantemente ¿azurita? ¿Malaquita? ¿Crisocola? Defienda estos depósitos del mineral para la viabilidad económica.

Especies Precio de venta ($/ton)Cemento de cobre (60% Cu) 100Mineral 20Ácido Sulfúrico 30

El cemento de cobre se obtiene de la siguiente reacción:

CuSO4 + Fe Cu + FeSO4

El sulfato de cobre (CuSO4) se puede obtener de la azurita, malaquita, o crisocola al reaccionar con ácido sulfúrico, cuyas reacciones son:

Azurita:

Cu3(OH)2 (CO3)2 + 3H2SO4 3CuSO4 + 2CO2 + 4H2O

Malaquita:

Cu2(OH)2 CO3 + 2H2SO4 2CuSO4 + CO2 + 3H2O

Crisocola:

CuSiO3 2H2O + H2SO4 CuSO4 + SiO2 + 3H2O

Se analizara de que mena es más factible económicamente obtener la tonelada de cemento de cobre y luego las toneladas de chatarra y de ácido sulfúrico que se necesitan para obtener dicha tonelada de cemento de cobre.

Azurita:

Cu3(OH)2 (CO3)2 + 3H2SO4 3CuSO4 + 2CO2 + 4H2O / : 3

1/3 Cu3(OH)2 (CO3)2 + H2SO4 CuSO4 + 2/3 CO2 + 4/3H2OCálculo de toneladas de azurita por toneladas de Cu producido:

PMazurita = 344,5 ton/ton-molPMCu = 63,5 ton/ton-mol

1/3 ton-mol azurita * 1 ton-mol CuSO4 * 344,5 ton/ton-mol1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol

= 1,81 ton azurita ton Cu

Cálculo de toneladas de H2SO4 por toneladas de Cu producido:

PM H2SO4 = 98 ton/ton-molPMCu = 63,5 ton/ton-mol

1 ton-mol H2SO4 * 1 ton-mol CuSO4 * 98 ton/ton-mol1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol

= 1,54 ton H2SO4

ton Cu

Ganancia potencial de la obtención de cemento de cobre a partir de azurita:

G.P. = 130 – 1,54 * 30 – 1,81 * 20

G.P. = 47,6 $/ton Cu

Malaquita:

Cu2(OH)2 CO3 + 2H2SO4 2CuSO4 + CO2 + 3H2O / : 2

1/2 Cu2(OH)2 CO3 + H2SO4 CuSO4 + 1/2 CO2 + 3/2H2O

Cálculo de toneladas de malaquita por toneladas de Cu producido:

PMmalaquita = 221 ton/ton-molPMCu = 63,5 ton/ton-mol

1/2 ton-mol malaquita * 1 ton-mol CuSO4 * 221 ton/ton-mol1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol

= 1,74 ton malaquita ton Cu

Cálculo de toneladas de H2SO4 por toneladas de Cu producido:

PM H2SO4 = 98 ton/ton-molPMCu = 63,5 ton/ton-mol

1 ton-mol H2SO4 * 1 ton-mol CuSO4 * 98 ton/ton-mol1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol

= 1,54 ton H2SO4

ton Cu

Ganancia potencial de la obtención de cemento de cobre a partir de malaquita:

G.P. = 130 – 1,54 * 30 – 1,74 * 20

G.P. = 49,0 $/ton Cu Crisocola:

CuSiO3 2H2O + H2SO4 CuSO4 + SiO2 + 3H2O

Cálculo de toneladas de malaquita por toneladas de Cu producido:

PMcrisocola = 175,5 ton/ton-molPMCu = 63,5 ton/ton-mol

1/2 ton-mol crisocola * 1 ton-mol CuSO4 * 175,5 ton/ton-mol 1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol

= 2,76 ton crisocola ton Cu

Cálculo de toneladas de H2SO4 por toneladas de Cu producido:

PM H2SO4 = 98 ton/ton-molPMCu = 63,5 ton/ton-mol

1 ton-mol H2SO4 * 1 ton-mol CuSO4 * 98 ton/ton-mol1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol= 1,54 ton H2SO4

ton Cu

Ganancia potencial de la obtención de cemento de cobre a partir de crisocola:

G.P. = 130 – 1,54 * 30 – 2,76 * 20

G.P. = 28,6 $/ton Cu

La alternativa más viable económicamente es la producción de cemento de cobre a partir de la mena de malaquita, ya que tiene una mayor ganancia potencial.

Cálculo de toneladas de chatarra por tonalada de Cu:

PMFe = 56 ton/ton-mol.

1 ton-mol Fe * 1 ton-mol CuSO4 * 56 ton/ton-mol1 ton-mol CuSO4 1 ton-mol Cu 63,5 ton/ton-mol

= 0,88 ton Fe ton Cu

Cálculo de las toneladas necesarias de chatarra y de ácido sulfúrico para producir una tonelada de cemento de Cu (60%).

Para producir 1 tonelada de cemento de Cu se necesitan:

1ton * 0,6 = 0,6 ton de Cu

masa H2SO4 = 1,54 ton H2SO4 * 0,6 ton Cu ton Cu

masa H2SO4 = 0,924 toneladas de H2SO4.

masa Fe = 0,88 ton Fe * 0,6 ton Cu ton Cu

masa Fe = 0,528 toneladas de Fe.

Por lo tanto se concluye que es más factible económicamente la producción de cemento de cobre a partir de la mena de malaquita, ya que su ganancia potencial es mayor.

Las toneladas necesarias de chatarra y ácido sulfúrico para producir una tonelada de

cemento son 0,528 y 0,924 respectivamente.

Ejercicio 2: Balance de materiales, distribución y asignación de especies.

Proceso de producción de cáustico con un espesador. Ésta es una versión simplificada del proceso en el ejemplo 3.3-6 para la producción de una solución el cáustico de 8 por ciento. Se ha quitado el segundo espesador y el agua se ha agregado directamente al reactor. Determine el índice de la adición del agua y el índice de la producción de cáustico de 8 por ciento. Comparando esta producción con la del proceso en el ejemplo 3.3-6, determine el porcentaje del aumento en la producción causada por el uso del segundo espesador.

CaO Agua Soda Ash (Na2CO3)14,800 ton/día 21,200 ton/día

Reactor

solucióncáustica (8%)

LodosSólidos 30%Solución 70% (8% cáustico)

Espesador

Ejemplo 3.3-6

Soda Ash (Na2CO3) Ca(OH)2 21.200 ton/día 14.800 ton/día

recirculación (diluida)

Reactor Agua de lavado

Solucióncáustica (8%)16.000 ton/día de NaOH

PulpaSólidos 30% Lodos

Solución 70% Sólidos 30%(8% de NaOH en solución) Solución 70% (8% cáustico)

Al compararse estos dos procesos de producción de NaOH al 8% se concluye que es mas eficiente el proceso con la utilización de 2 espesadores, ya que la producción de NaOH es de 16.000 ton/día, en cambio el proceso con la utilización de 1 espesador nos da una producción menor la cual es 12666,67 ton/da. Lo que se debe al tratamiento que se le hace al lodo que sale del segundo espesador para la recuperación de NaOH que va en el lodo.

Espesador I

Espesador II

1

25

4

3

6

Ejercicio 3: Tecnología de separación.

Destilación gradual. Si una mezcla de benceno y tolueno se vaporiza o se condensa parcialmente, las composiciones en el vapor y el líquido son diferentes, el componente más volátil es enriquecido en la fase del vapor. Para la mezcla Benceno – tolueno, el enriquecimiento se expresa como:

(Benceno/tolueno)vapor = 2.5 (Benceno/tolueno)líquido

Si durante el proceso se arregla de la forma que la mitad de la alimentación se incorpora a una unidad como vapor y la otra mitad como liquido, ¿cuántas etapas se deben utilizar para producir una corriente que sea 75 por ciento de benceno de una alimentación que es 50 por ciento de benceno? ¿Qué fracción del benceno se va en el vapor enriquecido, y qué fracción se va en las corrientes líquidas? ¿Cómo cambia la estructura del proceso si las corrientes líquidas se reciclan en la unidad que tiene la alimentación enriquecida del vapor con la composición más cercana al líquido reciclado? De esta manera algo del benceno perdido antes en las corrientes líquidas se recupera en el producto enriquecido del vapor. Tales operaciones de reciclaje son muy importantes para aumentar la eficacia de proceso.

BencenoLíquido yB

50% yT

. . . L0 Vapor Vapor

xB enriquecido enriquecido xT

Líquido Líquido

A la entrada del sistema se toma como base de calculo un mol del líquido inicial, y la composición es 50% benceno y 50% tolueno, para calcular las composiciones a la salida del sistema, se utilizaran las siguientes relaciones de definición:

yB + yT = 1 (1)xB + xT = 1 (2)

y la relación de volatilidad relativa que da el enunciado del ejercicio:

yB / xB = 2,5 (3) yT / xT

Con estas tres relaciones realizamos un balance de información:

GL = V – R – E

V = xB, xT, yB, yT

R = 3E = 0

GL = 4 – 3 = 1

Para reducir los grados de libertad a cero se agrega otra relación, que es un balance de material en este caso un balance de benceno.

L0 = LBxB + VByB

GL = 4 – 4 = 0

Por lo tanto las relaciones son:

yB + yT = 1 (1) xB + xT = 1 (2)yB / xB = 2,5 (3) yT / xT L0 = LBxB + VByB (4)

Reemplazando los datos y despejando obtendremos las composiciones a la salida de la primera etapa:

1 * 0,5 = 0,5xB + 0,5yB

1 = xB + yB yB = 1 - xB

yB = 1 - yT

xB = 1 - xT yB = 2,5 yT * xB

xT

1 - xB = 2,5 (1 - yB)(1- xT) xT

xT = 2,5 (1 - yB)(1- xT) xT

xT2 = 2,5 ((1 – (1 - xB))( 1- xT))

xT2 = 2,5 ((1 – 1 + xB)( 1- xT))

xT2 = 2,5 xB( 1- xT)

xT2 = 2,5 (1 – xT)( 1- xT)

xT2 = 2,5 (1 – 2xT + xT

2)xT

2 = 2,5 – 5xT + 2,5xT2

1,5 xT2 – 5xT + 2,5 = 0

xT = 0,61reemplazando en las ecuaciones se obtiene:

xB = 1 - xT xB = 0,39yB = 1 - xB yB = 0,61yB = 1 - yT yT = 0,39

Como la composición del benceno en el vapor no es 0,75 se agrega otra etapa, los calculos ser realizaran igual que en la primera etapa teniendo en cuenta que sale la mitad de alimentación por el vapor y la otra mitad por el liquido.

Balance de benceno en la segunda etapa:

0,5 * 0,61 = 0,25 xB + 0,25 yB

1,22 = xB + yB yB = 1,22 - xB yB = 1 - yT

xB = 1 - xT yB = 2,5 yT * xB

xT

1,22 - xB = 2,5 (1 - yB)(1 - xT) xT

xT [1,22 – (1 - xT)] = 2,5 (1 - yB)(1 - xT)xT (1,22 – 1 + xT) = 2,5 (1 - (1,22 – xB ))(1- xT)xT (0,22 + xT) = 2,5 (1 – (1,22 – (1- xT))) (1 - xT)0,22 xT + xT

2 = 2,5 (1- 1,22 + 1 - xT )(1 - xT)0,22 xT + xT

2 = 2,5 (0,78 - xT )(1 - xT)0,22 xT + xT

2 = 2,5 (0,78 - 1,78 xT + xT2)

0,22 xT + xT2 = 1,95 – 4,45 xT + 2,5 xT

2

1,5 xT2 – 4,67 xT + 1,95 = 0

xT = 0,5

reemplazando en las ecuaciones se obtiene:

xB = 1 - xT xB = 0,5yB = 1,22 - xB yB = 0,72yT = 1 – yB yT = 0,28

La composición del benceno en el vapor a la salida de la segunda etapa es 0,72, este valor esta muy cercano a lo requerido que es 0,75. Se agregara otra etapa para ver si la composición del benceno en el vapor a la salida de la tercera etapa es exactamente 75%. Calculo de las composiciones a la salida de la tercera etapa.

Balance de benceno en la segunda etapa:

0,25 * 0,72 = 0,125 xB + 0,125 yB

1,44 = xB + yB yB = 1,44 - xB yB = 1 - yT

xB = 1 - xT yB = 2,5 yT * xB

xT

1,44 - xB = 2,5 (1 - yB)(1 - xT) xT

xT [1,44 – (1 - xT)] = 2,5 (1 - yB)(1 - xT)xT (1,44 – 1 + xT) = 2,5 (1 - (1,44 – xB ))(1- xT)xT (0,44 + xT) = 2,5 (1 – (1,44 – (1- xT))) (1 - xT)0,44 xT + xT

2 = 2,5 (1- 1,44 + 1 - xT )(1 - xT)0,44 xT + xT

2 = 2,5 (0,56 - xT )(1 - xT)0,44 xT + xT

2 = 2,5 (0,56 - 1,56 xT + xT2)

0,22 xT + xT2 = 1,4 – 3,9 xT + 2,5 xT

2

1,5 xT2 – 4,12 xT + 1,4 = 0

xT = 0,4

reemplazando en las ecuaciones se obtiene:

xB = 1 - xT xB = 0,6yB = 1,44 - xB yB = 0,84yT = 1 – yB yT = 0,16

La composición del benceno en el vapor a la salida de la tercera etapa es 0,84, esta composición sobrepasa a la composición requerida.

Por lo tanto se necesitan tres etapas para obtener una corriente de 75% de benceno en el vapor enriquecido, ya que si se ocupan dos etapas se obtiene una corriente con un 72% de benceno en el vapor.

Fracciónes de benceno que van en las corrintes de vapor y liquido son:

En la primera etapa: yB = 0,61 y xB = 0,39En la segunda etapa: yB = 0,72 y xB = 0,50En la tercera etapa: yB = 0,84 y xB = 0,60

Si cambiamos la estructura del proceso reciclando las corrientes liquidas, las composiciones a la salida de la etapa serán:

Balance de benceno en el punto de mezcla, para calcular la composición de benceno a la entrada de la etapa.

1,5 XB = 0,5 * 1 + 0,5 * 0,39XB= 0,695/ 1,5XB = 0,46XT = 0,54

Balance de benceno en la etapa

1,5 * 0,46 = 0,5 xB + 0,5 yB

1,38 = xB + yB yB = 1,38 - xB

yB = 1 - yT

xB = 1 - xT yB = 2,5 yT * xB

xT

1,38 - xB = 2,5 (1 - yB)(1- xT) xT

1,38- (1 - xT) = 2,5 (1 - yB)(1- xT) xT

xT [1,38- (1 - xT)] = 2,5 (1 - yB)(1- xT)xT [0,38 + xT)] = 2,5 (1 – (1,38 - xB))(1- xT)xT (0,38 + xT) = 2,5 (1 – (1,38 – (1- xT)))(1- xT)xT (0,38 + xT) = 2,5 (0,62 – xT)(1- xT)

11

faltaaaaaaaaaaa2 xT + xT

2 = 2,5 (xT2 + xT - 2)

2 xT + xT2 = 2,5xT

2 + 2,5 xT -21,5 xT

2 + 0,5xT - 2 = 0

xT = 0,61

Como se puede observar la mayor parte del benceno que es alimentado se va por la parte vapor, puesto que de los dos componentes que entran en la alimentación el benceno es el más volátil, se ve también que para recuperar en 75% de benceno se deben utilizar tres etapas, por que mientras más se quiera recuperar de benceno mas etapas deben colocarse. Otra cosa que se puede concluir es que cuando se aplica una recirculacion las etapas sé reducen considerablemente por que las perdidas de benceno que se van por la parte liquida se estaría recuperando al recircularse.

Ejercicio 4: Selección de las tareas de separación.

Berilio de alta pureza. El metal berilio de alta pureza en forma de esponja puede producirse del óxido de berilio por cloración y reducción de sodio:

C + BeO + CL2 BeCl2 + CO

2 Na + BeCl2 Be + 2 NaCl

El flowsheet indica los pasos de la cloración y la reducción, durante la cloración el

óxido de berilio se convierte a cloruro de berilio. El residuo se envía a un proceso de recuperación de BeO y el BeCl2 se envía a sublimación. Una vez lavado queda libre de las impurezas por la sal fundida, el cloruro es reducido con el sodio metálico para formar el berilio. El cloruro de sodio e impurezas de sodio en la esponja cruda de berilio se destilan para formar el metal puro.

Propiedades físicas de metales y metales clorados

Mp(°C) Bp(°C) presión de vapor(mmHg)

A 950°C Be 1283 2484 3,7x10-5 BeCl - 532 muy alto BeO 2530 3900 muy bajo Na 98 883 1310 NaCl 801 1465 4,4

(a) ¿Los balances de materiales en el proceso de cloración y reducción son consistente con la estequiometría de la reacción? (b) ¿Qué diferencias de propiedades se explotan en la sublimación y en el proceso de destilación? (c) ¿Cuál es la composición de las dos corrientes de residuo? (d) Especule sobre la química y separaciones que ocurren en la recuperación BeO. ¿calzan los balances de materiales?

Balance de materiales en la etapa de cloración:

2585 1022 6944 183 BeO C Cl sucrose

Residuo BeCl2 Balance de materiales :

Cloración 1000°C

1) (Nc)salida = (Nc)entrada – r1 (Ni)entrada = moles del componente i a la entrada2) (NBeO)salida = (NBeO)entrada – r1 (Ni)salida = moles del componen i a la salida3) (NCl2)salida = (NCl2)entrada – r1

4) (NBeCl2)salida = (NBeCl2)entrada + r1

5) (NCO)salida = (NCO)entrada + r1

De la ecuación numero 4 se tiene que (NBeCl2)entrada = 0, y de la 5 se tiene (NCO)entrada = 0 por que solo se forman y no ingresan a la etapa de cloración.Por lo tanto nos queda:

(NBeCl2)salida = r1 = 75,8 ton-mol (NCO)salida = r1 = 75,8 ton-mol

(Nc)salida = 85,16– 75,8 = 9,366 ton-mol

(NBeO)salida = 126 – 75,8 = 50,2 ton-mol

(NCl2)salida = 99,2 – 75,8 = 23,4 ton-mol

porcentaje de conversión del BeO = 126 – 50,2 = 60% 126

Balance de materiales en la etapa de reducción:

3726 5396 Na BeCl2

Residuo crudo: NaCl Na Be 7894 621 548

Reducción

Balance de materiales :

1) (NNa)salida = (NNa)entrada – 2r2

2) (NBeCl2)salida = (NBeCl2)entrada – r2

3) (NNaCl)salida = (NNaCl)entrada + 2r2

4) (NBe)salida = (NBe)entrada + r2

De la ecuación numero 2 se tiene que (NBeCl2)salida = 0, por que solo ingresa a la etapa de reducción y de 3 se tiene que (NNaCl)entrada = 0, y de 4 se tiene (NBe)entrada = 0 por que solo se forman y no ingresan a la etapa de cloración.

Por lo tanto nos queda: 0 = (NBeCl2)entrada – r2; r2 = (NBeCl2)entrada = 68,3 ton-mol (NNaCl)salida = 2*r2

(NBe)salida = r2

(NNa)salida = (NNa)entrada – 2r2 = 162 – 2*68,3 = 25,4 ton-mol (NNa)salida = (NNa)residuo + (NNa)crudo

24,5 = (NNa)residuo + 27; (NNa)residuo = 1,6 ton-mol. (NNaCl)salida = 2*r2 = 2*68,3 = 136,6 (NNaCl)salida = (NNaCl)residuo + (NNaCl)crudo 136,6 = (NNaCl)residuo + 136,6; (NNaCl)residuo = 0. (NBe)salida = r2 = 68,3 (NBe)salida = (NBe)residuo + (NBe)crudo

68,3 = (NBe)residuo + 60,3; (NBe)residuo = 8 ton-mol.

A)

Se ve clara mente que el balance de materiales no es consistente con la estequiometria de las reacciones químicas, tanto para la etapa de cloración como para la etapa de reducción esto se ve por que a la salida de estas etapas se producen residuos los que nos indica que la reacción no ocurrió en un 100% . 25 ton BeO

1 ton-mol BeO * 1ton-mol BeCl * ton-mol BeO = 2.77 ton BeO

1ton-mol BeCl 1ton-mol Be 9 ton Be ton Be

ton-mol Be

Esto nos indica que por 2.77 ton de BeO se produce 1 ton de Be, y si en entraran 2058 ton de BeO se deberían producir 752,7 ton de Be, y solo se producen 548ton Be. Si la estequiometria fuera consistente con los balances de materiales nos tendrían que dar que salen 752,7 ton de Be.

B)

En la etapa de sublimación las propiedades que se explotan son el punto de fusión para la sal y el punto de ebullición para el BeCL2, ya que la temperatura en esta etapa del proceso es de 800°C y a esa temperatura la sal se empieza a fundir puesto que su punto de fusión se alcanza a la temperatura de 801°C, y por otro lado a 800 °C el BeCl2 esta en estado gaseoso, ya que su punto de ebullición se alcanza ala temperatura de 532°C.

En la etapa de destilación la propiedad que se explota es la diferencia de volatilidades entre los compuestos, puesto que la volatilidades de los compuestos que entran en la destilación están muy alegadas entre si, como se sabe que la presión de vapor del Na es 1320mmHg, la del NaCl es 4,4mmHg y la del Be es 3,7*10 -5, se deduce de esta información que el compuesto mas volátil es el Be.

C)

Las composiciones probables en el residuo que sale de la etapa de cloración son las siguientes: (Nc)salida = 9,366 ton-mol.

(NBeO)salida = 50,2 ton-mol.

(NCl2)salida = 23,4 ton-mol.

Las composiciones probables en el residuo que sale de la etapa de reducción son las siguientes: (NNa)residuo = 1,6 ton-mol. (NBe)residuo = 8 ton-mol.

Se puede concluir que los equipos ocupados en la obtención del berilio de alta pureza, fueron escogidos estudiando las propiedades físicas de los metales y los metales clorados que están presentes en las dos reacciones, puesto que a cierta temperatura las propiedades físicas(punto de ebullición; volatilidad; punto de fusión) de estos elementos son muy lejanas entre cada uno de ellos. También se puede concluir que el balance de materiales no coincide con la estequiometrica de las reacciones químicas, puesto que las reacciones no ocurre en un 100% de conversión, ya que a la salida de cada etapa en donde hay una reacción química salen residuos, lo que nos indica que no reaccionan todos los reactantes.

Ejercicio 5: Integración de tareas.

Destilado que se enfría con propano. Una corriente del destilado de 35 °F API debe ser enfriada a partir de 200 °F a 100 °F, usando una corriente líquida de propano que debe ser calentada a partir de 0 °F a 100 °F. ¿Cuántas libras por hora del destilado de 35 °F API se pueden enfriar por libra de propano calentado?

Se puede concluir que para enfriar el destilado desde 200°F a100°F y poder calentar al mismo tiempo la corriente fría de propano de 0°C a 100°C, se necesita tener una razón entre sus flujos y esta esta dada por Wdestilado /Wpropano = ...... , mientras se cumpla esta relación se podrá enfriar el destilado y se podrá calentar el propano.

Tema 2: Síntesis de redes de intercambiadores de calor.

Tres corrientes deben ser enfriadas por otras tres corrientes frías que deben ser calentadas. Obtener la red de intercambiadores de calor que optimice la integración energética.

Problema 2:

T° entrada[°K]

T° salida[°K]

Flujo ()[Kg/hr]

Cp[Kcal/Kg °C]

* Cp[Kcal/hr °C]

H1 470 360 6000 0,26 1560H2 370 300 4000 0,15 600H3 420 330 9000 0,35 3150C1 320 390 13000 0,25 3250C2 310 410 9000 0,60 5400C3 430 500 12000 0,25 3000

Para obtener la síntesis de redes de intercambiadores de calor, se aplica la heurística “transferir calor entre la corriente más caliente a ser enfriada con la corriente más fría a ser calentada”, antes de poner en contacto las corrientes se ve hasta cuánto puede calentar la corriente caliente y hasta cuánto puede enfriar la corriente fría cumpliendo con el T de aproximación, el cual es T = 15 °K, luego determinar las áreas efectivas de las corrientes y el calor transferido entre las corrientes será el área más pequeño.

Aplicando la heurística se ponen en contacto las corrientes H1 y C3. La corriente C3 debe ser calentada hasta 500 °K, pero la corriente H1 solo puede calentar a C3 hasta 455

°K, y C3 puede enfriar a H1 hasta 445 °K. Por lo tanto, el calor que entrega la corriente H1 al enfriarse hasta 445 °K es:

Q = * Cp * T [=] [Kcal/hr °C]* [°K] (°K/°C =1)

QH1 = 1560 * (470 - 445)QH1 = 39000 [Kcal/hr]

39000 = 3000 (X - 430) X = 443 °K

Con el calor transferido la corriente C3 queda a 443 °K.

Ahora se deben poner en contacto las corrientes H1 y C1, ya que la corriente C3 no puede seguir siendo calentada por H1 debido a que C3 tiene que calentarse hasta 500 °K, como ninguna de las otras corrientes puede calentar a C3 hasta 500 ºK esta corriente deberá ser calentada con vapor.

La corriente fría C1 debe ser calentada hasta 390 ºK y H1 puede calentar hasta 430 ºK, por lo que puede calentar a la corriente C1, y esta puede enfriar hasta 335 ºK a la corriente H1, la cual debe ser enfriada a 360 ºK, por lo tanto se analizaran las áreas y el más pequeño se intercambiara.

Q’H1 = 1560 (445 - 360)

Q’H1 = 132600 [Kcal/hr]

QC1 = 3250 (390 - 320)QC1 = 227500 [Kcal/hr]

Comparando las áreas, el área Q’H1 es el más pequeño, el cual es introducido en QC1.

132600 = 3250 (X - 320)X = 360,8 ºK ≈ 361 ºK

Quedando la corriente C1 a 361 ºK.

La corriente H1se ha enfriado completamente, ahora se trasferirá calor entre las corrientes H3 y C1, la corriente H3 puede calentar hasta 405 ºK y la corriente C1 debe ser calentada hasta 390 ºK, por lo tanto H3 puede calentar completamente a C1 hasta 390 ºK.

Calor que entrega la corriente H3 al calentar a la corriente C1:

Q’C1 = 3250 (390 - 361)Q’C1 = 94250 [Kcal/hr]

94250 = 3150 (420 - X)

X = 390 ºK

La corriente H3 al calentar a C1 queda a 390 ºK.

Ahora la transferencia de calor será entre las corrientes H3 y C2, la corriente C2 tiene que ser calentada hasta 410 ºK, pero la corriente H3 solo puede calentar hasta 375 ºK, y la corriente H3 debe ser enfriada hasta 330 ºK, como la corriente C2 puede enfriar hasta 325 ºK, C2 puede enfriar completamente a la corriente H3 hasta 330 ºK.

Siendo el calor transferido:

QH3 = 3150 (390 - 330)

QH3 = 189000 [Kcal/hr]

189000 = 5400 (X - 310)X = 345 ºK

Por lo tanto, la corriente C2 al enfriar a la corriente H3 queda a 345 ºK.

No se puede seguir transfiriendo calor entre las corrientes, ya que todo el calor ya ha sido transferido. Por lo tanto la corrientes C3 deberá ser calentada hasta 500°K mediante el uso de vapor al igual que la corriente C2 que debe ser calentada hasta 410°K. En cambio la corriente H2 debe ser enfriada con agua de enfriamiento.

Se concluye que las redes de intercambiadores de calor optimizan la integración energética, debido a que cuando las corrientes calientes se conectan con la corrientes fricas hay un intercambio de calor entre ellas.

Conclusión

Bibliografía