PROBLEMA 9El agua de alimentacin a un caldero que produce vapor saturado a 150 C se bombea desde un tanque de succin que se encuentra en un nivel a 2m por debajo del caldero. El flujo de agua es de 10 m3/h y circula por un precalentador donde su temperatura inicial de 15 C se eleva hasta 65 C. El dimetro del sistema de tuberas es de una pulgada, incluyendo la tubera del precalentador. La longitud equivalente del circuito es de 150 m.a. Determine el trabajo elctrico de la bomba, sabiendo que la eficiencia es de 60 %. Detalle todos los pasos en dicho clculob. Calcule el calor transferido en el precalentadorc. Determine el coeficiente de pelcula en el precalentador.

a) Trabajo elctrico de la bomba :

Flujo turbulento Considerando tubera d hierro comercial: por grafica se obtiene la rugosidad relativa

Tomando los valores de Re y se obtiene f

TENEMOS QUE:

3676b) calor transferido al precalentador

=580.56KJc) Coeficiente d pelcula en el precalentador:

PROBLEMA 10Un intercambiador de calor de tubos concntricos se emplea para calentar benceno desde 20 C hasta 35 C. Por el tubo interior, cuyo dimetro nominal es de 2 pulgadas, circula el benceno con caudal de 1000 kg/h y por el espacio anular circula agua que entra en el sistema a 90C. Calcular la cantidad de agua que entra en el sistema para el funcionamiento en contracorriente y para el funcionamiento en corrientes paralelas. El valor del coeficiente global de transferencia de calor es aproximadamente igual a 174 W/m2.K . Las propiedades del benceno se estiman como 0,6 cPoises y 800 kg/m3.

PROBLEMA 11Se dispone de un intercambiador de calor experimental de un rea de 4. La temperatura de ingreso y salida del fluido caliente es de 250 y 130, respectivamente. La Temperatura de entrada del fluido fro es de 40. El flujo del fluido caliente es de 40 y su Cp es de 5; en cambio el fluido fro tiene un flujo de 50 y su Cp es de 15. Con los resultados del trabajo experimental se desea disear un intercambiador de calor comercial que tiene una temperatura de ingreso del fluido caliente de 300 y su temperatura de salida es de 120. El calor especfico es de 5 y su flujo es de 400. La corriente fra ingresa a la temperatura de 40, con capacidad calorfica de 15 y flujo de 600. Calcule: a) El coeficiente global de transferencia de calorb) El rea del intercambiador de calor comercial

a)El coeficiente global de transferencia de calor

Considerando para un IC en paralelo.

El coeficiente global de transferencia de calor se puede determinar de la ecuacin.

Necesitamos temperatura de salida del flujo frio.

El calor entregado por el IC.

b)El rea del intercambiador de calor comercialIC de calor comercial

Para determinar el rea requerida usamos la ecuacin de transferencia de calor.

El calor entregado por el IC.

El rea requerida par aun intercambiador seria 62 m2

PROBLEMA 12Un proceso para la produccin de fibra de acetato de celulosa genera una corriente de desecho conteniendo principalmente aire pero con una pequea cantidad de vapor de acetona. El flujo de aire es de 300 kmoles/h y el de acetona es de 4,5 kmoles/h. Se propone recuperar acetona de la corriente de aire, por absorcin en agua, seguido de destilacin para separar la mezcla acetona/agua. El absorbedor requiere un flujo de agua 2,8 veces mayor que el de acetona.a) Asumiendo un costo de acetona de 34,8 $/kmol, agua de proceso de 0,004 $/kmol y el proceso opera por 8000 horas anuales. Calcular el valor neto de productos asumiendo recuperacin completa de la acetona. b) Si tanto el absorbedor como la columna de destilacin operan con una recuperacin de 99 % de acetona y si el producto del tope de la columna de destilacin debe tener una pureza del 99 %: (b.1) represente el diagrama de flujo del sistema; (b.2) calcule los flujos de la acetona y el agua de entrada y salida de la columna de destilacin.

FlujosCostosCosto.Flujo

Aire300kmoles/h

Acetona4.5kmoles/h34.8$/kmol156.6$/h

Flujo de agua12.6kmoles/h0.004$/kmol0.0504$/h

Operacin8000horas/aoVNP156.5496$/h

VNP1252396.8$/ao

Valor neto de Productos = Costo. Flujo Acetona - Costo. Flujo Agua

Parte (b)

FlujosAbsorbedorSalida AbsEntrada DestSalida Dest

Aire300kmoles/h

Acetona4.5kmoles/h4.4554.4554.41045

Flujo de agua12.6kmoles/h12.612.612.6

PROBLEMA 13El etileno puede ser producido por craqueo trmico del etano, conforme a las reacciones:C2H6 C2H4+H2C2H6 C2H4 + CH4Las reacciones tienen lugar a 1500F y 50 psia. Se desea producir 875 mol/h de etileno con 75 % de pureza. Asumir que la selectividad est dada por:

La alimentacin de etano contiene 5% molar de metano y cuesta $1,65/mol. El etileno a 95% vale $6,15/mol. El combustible cuesta $4,00/106 BTU. Establezca:a) El diagrama de entrada/salida del procesob) El diagrama de entrada/salida con reciclosc) El diagrama con principales unidadesd) La tabla estequiomtrica indicando los flujos finales de cada componente en trminos de la conversin y la selectividade) La concentracin de todos los componentes en trminos de X y S.f) El valor neto de productos. El poder calorfico del hidrgeno es 113807 BTU/kg y para el metano es de 47443 BTU/kg.g) Indique si el presente proyecto es econmicamente viable.

C2H6C2H4H2C2H4

75%=875mol/hC2H6CH4REACTOR

AB+CA1/2B+D

REACTOR

d)ESPECIEINICIOCAMBIO RX1CAMBIO RX2FINAL

A

B

C

D

e)

PROBLEMA 14La hidratacin del etileno produce etanol a nivel industrial, de acuerdo a las siguientes reacciones: CH2CH2 + H20 CH3CH2OH2 CH3CH2OH (CH3CH2)2O + H2OSe desea producir 783 moles/h de un azetropo que contiene 85,4 % molar de etanol en agua, a partir de una alimentacin de etileno que contiene 4 % de CH4 y otra corriente de agua pura. Se desea reciclar el ter dietlico. a) Estructure el diagrama de entrada/salida del procesob) Establezca un diagrama que incluya las corrientes de recicloc) Formula una tabla estequiomtrica en base a la conversin X y selectividad Sd) Determine los principales flujos de entra y salida del procesoe) Calcule el valor neto de productos si el costo del azetropo es de 8 $/mol; el del etileno, de 3 $/mol, el agua de alimentacin de 0,5 $/mol y el agua residual de 0,07 $/mol.H2O

Proceso

CHCH2OHC2H4

f) Establezca un diagrama que incluya las corrientes de reciclo

ProcesoCH3CH2OHC2H4H2O

(CH3CH2)2OH2O

g) Formula una tabla estequiometrica en base a la conversin X y selectividad S

componenteinicioCambio R1Cambio R2final

EFOE- FOE X0- FOE (1-X)

AFOA- FOE X+1/2 FOE X(1-S)FOE (A

ET0FOE X- FOE X(1-S)FOE SX

D00+1/2 FOE X(1-S)FOE X(1/2)(1-S)

IFOI00FOE

Rx1+Rx2= FINALFOE X+ Rx2= FOE SXRx2= FOE SX- FOE XRx2= FOE X(S-1) = -FOEX(1-S)

h) Determine los principales flujos de entra y salida del procesoET + I

21AETA Y ET

A + D

PROBLEMA 15El isooctano (gasolina) se produce por las siguientes reacciones:Buteno + IsobutanoIsooctanoButeno + Isooctano C12Las reacciones ocurren en fase lquida a 45 F y 90 psia en un reactor continuo agitado. La produccin deseada de isooctano es de 918 moles/h. Los costos de los materiales expresados en $/mol son: buteno = 14,56; isobutano= 18,59; isooctano = 36,54; C12 = 12,05.a) Desarrolle un diagrama del proceso incluyendo entradas/salidas y reciclos.b) Determine los flujos del proceso en trminos de la conversin X y de la selectividad S. X se define como la fraccin de buteno convertida y S como los moles de isooctano producidos por mol de buteno convertido.c) Calcule el valor neto de productos en funcin de la conversin y de la selectividad.

a) Diagrama del proceso incluyendo entradas y salidas

ReactorSeparadorA, B

A, BA, B,CCD

b) Flujos del proceso en trminos de conversin y selectividad EspecieInicialCambio CambioFinal

A

B0

C0

D00

c) Valor neto de productos en funcin de la conversin y selectividad .

PROBLEMA 16El anhdrido actico se produce por las reacciones:Acetona cetona + CH4Cetona CO + C2H4Ambas reacciones ocurren a 700C y 1 atm de presin. Complementariamente se da la reaccin Cetona + cido actico anhdrido acticoLa ltima reaccin ocurre a 80 C y 1 atm. La selectividad (moles de cetona que abandonan el reactor de pirlisis por mol de acetona convertida) es dada por la ecuacin S = 1 4X/3 a bajas conversiones. La produccin deseada de anhdrido es 16,58 moles/h con una pureza del 99 %. Los costos son: acetona = $ 15,66/mol, anhdrido = $ 44,41/mol; combustible = $ 4,00/milln de BTU. a) Represente el diagrama de entrada salida del procesob) Diagrame los reciclos del procesoc) Desarrolle el diagrama de flujo del procesod) Desarrolle la tabla estequiomtrica para las reacciones.e) Calcule los flujos de entrada y salida del procesof) Desarrolle una expresin algebraica para el VNP del proceso en funcin de X y S.

AF

M,CO,ER

SEP

R1R2A

D3D2MR2D1FLASHR1

COMPONENTEINICIALRX1RX2FINAL

A-FAOX0FAOX(1-X)

C0FAOX-FAOX(1-S)FAOXS

M0FAOX0FAOX(1-S)

CO00FAOX(1-S)FAOX(1-S)/2

E00FAOX(1-S)FT=FTO[1+YAOX(3-S)/2

COMPONENTEINICIALRXFINAL

CFCO-FCOX2FCO(1-X2)

RFRO-FCOX2FCO(R-X2)

FOFCOX2FCOX2

COMPONENTEFLUJO PROCCOSTO

AFCO/S-15,66

MFCO/S(1-S)4*Hm*Fj*Hci

COFCO/S(1-S)

EFCO/2S(1-S)

RFCO(R-X2)

FFCOX244,41