COV ejercicios - Mario Sánchez

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1. Una planta industrial produce diferentes productos químicos. Uno de sus procesos productos farmacéuticos con una producción de 50 toneladas/dia continuamente. Durante la producción se forma un gas con diclorometano (CH2Cl2) con un flujo de 300 m3/h. Por cada kg de producto se emitan 20 mg de CH2Cl2. Para eliminar el CH2Cl2, la fábrica instaló un proceso de adsorción con carbón activado. Calcule el tiempo en que se llenaría un lecho de adsorbente con un volumen de 1 m3, si la eficiencia teórica de la adsorción es 40 mg CH2Cl2 /g adsorbente, y si solamente se puede ocupar 30 % de la eficiencia teórica. Además, cual seria en tiempo de residencia del gas en el lecho de adsorción.
Porosidad (espacio de hueco – “void space”) adsorbente: 40%
Densidad aparente adsorbente: 0.8 g/cm3
 
2. Calcule el precio de un equipo especifico de oxidación catalítica con recuperación de calor de 60 % de eficiencia según la fórmula:
 
Precio de equipo (US$): P = exp(5.30 + 0.037 · Q) 
 
		donde Q es el flujo en m3/min
	
El gas contiene 60 ppm de hexano, y para poder cumplir la norma de 5 ppm es necesaria de tener 4000 kg de catalizador.
 
Datos:	Densidad del catalizador:	1.3 g/cm3 
		Porosidad del catalizador: 	0.3
 
Eficiencia del equipo como función del space velocity (Flujo/volumen de catalizador)
 
Space velocity, h-1			Eliminación de hexano
 
		2000					94 %
		4000					90 %
	6000					84 %
	8000 					75 %
 
¿Cuál es el tiempo de residencia?
3. Calcule longitud y diámetro de una cámara de incineración cilíndrico para tratar 500 m3/min de gas con cloro benceno, C6H5Cl. Se considera que el tiempo de residencia del gas en el incinerador no debe ser menos de 0.9 s. Además, para asegurar un buen mezclado y plug flow, la velocidad del gas en el incinerador debe ser al menos 5 m/s. Eficiencia necesaria 99 %.
Además, estime una temperatura adecuada de operación usando:
a) el “método simple”, b) el “método de Lee et al.” y c) el método de Cooper et al.
	* Temperatura de auto ignición : 1094 F
	* Peso molecular : 112.56 g/mol
	* yO2 : 0.08
	* p = 1 atm
Método simple:
Si Tai < 1000 F 	: Top = Tai + 200 F
Si Tai > 1000 F 	: Top = Tai + 300 F
Si tr < 1 s 	: Top = Tai + 300 F
Método de Lee et al.
Método de Cooper et al.
2
2
d = 1.46 m 
2
Método simple
Tai > 1000 F :
Top = Tai + 300 F
Top = 1094 F + 300 F = 1394 F
Método de Lee et al.
T99.9= 594-12.2W1+117W2+71.6W3+80.2W4+0.592W5-20.2W6-420.3W7+87.1W8-66.8W9+62.8W10-75.3W11
T99= 577-10W1+110.2W2+67.1W3+72.6W4+0.586W5-23.4W6-430.9W7+85.2W8-82.2W9+65.5W10-76.1W11
T99.9= T for 99.9% destruction efficiency, F
T99= T for 99% destruction efficiency, F
W1=number of carbon atoms
W2= aromatic carbon flag (0=no,1=yes)
W3= C=C double bond flag – not aromatic ring (0=no,1=yes)
W4= number of N atoms
W5= autoignition Temperature, F
W6= number of O atoms
W7= number of S atoms
W8= hydrogen/carbon ratio
W9= allyl (2-propenyl) compound flag (0=no,1=yes)
W10= carbon-double-bond-chlorine interaction (0=no,1=yes)
W11= natural log of residence time
Método de Lee at al.
T99= 577-10W1+110.2W2+67.1W3+72.6W4+0.586W5-23.4W6-430.9W7+85.2W8-82.2W9+65.5W10-76.1W11
T99 	= 577 – 10·6 +110.2·1 – 67.1·0 + 72.6·0 + 0.586·1094 – 23.4·0 –
	 430.9·0 + 85.2·5/6 – 82.2·0 + 65.5·1 – 76.1·ln0.9
	= 1412.8 F
Método Cooper et al. 
	
A: pre-exponential factor
Z’: collision rate factor (from Figure 11.5 for alkanes, alkenes, and aromatics)
S=steric factor: S=16/MW 
yO2: mole fraction of O2 in the afterburner
P: absolute pressure, atm
R’: gas constant, 0.08206 L-atm/mol-K
k: first order reaction constant, s-1
tr : residence time, s
E : Activation energy (Kcal/mol or KJ/mol) 
E=-0.00966(MW)+46.1 
Método Cooper et al.
k : 
* 1
'
'
2
/
R
P
Sy
Z
A
Ae
k
O
RT
E
=
=
-
r
k
in
out
e
HC
HC
t
h
-
-
=
-
=
1
]
[
]
[
1