Balance de masa y energía 2

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UNIVERSIDAD REGIONAL AMAZÓNICA
IKIAM
Balance de Masa y Energía
	
Grupo 
Numero 01
	Deber núm.: 1-BME_G01 Profesora Zulay M. Niño R 
	Fecha envío: _01_/_02_/_2021 Fecha entrega: _08_/_02_/_2021_
	Ejercicios sobre Unidad 1 Valor total: 10 puntos
	Nombre: Henry Rocano Firma aceptación nota: 
	Instrucciones: Resuelva de manera individual los problemas asignados, indique las suposiciones que realice en donde sea necesario
Se agradece orden y letra legible
1) 5000 barriles(bbl) de un aceite de 28 ºAPI se mezclan con 20000 barriles de un aceite combustible de 15 ºAPI. ¿Cuáles son los ºAPI de la mezcla? Asuma que 1 bbl = 42 gal y que la solución es ideal, por tanto, los volúmenes son aditivos. (1,0 puntos)
2) Un manómetro conectado a una línea en la cual se realiza vacío registra 3 pulg Hg. Si el barómetro registra 740 mm Hg. ¿Cuál será la presión absoluta en psia? (0,25 puntos)
3) Determine la presión (en N/m2) que ejercería un cubo de 2 m de lado, de hierro forjado, cuya densidad es de 7,03 g/cm3, en contacto con una superficie plana. ¿A cuántos metros de columna de mercurio equivale? (0,5 puntos)
4) Convertir:
a) 
Cp = (10,14 + 1,4510-2T) con T(ºC) en con T(ºF) (0,5 puntos)
b) 
2,1 (0,25 puntos)
5) Cada año se fabrican alrededor de 45 millones de toneladas de ácido sulfúrico (H2SO4), cantidad que sobrepasa la lista de todos los compuestos químicos producidos. Calcule
a) Las ton-mol de ácido sulfúrico producido por año. (0,125 puntos)
b) Los gramos de ácido sulfúrico producidos por año. (0,125 puntos)
c) Las libras de ácido sulfúrico por persona en el mundo, suponiendo que la población mundial sea de 6 000 millones. (0,125 puntos)
d) ¿Cuál es el valor en dólares del mercado mundial si el ácido sulfúrico se vende a alrededor de $75/ton? (0,125 puntos)
6) En Alemania, el consumo de combustible de automóvil se legisla para ser de 5.97 L por 100 km. En Estados Unidos, el gobierno requiere que la flota automovilística promedie 27.5 millas por galón. Si el estadounidense promedio conduce 20 millas diarias, ¿cuál será el ahorro en uso de gasolina (galones por año por chofer) que se lograría si Estados Unidos cambiara a la norma alemana? (0,5 puntos)
 
7) 
a) 1 g de hidrógeno (H2) es mezclado con 1 g de benceno (C6H6) y 1 g de ciclohexano (C6H12). Toda la mezcla es gaseosa¿Cuál es la fracción en masa y la fracción molar de hidrógeno, benceno y ciclohexano en la mezcla? (0,5 puntos)
b) 1 gmol de hidrógeno (H2) se mezcla con 1 gmol de benceno (C6H6) y 1 gmol de ciclohexano (C6H12). Toda la mezcla es gaseosa. ¿Cuál es la fracción molar y la fracción en masa de hidrógeno, benceno y ciclohexano en la mezcla? (0,5 puntos)
8) Si el aire contiene un 79 %mol de N2 y un 21 %mol de O2, ¿cuál es la masa (en gramos) de 1 gmol de aire? ¿Cuál es el porcentaje en peso de N2 y O2 en el aire? (0,5 puntos)
9) Un reactor químico opera a una presión (absoluta) de 10 atm y 250C. Determine la presión y la temperatura de este reactor en las unidades siguientes: kPa y K, psig y F, bar y R. (0,75 puntos)
10) El dióxido de titanio (TiO2) se usa ampliamente en la pintura, pero un nuevo uso para este compuesto químico es en las labores domésticas: ventanas que usted no necesita lavar. El vidrio cubierto con TiO2 permanece limpio de dos maneras:
(1) El TiO2 trabaja como un catalizador en presencia de luz ultravioleta para hacer reaccionar el polvo orgánico y la mugre con CO2 y agua, y (2) el TiO2 reduce la tensión superficial del vidrio y causa que el agua de lluvia forme una capa sobre la superficie y arrastre la suciedad. Para fabricar este vidrio, se coloca una capa de TiO2 de 50 a 60 nm de espesor sobre el vidrio mientras todavía está en su estado fundido. ¿Cuántos gramos de TiO2 necesitaría usted para una ventana de 6 x 4 pie? La densidad del dióxido de titanio es de 3.84 g/cm3. (0,5 puntos)
11) Trace un diagrama de flujo de bloques para la producción de leche, desde la pastura. Asegúrese de incluir todas las materias primas y los subproductos en su diagrama. Indique mezcladores, divisores, reactores y separadores según lo necesite. No es necesario incluir alguna información cuantitativa. (1 punto)
12) El benceno es un intermediario químico importante. Puede fabricarse a partir del tolueno (CH3C6H5) mediante un proceso conocido como hidrodealquilación. En este proceso, el tolueno se mezcla con hidrógeno junto con gases reciclados provenientes de un separador de fase gas-líquido de alta presión. La corriente se calienta a 600 °C en un horno. La corriente caliente se alimenta a un reactor, donde un 75% del tolueno se convierte a benceno. El efluente del reactor, a 654C y 24 bars, se enfría a 38C y se envía a un separador donde es separado en corrientes de vapor y líquido. La corriente líquida, que contiene benceno y tolueno principalmente pero también un 0.014 %mol de hidrógeno y un 0.062 %mol de metano, se separa posteriormente en componentes por destilación. El 99.6 %mol del benceno de la columna de destilación se enfría posteriormente y se envía a almacenamiento fuera de la planta. El tolueno de la columna de destilación se recicla hacia la alimentación del reactor. Aproximadamente un 80% de la corriente de fase gaseosa del separador de alta presión se vuelve a comprimir; la mayor parte se recicla para mezclarse con el tolueno fresco y la alimentación del hidrógeno, pero se envía casi un 5% directo al reactor. El gas restante del separador de alta presión, más los gases recuperados del separador de baja presión y de la columna de destilación del tambor de reflujo, se envían fuera de la planta como gas combustible. El proceso produce 8.21 ton/h de benceno. (Adaptado de R. Turton et al., Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes, Prentice-Hall, 1998.)
Con base en esta descripción, trace un diagrama de flujo de bloques (1 punto) e identifique:
a) Una base de cálculo (0,25 puntos)
El producto del proceso: 8.21 ton/h de benceno
b) Tres especificaciones de composición de corriente (0,25 puntos)
1. La corriente de fase líquida, principalmente contiene benceno y tolueno pero también un 0.014 % mol de hidrógeno y un 0.062 % mol de metano.
2. La corriente de fase gaseosa del separador de alta presión contiene: 80% gas que se comprime, 5% gas que va hacia el reactor y el 15% sale de la planta como gas combustible.
3. El 99.6% mol del benceno de la columna de destilación se enfría y se envía a almacenamiento fuera de la planta
c) Tres especificaciones de desempeño del sistema (0,25 puntos)
1. El horno calienta la corriente a 600C.
2. El efluente del reactor tiene una temperatura de 654C y una presión de 24 bars.
3. El efluente del reactor es enfriado en un intercambiador de calor a 38C.
13) En el proceso de Siemens para fabricar el silicio de calidad electrónica de alta pureza, el polvo de silicio de calidad metalúrgica, Si, primero se convierte en tetraclorosilano y triclorosilano, los cuales después se purifican. El triclorosilano es reducido con hidrógeno a Si. La reacción de reducción ocurre en una barra de silicio sólida; así, la barra de silicio crece dentro de la cámara de reacción del silicio. A continuación, se muestra un diagrama de flujo de bloques simplificado de un proceso de Siemens representativo. Redacte un párrafo que describa las características del proceso. En su descripción, identifique específicamente el propósito de cada unidad de proceso, y describa con cuidado cómo fluyen los materiales entre las unidades
 
(1 punto)
El polvo de silicio de calidad metalúrgica ingresa al reactor con hidrógeno (H2) y Cloruro de Hidrógeno (HCl) que son mezclados previamente. Luego, la corriente es enviada a un separador donde es separado en corrientes de fase gaseosa y fase líquida. La corriente de gases ingresaen un separador de gases, donde se obtiene H2 y HCl. El H2 se mezcla con triclorosilano (SiHCl3), que proviene de la corriente líquida, esta corriente líquida pasa por un separador de líquidos donde se obtiene SiHCl3 y tetraclorosilano (SiCl4), este último es almacenado. La mezcla entre SiHCl3 y H2 ingresa en la cámara del reactor con barras de Si, donde el triclorosilano es reducido con hidrógeno a Si. 
Los compuestos restantes de la cámara del reactor con barras de Si, son enviados a un separador donde se obtiene: H2, que es reciclado para alimentar el mezclador de SiHCl3 con H2; HCl que es reciclado y nuevamente mezclado con el HCl reciclado que provienen del separador de gases y con HCl puro, para luego ser mezclado con el H2 que alimenta al reactor y el SiHCl3 que no a reaccionado, es enviado a un separador donde se eliminan las impurezas y luego alimentan el separador de la corriente líquida. 
C
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Btu
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