Universidad Tcnica Federico Santa Mara Departamento de Qumica Qumica de Procesos QUI- 025 Certamen N 38 de Julio 2014 1. En el proceso de fabricacin de acetato de celulosaapartirdefibrasdealgodn, cidoacticoyanhdridoactico,se produceunacorrienteresidualdecido actico diluido. La rentabilidad del proceso implicarecuperar,purificaryconcentrar estecidodiluidoparausosposteriores. Seestudiaunprocesoqueenuna columnaextraeelcidoactico(HAc) usandoter(E)comosolvente.Eneste mismo equipo la mezcla de cido diluido y ter se separa en dos fases: una fase ter concentrada en cido actico 3, y una fase acuosaconbajasconcentracionesde cidoresidual,terdisueltoyotras impurezas 4.Lafaseterobtenidadesdeeltopedela columna de extraccin 3 se alimenta a una columnadedestilacinparasepararel solvente del cido actico. El cido actico resultante10seingresaaunasegunda columnadedestilacinparareducirel contenidodeaguay obtener cido actico de alta pureza 12. La fase acuosa obtenida por el fondo de la columna de extraccin 4 se alimenta a una columna de agotamiento recuperandoporsucorrientedetopeel terresidual6ydesechandolacorriente defondo9.Eldiagramadeflujodela figuraconsidera procesar un cido diluido 1(composicinenpeso:30%decido actico,0,2% deH2SO4 y el resto agua), paraproduciruncidoacticorecuperado de99%enpesodepureza12. Considerandoqueel67,5%delcido actico alimentadoa la segunda columnadedestilacin(terminadodecido)serecuperacomo productoyquesealimentanalproceso2,3[lb]decido diluidoporcada[libra]decidodiluidorecirculado(F1/F11= 2,3).Todaslascomposicionesdeldiagramaestncomo porcentajes en peso. Por cada 100 [ton] de cido recuperado 12 (el que contiene 99 % de cido actico), calcular: a.elnmerodegradosdelibertaddelasdiferentesunidades, del proceso completo, y de la frontera globalb. Las composiciones desconocidas de la corriente 3. 40 ptos. 2. Se mezclan adiabticamente 1450 [pie3/h] de aire A con unatemperaturadebulbosecode101,4[F]yuna temperaturadebulbohmedode79,0[F]conVB [pie3/h] de aire B, que contiene el doble de masa de aire seco que A, con una temperatura de bulbo seco de 81,3 [F] y 70,0 % de humedad relativa. El aire resultante 1 se ingresaaunatorre(torredeaspersin)dondese exponenaunafinalluviadeagua(4).Como consecuencia,lacorrientedeaireseenfraa50[F]y ademsexperimentaciertadeshumidificacin.Elaire que emerge de la torre est saturado (2). El agua lquida sale de la torre a 50 [F] (5). Parte de ella se retira (3) y elrestoseenfrayserecirculaalatorre(4).Nose transfierecalorentrelatorreysuentornoytodoel proceso se realiza a una presin de 1,00 [at]. Calcular: a. Flujo en [lb/h] de agua lquida que debe retirarse del proceso (3). b. Calor en [Btu/h] que se debe retirar en el enfriador (nota:Uselaexpresin: IH=0,240T[F]+H(1062+0,450T[F])paraelclculodelaentalpadelaire hmedo con humedad H y temperatura de bulbosecoT.Recordarqueencarta psicromtricaelestadodereferenciapara el agua es agua lquida a 32 [F] y 1,0 [at] yquelacapacidadcalorficadelagua lquida es 1,0 [Btu/(lb F)]). 30 ptos. 2 HAc 30% H2O H2SO4 0,2% E H2O1,2% 4 10 HAc60% H2O Mezclador 1 5 Mezclador 2 E HAc24% H2O E7% HAcH2O H2SO412 11 9 8 6 HAc H2O Agotamiento de ter Termi- nado de cido Columna de Extraccin Recuperacin de Solvente 1 3 7 E 98,8% H2O E H2O1% HAc 99% H2O E0,1% HAc H2O H2SO4 3. Se analizael diagrama de flujo de un proceso orientado a producirPaunquetambinatravsdeunareaccin secundariaseobtieneelsubproductoQ.Enelreactor2 se dan las siguientes reacciones: (I)A 3 V+W (II) V +2 B2 P+W (III) 2 A+ B 3 Q+2 W En el reactor 1 solamente ocurren las reacciones: (I)A 3 V+W (II) V +2 B2 P+W LaconversintotaldeAenproductosenreactor 2esde 60%. Se purga un 20% de la corriente que entra al divisor. Seobtienen476[moles/h]delproductodeseadoP(N6)y se conocen las siguientes relaciones: i.N5x5Q = 15 [moles/h] ii. N5x5W = 328 [moles/h] iii. N5x5V = 10 [moles/h] iv.N8x8A =10[moles/h] v.N7x7B =19[moles/h] Unanlisisdelosgradosdelibertaddeesteproblema indicaquelasolucindelproblemasedebecomenzar por el balance en el Separador 1, luego por el Separador 2,despusDivisoryfinalmentelafronteraglobal. Calcular en la frontera global: a. La conversin de B. b. El rendimiento fraccional de P a partir de A 30 ptos. PRO/JQD/IAA/ pro QUI025 Ce3 s12014 5 Separador 2 Separador 1

Divisor Reactor 1 R1 Reactor2 Mezclador 2 3 4 6 P 7 8 9Purga 10 11 12 A N1 B N2 N12 N9 N6 = 476N5 P Q A B W V N4 P Q A B W V N3 A B V N7 N11 A N10 Q W N8 B V 1 A Q W