5/24/2018 Ejercicios repaso

1/3

INGENIERA QUMICA. 2 Grado en Qumica

Ejercicios de repaso curso 13-14

Ejercicio 1.-

Un lquido hierve a 340 K por la cara inferior de una superficie plana de metal por cuyacara superior condensa un vapor a 425 K (ver dibujo). El coeficiente individual detransmisin de calor del lado del vapor es de 11 kW/m2K. El espesor de la lmina de metales 3 mm, y su conductividad trmica es 42 W/mK. El coeficiente individual de transmisinde calor del lado del lquido es de 6,36 kW/m2K. Calcula las temperaturas de las carassuperior e inferior, Toy Ti, de la lmina metlica. (400,82 y 381,82 K)

Vapor, TV=425K

Lquido, TL=340K

To

Ti

q/A

Vapor, TV=425K

Lquido, TL=340K

To

Ti

q/A

Ejercicio 2.-

A travs de un reactor de flujo pistn pasa 1 L/s de una mezcla de aire-ozono (80% de aire)a 1,5 atm y 93 C. En estas condiciones, el ozono se descompone conforme a la siguientereaccin homognea:

2 O33 O2

203 O3(-r )=kC ; k=0,05L/(mols)

Calcular el tamao del reactor necesario para una descomposicin del 50% del ozono.(2126 L)

Ejercicio 3.-

Un tubo de 60 mm de dimetro exterior est aislado con una capa de slice de 50 mm deespesor, cuya conductividad es 0,055 W/(mC), y a continuacin con una capa de corchode 40 mm, cuya conductividad es 0,050 W/(mC). Si la temperatura de la superficie

exterior de la tubera es 150C y la temperatura de la superficie exterior del corcho es30C, calcular:

a) Prdida de calor por metro de tubera. (29,06 W/m)b) Temperatura entre las capas de slice y corcho. (67,52C)

Ejercicio 4.-

Una columna de fraccionamiento continuo ha de disearse para separar 30000 kg/h de unamezcla del 40% de benceno y 60% de tolueno en un producto de cabeza que contiene 97%de benceno y un producto de cola del 98% de tolueno. Estos porcentajes estn expresadosen peso. Se utilizar una relacin de reflujo de 3,5. El benceno y el tolueno forman unsistema ideal con una volatilidad relativa de 2,5. Calcular:

a) Flujos molares de los productos de cabeza y cola. (153,15 y 196,35 kmol/h)

5/24/2018 Ejercicios repaso

2/3

b) Nmero de platos ideales y posicin del plato de alimentacin si la alimentacin esuna mezcla de dos tercios de vapor y un tercio de lquido. (13; 7)

Ejercicio 5.-

Una enzima acta como catalizador en la fermentacin de un reactivo A. Para unacorriente acuosa de entrada de 25 L/min,

a) Calcular el volumen del reactor flujo pistn necesario para conseguir unaconversin de 95% del reactivo A (CA0=2 mol/L). La cintica de la fermentacin es:

Enz AA

A

0,1 C molA R, ( r )

1 0,5 C L min

b) Cul sera la conversin alcanzada en un reactor mezcla completa continuo deigual volumen?

SOL: 1019,75 L y 0,768

Ejercicio 6.-

Un tubo cilndrico de caucho duro y paredes gruesas, cuyo radio interior mide 5 mm y conespesor de 15 mm, se usa como serpentn de enfriamiento provisional en un bao. Por suinterior fluye una corriente de agua fra. Las temperaturas de las paredes internas yexternas del tubo de caucho son 274,9 K y 297,1 K, respectivamente. Si el serpentn debeextraer del bao un total de 14,65 W, y la conductividad trmica de ese caucho es de0,151 W/(mK), calcular:

a) La longitud de tubo necesaria. (0,964 m)b) Espesor que debera tener el tubo para reducir la longitud anterior a la cuarta

parte. (2,07 mm)

Ejercicio 7.-

Una mezcla que contiene un 35% molar de A y un 65% molar de B se va a separar en unacolumna de rectificacin. El 96% de los moles de A alimentados salen por el destilado, quepresenta una composicin del 93% de A. La alimentacin es mitad vapor y mitad lquido. Larelacin de reflujo empleada es de 4, y la volatilidad relativa media de las sustancias aseparar es 2. Calcular:

a) Flujos molares de destilado y residuo, por cada kmol/h de mezcla alimentada.(0,361 y 0,639 kmol/h)

b) Nmero de etapas necesarias. (15)c) Localizacin ptima de la alimentacin. (8)

Ejercicio 8.-

Se dispone de una mezcla equimolar de n-pentano (1) y n-heptano (2) que se deseafraccionar, a 1 atm de presin, en un destilado que contiene el 90% msico en n-pentano yun residuo con un 90% msico en n-heptano. Si la alimentacin se introduce como mezclaL-V al 50%, calcular:

a) La cantidad de destilado y residuo que se obtiene por mol de alimentacin. (0,462y 0,538 mol)

b) El nmero de etapas necesarias para una relacin de reflujo de 2. (3)c) Entrada ptima de la alimentacin. (2)

Suponer que la mezcla cumple la Ley de Raoult, y que las presiones de saturacin puedenser calculada a partir de:

5/24/2018 Ejercicios repaso

3/3

sat

1

sat

2

2477.07lnP =13.8183-

T+233.21

2911.32lnP =13.8587-

T+216.64

donde T est en C y la presin de vapor en kPa.

Ejercicio 9.-

A una temperatura de 650C la fosfamina se descompone segn la siguiente reaccin enfase gaseosa:

4PH3P4+ 6H2siendo la velocidad de reaccin (-rPH3) = kCPH3.Calcular el tamao del reactor de flujo pistn con caractersticas de operacin de 650C y11,4 atm que se necesita para una conversin de 75% de 10 mol/h de fosfamina en una

corriente de alimentacin que contiene 2/3 de este compuesto y 1/3 de inerte.La misma reaccin, llevada a cabo en un pequeo reactor tubular de laboratorio de 3L, ala misma temperatura pero a la presin de 460 kPa dio una conversin del 80% para unacorriente pura de fosfamina de 0,8 mol/h. (17,18 L)

Ejercicio 10.-

Agua caliente a 60C se introduce a 2 cm/s por una tubera de acero de espesordespreciable y dimetro 2,54 cm. La tubera, de 3 m de longitud, se encuentra expuesta alaire atmosfrico a 20C, el cual presenta un coeficiente individual de transferencia decalor de 25 W/m2C. Se pide:

a)

Comprobar que el agua circula en rgimen laminar por el interior del tubo.(Re=1062)b) Calcular la temperatura de salida del agua. (55,37C)c) Se deposita una costra de suciedad sobre la superficie del tubo que supone una

resistencia adicional a la transmisin de calor de 0,01 m2C/W. Calcula la longitudque debera tener el tubo para que el agua siguiera saliendo a la temperatura delapartado b). (3,65 m)

Datos para el agua a 60C:Cp=4,18 kJ/kgC; =985 kg/m

3; k=0,651 W/mC; =4,7110-4Pas; Pr=3,02

Ecuacin de Sieder y Tate para flujo interno laminar en conducciones cilndricas:1/3

DNu=1,86 RePr

L

Ejercicio 11.-

Sea un intercambiador de calor de doble tubo con un rea de intercambio de 25 m 2, quetrabaja en contracorriente, para enfriar un caudal de 125000 kg/h de un aceite mineraldesde 95 hasta 60 C, utilizando agua fra a 15 C. Puede suponerse un valor constante delcoeficiente global de transmisin de calor U=2200 W/m2C y un valor medio del calor

especfico para el aceite de 2,0 kJ/kgC. En tales condiciones, calcular la temperatura desalida del agua. (51,6C)