BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
1. El formaldehido CH2O, se rod!"e i#d! d!s s$rialme#$ me#$e e media#$e la o%ida"i ar"ial de me$a#ol CH 'OH "o# aire so(re !# "a$ali)ador de la$a (a*o "o#di"io#es o$imas e# el rea"$or $or se lo+ra !#a "o# "o#ersi de -- "o# !#a alime#$a"i /!e "o#$ie#e 0 de CH 'OH e# aire. A!#/!e el rod!"$o ri#"ial es CH 2O, #o es osi(le ei$ar /!e se forme# forme# al+!#os al+!#os s!(ro s!(rod!"$ d!"$os os "omo CO, CO, CO2 e/!e3as "a#$idades de a"ido formi"o, HCOOH. 4or lo $a#$o se laa a la "orr "orrie ie#$ #$e e +a +ase seos osa a /! /!e e "o#$ "o#$ie ie#e #e CO2 ,CO, ,CO, CH'OH #o "o#er$ido, lo rod!"$os CH 2O H2O, asi "omo $am(i5# al s!( !(r rod od!" !"$o $o i#de i#dese sea( a(le le HCOO HCOOH. H. 6!o 6!o#i #ie# e#do do /! /!e e la "orrie "orrie#$e #$e li/!ida li/!ida "o#$ie# "o#$ie#e e "a# "a#$ida $idades des i+!ale i+!ales s de CH2O CH'OH .- de HCOOH, e# $a#$o /! /!e e la "orrie#$e +as +a seos eosa "o# "o#$ie# $ie#e e 7.- .- de H2, "a "al"! l"!le le la "omo "omosi si"i& "i # "omle$a de am(as "orrie#$es. SOLUCION:
Por teoría:
$
%ole&
CO2
60"
33#3
CO
06!
368
H2
!"
#1##
N2
8"!8
#!#
'otal
NO2 :
100 $
""2"" %ole&
CH2O
30!!
1!8
S)&ta*+i CH3OH a HCOOH CH3OH H2O O2 'otal N2
%ole& 3111
180
NH2 :
NCO : NN2 :
2 'otal NCO2 : N2CO CO2 2 - 0 = N1000
NCH3OH : 180 – #00 = -220
0" #00 3!28 126 100 #!#
28( 21"6! "!6"6
N3CH3OH=N3CH2O=180 mol/dia
0 – 126 = -126 00!"N2 – 0 = 0!"N 2 N2CO – 0 = N2C0 N2N2 – #!# = N2N2 – #!#
NCH2O : 180 – 0 = 180
NHC00H : 000"N3 – 0 = 000"N 3
NH2O : N3H20 – 0 = N3H20
PO, O,%UL.
∑= αN =0 S
1
O2 = 2-126 0NH 2 1N2CO 0N2H2 2N2CO2 1-220 1180 2000"N 3 1N3H2O = 0
N2CO 2N2CO2 001N3 N3H2O =2(2
1
H2 = 0 + 2(0.075N2) + 4(-220) + 2(180) + 2(0.005N 3) + 2(N3H2O) = 0
0.15N2 + 0.01N3 + 2N3H2O = 520
(2)
C = 1(N2CO) + 1(N2CO2) + 1(-220) + 1(180) + 1(0.005N 3) = 0
N2CO + N2CO2 + 0.005N3 = 40
(3)
N = 2(N2N2 - 474) = 0
N2N2 = 474
(4)
REACCIONS GLOBALES
N2 = N2CO2 + N2CO + 0.075N2 + 474
0.925N2 = N2CO2 + N2CO + 474
(5)
N3 = 180 + 180 + 0.005N 3 + N3H2O
0.995N3 = N3H2O + 360
(6)
* 3"
0(2"N2 = N2CO2 N2CO #!# N2CO N2CO2 000"N3 = #0 0(2"N2 000"N3 = "1#
"
* 62 01"N2 001N3 20(("N3 – 360 = "20 01"N2 2N3 = 12#0 0(2"N2 000"N3 = "1#
3
,e&ol4ie*do el &i&tema de e+)a+io*e& +o* do& i*+5*ita& te*dremo&:
N2 = ""2"#83 N3 = "!8""8(
2. E# la fa(ri"a"i de 8"ido s!lf9ri"o or el m5$odo del "o#$a"$o, se /!ema iri$as de hierro :e6 2 "o# aire se"o, sie#do o%idado el hierro a :e 2O' , el di&%ido de a)!fre /!e se forma se o%ida os$eriorme#$e a $ri&%ido asa#do los +ases me)"lados "o# aire so(re !#a masa "a$al;$i"a de #e+ro de la$i#o a $emera$!ra "o#e#ie#$e. Ha /!e s!o#er /!e e# la oera"i se s!mi#is$ra aire s!<"ie#$e ara /!emar iri$as de forma /!e el o%i+e#o es$ar8 e# !# 0 de e%"eso del #e"esario, ara /!e $odo el a)!fre /!e reame#$e se /!ema f!ese o%idado a $ri&%ido .De las iri$as "ar+adas se ierde el 1- or "aerse or la arrilla "o# la es"oria #o se /!ema. 4rese#$ar el dia+rama de =!*o. 7a&e 100l de 9irita SOLUCION a Cal+)le&e el 9e&o del aire )e ;a de )tili
1/2 e2O3 2SO2 2SO3
O>ie*o e* 1 11/# mole& O2 8"l eS2 =1(#!1("mol-l
O>ie*o e* 2 SO2 9rod)+ido& e* 1=26#lSO #8" leS2 =(0666 lSO2
O>ie*o *e+e&ario e* 2 = 0"molO 2 > (0666l SO2 = 0!08 moll
O>ie*o tal *e+e&ario : 10" 0!08 = 26"8 mol-l
.ire *e+e&ario: 26"8/021 = 126"! mol-l
.ire e* e>+e&o &)mi*i&trado: 126"!1#0 = 1!!2 mol-l
Pe&o de aire re)erido: 1!!228("="13 l de aire
SO2 9rod)+ido e* 1 =(0666l SO3 9rod)+ido e* 2 = 160(0666>0#0/128=#"333l SO2 *o rea++io*ado = (0666>060 ="##0 l O2 rea++io*ado e* 1 =1(">32
= 62# l
O2 rea++io*ado e* 2 =0!08>0# =(062# l !1#62#l 'otal O2 re&id)al ¿
(
)
513 0.21 32 28.95
-!1#62# = #!#62# l
(
)
513 0.79 28
N2 9ro4e*ie*te del aire =
Cal+)lo de la +om9o&i+io*
28.95
= 3(2 l
Com9o*e*te&
Pe&o l
$Pe&o
SO2
"##
1008
SO3
#"333
8#1
N2
3(2
!268
O2
#!61!
883
'otal
"3(3"
100
+ SO2 re&id)al = "## l SO3 9rod)+ido 9or la ma&a +ataliti+a
(
80 54.4
) x 0.96
64
=65.28 lb
SO3 total ?ormado e* 2 @ 9or +atali&i& = #"333 6"28 = 110613 l d SO2 re&id)al de la ma&a +ataliti+a "##00# = 21!616 L de O2 re&id)al 47.617
−
(
16 65.28 80
)
=34.561 lb
SO 3 total =¿ 110613 l
N 2 permanece invariable =392.00 lb
"3(3" l Com9o&i+io*: SO2
0#0$
'O'.L
SO3
20"0$
O2
6#0$
N2
!2!0$
e Aea+)erdo ala rea++io* deio 9rod)+ir&e de SO 3
(
)
160 100
SO3 teori+o
120
=¿ 133333 l
SO3 )e &e 9rod)Bo = 110613 l
(
110.613 100 133.333
)
$de +orro&io*
=
=¿ 82( $
3 U*a me<+la de amo*ia+o @ aire a 9re&io* de !30mm de H @ tem9erat)ra de 30C +o*tie*e 30$ de NH 3 e* 4ol)me* l a& 9a&a a )*a 4elo+idad de 100 ?t 3 /mi* a tra4e< de )*a torre de a&or+io* e* la )e &e e>trae &olame*te el NH 3 Lo& a&e& &ale* de la torre a )*a 9re&io* de !"0 mmH a )*a tem9erat)ra de 20C @ +o*tie*e 00"$ de NH 3 e* 4ol)me* Utili
S)&ta* +ia
$
Torre de
NH3
30
Absorci
.ire
!0
'otal
100
on
a
P = !30 mmH = 0(6068 atm NH3
'= 303 E PV =nRT
F= 100 ?t 3 = 2831! lt Ae&9eBa*do G* *)mero de mole&
0.96068 atm x 2831.7
<
¿
atm −¿ x 303 ° K 0.0821 mol− g ° k n =¿
=n =109.3691 mol
I*re&a*: $
%ole&
NH3
30
32810!
.ire
!0
!6""8#
100
10(36(1
'otal
* el 9)*to P: Por lo ta*to el aire e* el 9)*to P e&: !6""8#=((("$ 100$
!6"(6!
NH3 e* P = 00383 mole&
*to*+e& el 4ol)me* o+)9ado e* la &alida
P = !"0mmH = 0(8! atm mole& V =
,= 00821
'= 2(3E
*=!6
n x R x T 76.5967 x 0.0821 x 293 = =1866.83 L=65.91 f t 3 0.987 P
'e*emo& 32810! – 00383 = 32!!2# mol NH 3 > 1! r/1 mol NH 3 = ""!63# r ""!63# r NH 3 > 1 /1000 r = 0""!63# NH 3 /mi*
4. El s!lfa$o de Al!mi#io es rod!"ido or rea""i de mi#eral
Ba!%i$a molido "o# H26O0 de >7.7 de "o#"e#$ra"i. El mi#eral de Ba!%i$a "o#$ie#e -- de Al 2O' el res$o de im!re)as, ?7 l(. de Ba!%i$a 110 l(. de 8"ido s!lf9ri"o so# !sados ara rod!"ir 1 $o# de Al 2@6O0 ' "r!do, el "!al $ie#e >0.' de Al 2@6O0 '.H2O. a Aetermi*ar el $ de e>+e&o de rea+ta*te C)al e& el $ de +ada rea++io*a*te )e &e ;a +o*4ertido e* .l2SO# 3 (H2O SOLUCION: . A!2O3 "#$%&"'&" = 670 (0.55) = 368.5 !$% .'A!2O3 = 3.613 *! !$% H2SO4 "#$%&"'&" = 1140 (0.877) = 999.78 !$% .' H2SO4 = 10.202 *! !$%
REACCION:
AL2O3 + 3H2SO4 = AL2(SO4)3 + 3H2O
," ! "$': 10.839 *! !$% $/ ! " $'/$ " "! $/ "% $'%$"'&" "! A!2O3 %" !! "' "#"%.
10.202
A!2O3 ""$/ =
E#"% =
3
=3.40067 mollibras
( 3.613 mollibras −3.400 mollibras ) 3.400 mollibras
∗100
E#"% = 6.264 . "% /" A! 2(SO4)3.9H2O &"'$/: 2000 !$% (0.843) = 1686 !$%.
"% /" A!2(SO4)3.9H2O = 504 !$%*!
"% /" A!2O3 $'/ =
102
54
∗1686 =341.214 libras ( )
98 3
"% /" H2SO4 "$'/ =
504
∗1686= 983.5 libras
(
341.214 100
/" A!2O3 "$'/ =
368.5
(
983.5 100
/" H2SO4 "$'/ =
999.78
)
)
=92.6
= 98.37
5. sa#do el dia+rama de =!*o DCC @ad*!#$o al ro(lema ara !#a la#$a de "ia#!ra"io#, do#de se "o#o"e los si+!ie#$es da$os. Mi#eral $ra$ado 1- $o#., /!e "o#$ie#e 1 de sol!"i de "ia#!ro "omo h!medad or d;a. 6e dis!ele .- o#)as, de oro or $o#elada, de mi#eral se"o de es$e el 2- e# el "ir"!i$o de molie#da, ? e# los a+i$adores, 2 e# "ada !#o de los rimeros esesadores el 1 e# "ada !#o de los 9l$imos esesadores. Las de#sidades de los diersos rod!"$os so# mi#eral se"o 2.> des"ar+a del moli#o de (olas 1.-2 re(alse del "lasi<"ador 1.21 are#as del "lasi<"ador 2.? des"ar+a de $odos los esesadores 1.07 $or$a del
desla)amie#$o del
B!'" ,1: R"!$' !$$/- %!$/ , =
−1.502 = 0.923 2.8 ( 1.502−1 ) 2.8
•
,"%; /"! *!$'
−1.201 =¿ 2.841 2.8 ( 1.201−1 ) 2.8
•
R"!%" /"! !%$/
−2.006 =0.282 2.8 ( 2.006−1 ) 2.8
•
A"'% /"! !%$/
−1.777 =1.222 2.8 ( 1.777−1 ) 2.8
•
," ! && /"! !%$/
−1.29 =1.860 2.8 ( 1.29−1 ) 2.8
•
," ! <!< /" !% ;$&/"%
•
C; $!'&" /"! !%$/ 1.20 # 135 = 162 &'.
•
•
•
•
S!$' /"%;/ /"! *!$' = (1.35+1.62) # 0.923 = 274 &'"!/% R"!%" /"! !%$/ : 135 # 2.841 = 384 &'"!/% S!$' "' ! ; $!'&" = 162 # 0.282 = 46 &'"!/% S!$' /"%;/ /" / ' /" !% "%<"%/"% = 135 # 1.222 = 165 &'"!/%
•
S!$' /"%;/ < "! <$*" "%<"%/ = 219 + 1.222 # 135 = 384 &'"!/%
•
S!$' "' !% ;$&/"% = 135 # 1.86 = 251 &'"!/%
•
S!$' "' ! && /"! !& = 1.35 # 0.47 = 63 &'"!/%
•
A; ;";/ ! !& = 63 15 = 48 &'"!/%
•
•
•
•
•
S!$' /" "&' /"! !& ! !&$* "%<"%/: 165+4863 = 150 &'"!/% S!$' /"! &"" ! %";'/ "%<"%/: 369+165165=369 &'%. S!$' /"! & ! &"" "%<"%/: 219+165+150165=369 &'"!/% S!$' /"! %";'/ "%<"%/ !% ;$&/"%: 251165=86 S!$' /"! %";'/ 369+156=384 &'"!/%
!
$$&
/"
*!$"'/:
S" &$"'" !% %$;$"'&"% "$'"% "' "!$' ! '&"'$/ /" /" !% %!$'"% %!$"'&"% " $';"%'&"%. 1. 2. 3. 4. 5.
219> + 165 > 359 + 0.27#0.5#135 165? + 369@=165N + 369 + 0.71 # 0.5 # 1.35 165+369@ = 165 + 102@+ 63(0.5)@ + 0.01 # 0.5 165+369 = 165? + 369@ + 0.01 # 0.5 # 135 63 + 102@ + 6310 # 65@ = 165@ ,"%<"'/ &"'"*%: >= 0.306 =0.019
?=0.269
= 0.122
@= 0.054
"'&" 63 x 0.019 135 x 0.5
<"/$/
/"
O
/$%"!&:
∗100=1.77
6. #a i#d!s$ria me$al9r+i"a $ie#e !#a la#$a de i#" ele"$rol;$i"a, /!e oera ? "ir"!i$os de $a#/!es "o# 12 $a#/!es or "ir"!i$o, "ada "ir"!i$o es$8 diidido e# 2 "ir"!la"io#es de "as"ada. La sol!"i e#ri/!e"ida "o#$ie#e e# +rFl$ 1 de i#", 1.? de Co(re, .' de Cadmio !#a e/!e3a "a#$idad de H26O0. El "o(re el "admio e# la sol!"i so# re"ii$ados, el 8"ido li(re es #e!$rali)ado or la adi"i de olo de i#", /!e es rod!"ido or f!si a$omi)adora de !#a "ar+a a#$erior se #e"esi$a el 7 del i#" rod!"ido "omo olo de i#". El re(alse de los $a#/!es ele"$rol;$i"os $ra#sor$a 2> +r. de )i#" or li$ro. De#sidad de "orrie#$e 0 amFie2 2? 8#odos de lomo 2- "8$odos de Al!mi#io, or $a#/!e los "8$odos so# re$irados "ada 0- horas dime#sio#es del "8$odo 2 or ' ies. El ol$a*e del $a#/!e ar;a de 0. ol$ios al i#i"io a '.? al <#al de la deosi"i. E<"ie#"ia de "orrie#$e, >-.
Cal+)lar a La& lira& de K* 9rod)+ida 9or día l 4oltaBe 9romedio 9or +ir+)ito + Lo& E-Hr )&ado& 9or lira de K* d l 9e&o de +Mtodo de&9re*dido de +ada lado del +Mtodo e l 4oltaBe a&orido +omo 9ote*+ial de rea++i5* ? l +alor e*erado 9or la ele+troli&i& 9or ta*)e La 4elo+idad de +ir+)la+i5* de la &ol)+i5* 9or +ada +a&+ada ; La +a*tidad de +ore @ +admio retirada de la &ol)+i5* 9or día i l +o*te*ido de H2SO# de la &ol)+i5* e*ri)e+ida @ del real&e del ta*)e SOLUCION: ) L$% /" @' </$/ < /D
H!!'/ ! $"'&" I=
40
amp ∗6∗120∗24∗2∗6 pie 2 pies 2
I= 8 294 400 *<.
∗
400 86.400
0.85
∗8294
96.500
∗65.4 ÷ 453.5 =4555 156.5445
2
L$% /" @' </$/ = 455 157 !$% < /D.
) !&" <*"/$ < $$& !&" $'$$! < $$& = 4.0F120=480 !&$% !&" '! < $$& = 3.6F120 = 432 !&$%
+
4.0 3.6
!&" <*"/$ =
2
=3.8 voltios
) L% -H %/% < !$ /" @$'. 3.8∗8294400 ÷ 1000= 31519 kw por planta
∗ =756456 kw− r por planta
31519 24
756 456
455157
=1.66
kw −r !e "inc lb
/) E! <"% /" &/ /"%<"'/$/ /" / !/ /"! &/.
∗2 =25.3 libras !ecato!o 2∗25∗120∗6 455157
") E! !&" %$/ * <&"'$! /" "$'.
@'SO4+ H2O = @' + H 2SO4 + O2 ,H-= -251.950 68.370 + 212.400 = -107.920 !. 107920
&"'$! /" R"$':
23.060
∗2
=2.34 voltios
) E! ! ;"'"/ < ! "!"&!$%$%J < &'". !&" " ;"'" ! = 3.8 - 2.34 = 1.46 !&$% &"'$ < &'" = 1.46#8294 4 *<10#120#6*< = 16.8 > 860
3.60
∗16.8 Kw =4.01
Kcal por la electrosis seg
;) L "!$// /" $!$' /" ! %!$' < / %/.
100 ;!& 28;!& = 72 ;!& /" @$' ! /" @' = 0.07#216 369 000 = 15 145 830 ;. @' /"<%$&/ = 216 369 000 15 145 830 = 201 223 170 ;. 201 223 170 ;80 ;.!& = 2 515 289 !$&% /" %!$'/D <
) L '&$// /" " /*$ "&$/ /" ! %!$' < /D. gr #$∗2 515 289 litros 1.6 ¿ =8 874 !e#$ pp / !ia 453.5
0.3
gr
¿
#$∗2 515 289 litros 453.5
=1663.92 !e#!
pp !ia
$) E! '&"'$/ /" H2SO4 /" ! %!$' "'$"$/ /"! "!%" /"! &'". 15 145 830
"% /" H2SO4 =
22659 586
2515 289
gr
∗98 gr
65.4
= 22695 586 gr%
=9.02 ¿ !e & 2 SO 4 !ela sol$cionenri'$eci!a
216 369 000 = R"!%" /"! &'"
216 369 000# 9865.4 = 324 222 660 ;.
324 222 6602 515 289 = 129 ;!& /" H 2SO4 /" "!%" /"! &'"