Problema 1: a) El monitor de una estación municipal de control de la contaminación da una concentración diaria promedio de ozono de 20 g/m3 a 20 ºC y 1 bar , ¿cuál será la concentración de ozono en ppb? ppb?. µ g/m b). El gas del tubo de escape de un camión contiene un 2,2 % en volumen de CO, ¿cuál será la concentración de CO en mg/m3 a 30 ºC y 1,02 atm.
APARTADO APARTA DO (a) Datos: •
•
•
•
•
Objetivo:
Concentración diaria de ozono (O3) = 20 µ g/m g/m3 Presión = 1 bar Temperatura = 20 ((ºC ºC)) + 273,15 = 293,15 K 1 atm = atm = 1,013 bar M(ozono) = 16 · 3 = 48 g/mol
[O3] en ppb (mm3 de O3/m3 totales)
Cálculos: (suponer comportamiento ideal)
Moles de O3 =
20 (µg) · 10−6 (g/ µg)
= 4,17 10-7 moles
48 (g/ mol)
Volumen de O3 =
4,1710 7 (moles) · 0,082(atm·l / mol·K)·293,15(K)
nO ·R·T 3
−
=
P
1 (bar ) ·
1 (atm)
= 1,0146 10-5 l (dm3)
1,013 (bar )
Concentración de O3 =
1,0146 10 −5 (dm3 ) · 10 6 (mm 3 / dm3 )
pp pb 10,146 p
3
1 (m )
APARTADO APARTA DO (b) Datos: •
•
•
•
Objetivo:
%CO en el gas del tubo de escape (O3) = 2,2 % Presión = 1,02 atm Temperatura = 30 ((ºC ºC)) + 273,15 = 303,15 K M(CO) = 12 + 16 = 28 g/mol
[O3] en ppb (mg C (mg CO/m3 gas escape)
Cálculos: (suponer comportamiento ideal) Volumen de CO (en 1 m3 de gas de escape) = escape) =0,022 0,022 m 3 CO
Moles de CO =
P·VCO R·T
Concentración de CO =
=
1,02 (atm) · 0,022(m3 ) · 103 (l / m3 )
= 0,9027 moles
0,082(atm·l / mol·K)·303,15(K) 0,9027 (moles) · 28 (g/ mol) · 103 (mg/ g) 3
1(m )
25 5275,6 mg/ g/m m 3 = 2
Problema 2: Se utiliza caliza (carbonato de calcio) para depurar el dióxido de azufre producido en una planta térmica en la que se emplea como combustible carbón con un contenido en azufre del 3,0 %. La eficiencia de la eliminación de SO2 debe ser del 90%, a fin de cumplir con los requisitos medioambientales impuestos. Calcule: a) Los kg de carbonato de calcio estequiométricos que se necesitan por kg de azufre en el carbón. b) Los kg de caliza necesarios por tonelada de carbón si se emplea un 20% de exceso de carbonato de calcio y la riqueza de la caliza en carbonato de calcio es del 85 %.
Datos: •
•
•
•
•
Contenido en S del carbón = 3% Rendimiento proceso eliminación SO2= 90% Riqueza de la caliza = 85% Exceso de caliza = 20% M(CaCO3) = 100 g/mol
Esquema: Carbón
Gas limpio
Gas sucio
HORNO
Caliza
Aire
Rdto= 90%
Lodo
Reacciones: (generación del SO2)
S + O2
→ SO2
(eliminación de SO2)
CaCO3(s) + SO2(g) +
1 O → CaSO4(s) 2 2(g)
+ CO2(g)
Cálculos: (para 1 Tm de carbón) •
Cantidad de azufre = 1000 (kg carbón) · 0,03 (kg S/kg carbón) = 30 kg (30000 g)
•
Cantidad de SO2 generada =
•
Cantidad de SO2 eliminada = 0,90 · 937,5 = 843,75 moles
•
Cantidad estequiométrica de CaCO3 necesaria = 843,75 (moles SO2 )
•
Cantidad real de CaCO3 empleada = 84375 + 84375· 0,20 = 101250 g
•
Cantidad de caliza impura empleada = 101250 g CaCO3 / 0,85 = 119118 g
30000 (g)
1 (molSO2 )
32 (g / mol)
1 (mol S)
=
937,5 moles
1 (mol CaCO3 ) 1 (mol SO2 )
=
843,75 moles
Resultados: a) b)
Por cada 30 Kg de S en carbón se precisan 84375 g CaCO3 , es decir, 225 / 30 = 2,81 kg CaCO3 /kg S Por cada 1000 Kg de carbón se precisan 119118 g caliza, es decir, 119,118 kg caliza
84375 g
Problema 3: Un garaje particular de una casa unifamiliar tiene las siguientes dimensiones: 4 m de largo, 4 m de ancho y 3 m de altura. El dueño de la casa introduce el coche y tras cerrar la puerta del garaje se queda en el interior del coche escuchando música con el motor en marcha. Sabiendo que el valor de la concentración inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IPVS) para el CO es de 1500 ppm, calcular cuánto tiempo se tardará en alcanzar dicho valor en el garaje, teniendo en cuenta que la emisión aproximada de gases por el tubo de escape del coche, al ralentí, es de 2,4 Nm3/h y que la concentración de CO en los gases de escape es de 8,7 g CO/Nm3. NOTA: considérense condiciones normales
Datos: •
•
•
•
•
Dimensiones del garaje = 4 m x 4 m x 3 m. Concentración límite de CO = 1500 ppm (cm3 CO/m3 aire) Emisión gases por tubo de escape = 2,4 Nm3/h Concentración CO en gas del tubo de escape = 8,7 g CO/Nm3 M (CO) = 12 + 16 = 28 g/mol
Cálculos: •
Volumen del garaje = 4 · 4 · 3= 48 m 3
•
Cantidad de CO emitido = 2,4 (Nm3/h) · 8,7 (g CO/Nm3) = 20,88 g CO /h
•
Caudal volumétrico de CO emitido = 0,746 (moles) · 22,4 (l/mol) · 103 (cm3/l) = 16710,4 cm3 CO/h
•
Cantidad máxima de CO permitida en el garaje = 1500 (cm3 CO/m3 aire) · 48 (m3 aire) = 72000 cm3 CO
48 m3 de aire
(20,88 / 28) =0,746 moles/h
tiempo = 72000 (cm3 CO) / 16710,4 (cm3 CO/h) = 4,3 h
4 h y 18 min
Problema 4: vertederos La eliminación del sulfuro de hidrógeno (H2S) contenido en un gas puede llevarse a cabo mediante un proceso que implica las reacciones indicadas a continuación que conducen, en último término, a la obtención de azufre elemental: 2H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O 2H2S + SO2 3S + 2H2O
(1) (2)
Se emplea este método para eliminar el H2S contenido en un gas residual con una riqueza del 3% en peso de S. En la etapa (1) del proceso se emplean 0,05 Nm3 de aire por cada Nm3 de gas, y transcurre con una eficiencia del 9l %. A continuación se emplea el SO2 generado en esta primera etapa para llevar a cabo la reacción (2). Calcular: a) La concentración de H2S en el gas residual. b) La cantidad de azufre elemental que se podrá obtener por Nm3 de gas tratado. c) La cantidad de H2S o SO2 residuales que permanecerán al final del proceso, expresado en mg /Nm3 de gas. DATO: Densidad media del gas (en condiciones normales) = 0,9 g/l.
Datos: •
•
•
•
•
•
Contenido de S en el gas natural = 3 % Consumo de aire en la etapa 1 = 0,05 Nm3/ Nm3 de gas natural Rendimiento de la etapa 1 = 91 % Densidad del gas natural en c.n.= 0,9 g/l Contenido en O2 del aire = 21 % M (SO2) = 32 + 2·16 = 64 g/mol
Esquema del proceso: Gas natural
Gas residual: SO2, O2, ....
H2S SO2 H2S S
Azu fre só lido
Aire: O2, N2
Reacciones: 2H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O
(etapa 1)
2H2S + SO2 3S + 2H2O
(etapa 2)
Cálculos: (para 1 Nm3 de gas natural) a): •
Cantidad de H2S en gas natural = 1000 (l gas) · 0,9 (g/l) · 0,03 (g S/g gas) · (1/32) (mol S/g S) · 1 (mol H2S/mol S) =0,844 moles
[H 2S] = 0,844 moles/Nm3
b): •
Moles de O2 consumidos en la etapa 1: = 0,05 (Nm3 aire) · 0,21 (m3 O2/m3 aire) · 1000 (l/m3) · (1 / 22,4) (mol/l) = 0,469 moles
•
Moles de SO2 formados en la reacción 1 = 0,47 (moles O2) · [2 (moles SO2)/ 3 (moles O2)] · 0,91 = 0,284 moles
•
Moles de H2S consumidos en la reacción 1 = 0,47 (moles O2) · [2 (moles H2S)/ 3 (moles O 2)] · 0,91 = 0,284 moles
Moles de H2S que quedan sin reaccionar = 0,844 – 0,284 = 0,56 moles
•
Moles de H2S necesarios para transformar todo el SO2 = 2 · 0,284 = 0,568 moles (> 0,56)
reactivo limitante = H2S
•
Moles de S obtenidos en la etapa 2 = 0,56 (moles H2S) · [3 (moles S) / 2 (moles H2S)] = 0,84 moles
Masa de S obtenida = 0,84 · 32 = 26,88 g/Nm3 gas
c): •
Moles de SO2 sin reaccionar = 0,284 – (0,56 / 2) = 4 10-3 moles
•
Cantidad de SO2 en el gas residual = 4 10-3 (moles) · 64 (g/mol) · 103 (mg/g) = 256 mg
[SO 2] gas residual = 256 mg/Nm3 gas
Problema 5: Se queman con aire 1500 kg/h de carbón (88% C, 4% H, 4% O, 1,28% S y el resto cenizas inertes). El flujo de aire empleado es de 20000 kg/h y los gases de la combustión que salen por la chimenea, a 1 atm y 300 ºC, contienen SO2 en una concentración de 2450 mg/Nm3. Calcular: a) El caudal de los gases de chimenea, expresado en m3/h b) El porcentaje de oxígeno en exceso que se utiliza. NOTA: Considerar la combustión completa del carbón.
Datos: •
•
•
•
•
•
Cantidad de carbón quemado = 1500 kg/h Composición del carbón: 88% C; 4% H; 4% O; 1,28% S y 2,72% cenizas inertes Caudal másico de aire = 20000 kg/h [SO2] en gases de combustión = 2450 mg/Nm3 M (SO2) = 12 + 2·16 = 64 g/mol M (aire) = 0,21 · 32 + 0,79 · 28 = 28,84 g/mol
Esquema del proceso: Gas de combust ión: SO2, O2, ....
Carbón: C, S, H, O, inertes HORNO
Cenizas
Aire: O2, N2
Reacciones: C + O2 CO2 S + O2 SO2 H2 + ½ O2 H2O
Cálculos: Para un tiempo de 1 h •
Cantidad de carbón quemado = 1500 kg ( 15 105 g )
•
Composición del carbón quemado: C: 15 105 · 0,88 = 13,2 105 g
13,2 105 / 12 = 1,1 105 moles
S: 15 105 · 0,0128 = 0,192 105 g
0,192 105 / 32 = 600 moles
H: 15 105 · 0,04 = 0,6 105 g
0,6 105 / 1 = 0,6 105 moles
O: 15 105 · 0,04 = 0,6 105 g
0,6 105 / 16 = 3750 moles
Inertes: 15 105 · 0,0272 = 0,408 105 g
•
Cantidad de SO2 formado = 600 (moles S) · [ 1 (mol SO2) / 1 (mol S) ] = 600 moles
•
Volumen en c.n. (gases de combustión) = 38400 103 (mg SO2) / 2450 (mg/Nm3) = 15673,5 Nm3
•
Volum en a 1 atm y 300 ºC (gases de combustión): 1 · V m3
(300 +
275,15)
1 · 15673,5 Nm3 =
(0 +
273,15)
600 · 64 = 38400 g
V = 32887,7 m 3
Moles ( gases de combustión ) =
1· 32887,7 103 0,082 · (300 + 273,15)
=
699763,7 moles
•
Moles de oxígeno consumido = 600 + 1,1 105 + ½ (0,6 105 / 2) = 125600 moles 125600 -
•
Moles de aire consumido =
3750 2 = 589166,7 moles
0,21
•
Moles de aire entran al horno =
•
% aire en exceso =
693481,276
20000 103 28,84
=
− 589166,7
589166,7
693481,276 moles
· 100
Resultados: a) b)
Caudal (gases de combustión) = 32887,7 m 3 / h %O2 en exceso = 17,7 %
= 17,7 %
%O2 en exceso = 17,7 %
Problema 6: En el tratamiento de fangos, la degradación por vía anaerobia de las aguas residuales genera una mezcla gaseosa rica en metano que se debe eliminar por ser inflamable. Se desea tratar una corriente gaseosa que contiene un 80% de CH 4 (metano) y un 20% de O2, para lo cual se quema en una chimenea con dispositivo de antorcha con un 200% de aire en exceso. Del metano inicial, el 80% se transforma en CO2 y el 10% se transforma en CO, quedando el 10% sin quemar. Calcular: a) El volumen de aire empleado para quemar 100 moles/h de metano, medido a 1 atm y 25 ºC. b) La composición del gas de chimenea, en base seca. c) La cantidad de vapor de agua que se genera al día
Esquema:
Base de cálculo: 1 h
se queman 100 moles de CH4
Datos de las cor rientes: Total
A (moles)
B (moles)
G (moles)
W (moles)
Totales Metano O2 N2 CO2 CO H2O
A = 100/0,8 = 125 0,8·A = 100 0,2·A = 25 - -
B 0,21·B 0,79 ·B -
G Xm,G ·G xOx,G ·G XN,G ·G XCO2,G ·G XCO,G ·G -
W 1·W
+ 2 O 2 → CO 2
+ 2 H2 O
Reacciones: CH 4 (80 moles)
CH 4
(160 moles)
+
(10 moles)
3 2
(80 moles)
→ CO
O2
(15 moles)
(10 moles)
(160 moles)
+ 2 H2 O (20 moles)
Balances (en moles):
Balance de metano: 100 – Xm,G ·G – (80 + 10) = 0
Xm,G ·G = 10 (moles)
(1)
Balance de CO:
0 - x CO,G ·G + (10) = 0
xCO,G ·G = 10 (moles)
(2)
Balance de CO 2:
0 – XCO2,G ·G + (80) = 0
xCO2,G ·G = 80 (moles)
(3)
Balance de N 2:
0,79 · B – XN2,G ·G = 0
xN2,G ·G = 0,79 · B (moles)
(4)
Balance de O 2:
(25 + 0,21 · B) – XO2,G ·G - (160 + 15) = 0
Balance de H 2O:
0 – W + (160 + 20) = 0
xO2,G ·G = 0,21 · B - 150 (moles) (5) W = 180 (moles)
G = B - 50 (6)
•
Porcentaje de aire en exceso del 200% (O2 )real = 0,21 · B (moles) (O2 )teórico = (100 · 2) – 25 = 175 (moles)
200 = 100
(0,21· B) − (175 ) (175 )
B = 2500 (moles)
Sustituyendo el valor de B en la ecuación (6) se obtiene: G = 2450 (moles) Finalmente, sustituyendo el valor de G en las ecuaciones (1) a (5) se obtiene: Xm,G = 4,1 10-3 XCO,G = 4,1 10-3 XCO2,G = 0,0326 XN2,G = 0,8061 XO2,G = 0,1531
Resultados: a) Volumen de aire (1 atm y 25 ºC): VB =
2500 · 0,0821· 298,15 1
b) Composición del Gas de Chimenea: % CH4 = 4,1 10-3 · 100 = 0,41% % CO = 4,1 10-3 · 100 = 0,41% %CO2 = 0,0326 · 100 = 3,26% %N2 = 0,8061 · 100 = 80,61% %O2 = 0,1531 · 100 = 15,31% c) Vapor de agua generado diariamente: en 1 día se generan: 180 · 24 = 4320 moles de vapor de agua 4320 · 18 = 77760 g de vapor de agua
= 61195 l (~ 61,2 m 3)
Problema 7: Muchos procesos industriales generan emisiones de compuestos volátiles que se deben controlar. Uno de los métodos de eliminación de compuestos volátiles consiste en reducirlos mediante monóxido de carbono (CO). Teniendo en cuenta el esquema del proceso que se muestra, sabiendo que la corriente de alimentación contiene un 10% de CO, un 40% de compuesto volátil y un 50% de inertes, que la conversión por paso es del 73% y que la conversión total es del 90%, calcular: a) El caudal molar de cada corriente. b) La razón molar entre las corrientes de recirculación y de producto. DATO: En la reacción por cada 2 moles de compuesto volátil se generan 2,5 moles de producto
Esquema: 80% CO 20% COV
R A
Reactor
E
10% CO 40% COV 50% inertes
S COV, CO Inertes Productos
Base de cálculo: 100 moles de alimentación
P
COV
Separador
Inertes Productos
A = 100 moles
Datos de las cor rientes: Total
A
E
S
P
R
Totales CO COV Inertes Productos
100 moles 0,10·100 = 10 moles 0,40·100 = 40 moles 0,50·100 = 50 moles -
E (moles) x CO,E ·E (moles) x COV,E ·E (moles) Xin,E ·E (moles) Xpro,E ·E (moles)
S (moles) x CO,S ·S (moles) x COV,S ·S (moles) Xin,S ·S (moles) Xpro,S ·S (moles)
P (moles) x COV,P ·P (moles) Xin,P ·P (moles) Xpro,P ·P (moles)
R (moles) 0,80 ·R (moles) 0,20 ·R (moles) -
Otros datos importantes: La conversión por paso es del 73%, es decir, el 73% del COV que entra al reactor se transforma en productos los cuales salen a través de “S” La conversión total es de 90%, es decir, el 90% del COV que entra a través de “A” se transforma en productos los cuales salen a través de “P” Por reacción, cada 2 moles de COV se obtienen 2,5 moles de productos •
•
•
Reacción:
→ 2,5 Pr oductos x CO + 2 COV Balances en todo el s istema (en moles):
Balance de inertes : 50 – Xin,P ·P = 0
Xin,P ·P = 50 (moles)
Balance de COV :
xCOV,P ·P = 4 (moles)
xpro,P ·P = 45 (moles)
40 - x COV,P ·P – 0,90 ·40 = 0
Balance de productos :
0 – Xpro,P ·P + (2,5 / 2)·(0,90·40) = 0
Balances en el pun to 1 (en moles):
P = 99 moles
Balance total:
100 + R = E
Balance de inertes : (50 +0) - X in,E ·E = 0
xin,E ·E = 50
Balance de COV :
(40 + 0,20·R) - x COV,E ·E = 0
xCOV,E ·E = 40 + 0,20·R
Balance de CO:
(10 + 0,80·R) - x CO,E ·E = 0
XCO,E ·E = 10 + 0,80·R
( A + R) - E = 0
Balances en el reactor (en moles):
Balance de inertes : 50 - Xin,S ·S = 0
Xin,S ·S = 50
Balance de COV :
xCOV,S ·S = 0,27·(40 + 0,20·R)
xpro,S ·S = 0,9125·(40 + 0,20·R)
(40 + 0,20·R) – (x COV,S·S) - 0,73·(40 + 0,20·R)= 0
Balance de Productos :
0 – (x pro,S ·S) + (2,5 / 2)·[0,73·(40 + 0,20·R)] = 0
Balances en el Separador (en moles):
Balance total:
S = R + 99
Balance de inertes : Xin,S ·S – (0 + 50) = 0
xin,S ·S = 50
Balance de COV :
x COV,S ·S - (0,20·R + 4) = 0
xCOV,S ·S = 4 + 0,20·R
Balance de CO:
XCO,S ·S - (0,80·R + 0) = 0
xCO,S ·S = 0,80·R
S – (R + P) = 0
Balance de productos : Si R = 46,58 moles
Xpro,S ·S - (0 + 45) = 0
xpro,S ·S = 45
0,27 (40+0,2·R) = 4 + 0,2·R
R = 46,58 moles
S = 46,58 + 99 = 145,58 moles y E = 100 + 46,58 = 146,58 moles
Resultados: a) Caudal de cada corriente: A = 100 moles
E = 146,58 moles
b) Relación R/P = (46,58 / 99) = 0,47
S = 145,58 moles
R = 46,58 moles
P = 99 moles
Problema 8: La acetona es un compuesto orgánico que se utiliza en la fabricación de múltiples sustancias químicas y también como disolvente. En esta última aplicación, la liberación de vapor de acetona al ambiente está sujeta a muchas restricciones. Se nos pide diseñar un sistema de recuperación de acetona con un diagrama de flujo como el de la figura. Todas las concentraciones que se muestran en esa figura, tanto para gases como para líquidos, se especifican enporcentaje en peso, y se sabe que la relación W/G es 0,113. En estas condiciones, calcular: a) Los flujos másicos de las corrientes A, F, W, B y D, expresados enkg/h. b) La composición de la corriente F. c) El porcentaje de recuperación de acetona en B.
Esquema: B
A Aire 99,5% Agua 0,5%
Acetona 99% Agua 1%
W
Agua 100%
N Ó E I R C R A L O T T S E D
N Ó E I R C R R O O T S B A
D
G Aire 95% Acetona 3% Agua 2%
Base de cálculo: G = 1 kg/h
Acetona 4% Agua 96%
F
Acetona Agua
W = 0,113 G
W = 0,113 kg/h
Datos de las cor rientes: Corriente
Agua
Acetona
Aire
Total
W G A F D B
1 · 0,113 = 0,113 (kg/h) 0,02 · 1 = 0,02 (kg/h) 0,005 · A (kg/h) w w · F (kg/h) 0,96·D (kg/h) 0,01·B (kg/h)
0,03 · 1 = 0,03 (kg/h) w a · F (kg/h) 0,04·D (kg/h) 0,99·B (kg/h)
- 0,95 · 1 = 0,95 (kg/h) 0,995·A (kg/h) -
0,113 (kg/h) 1 (kg/h) A (kg/h) F (kg/h) D (kg/h) B (kg/h)
Balances en todo sistema:
Balance total:
0,113 + 1 = A + D + B
1,113 = A + D + B
Balance de Aire:
0 + 0,95 = 0,995·A + 0 + 0
0,95 = 0,995 A
Balance de Acetona:
0 + 0,03 = 0 + 0,04 D + 0,99 B
0,03 = 0,04 D + 0,99 B (2)
Balance de Agua:
0,113 + 0,02 = 0,005·A + 0,96 D + 0,01 B
0,158 = D + B (1)
A = 0,955 kg /h
0,133 = 0,005·A + 0,96 D + 0,01 B
Combinando las ecuaciones (1) y (2) se obtiene: B = 0,025 kg/h y D = 0,133 kg/h
Balances en la columna de Absorc ión:
Balance total:
0,113 + 1 = 0,955 + F
F = 0,158 kg/h
Balance de Aire:
0 + 0,95 = 0,995·(0,955) + 0
0,95 = 0,95
Balance de Acetona:
0 + 0,03 = 0 + wa · 0,158
w a = 0,03/0,158 = 0,19
Balance de Agua:
0,113 + 0,02 = 0,005·0,955 + ww · 0,158
RESULTADOS: a) A = 0,955 kg/h B = 0,025 kg/h D = 0,133 kg/h F = 0,158 kg/h W = 0,113 kg/h G = 1 kg/h (base de cálculo)
b) % acetona = (0,19 · 100) = 19 %
y % agua = (0,81 · 100) = 81%
b) % recuperación = 100 [(0,025 · 0,99) / (0,19 · 0,158)] = 82,45 %
w w = 0,81
Problema 9: En una planta industrial se pretende fabricar diariamente 30 Tm de una aleación “cobre-níquel” a partir del cobre metálico obtenido por tostación del sulfuro de cobre (I), mediante una corriente de aire atmosférico. En el proceso de tostación, por cada tonelada de aleación además del cobre metálico, se generan 6,2 104 Nm 3 de un “Gas sucio” con un contenido en dióxido de azufre de 1,5 g de SO 2 /Nm 3, gas que antes de ser emitido debe ser tratado con la finalidad de reducir su contenido en SO2. Para ello, el “gas sucio” es tratado por vía húmeda, en una columna de pulverización, con una suspensión acuosa de carbonato cálcico del 60% en peso, según la siguiente reacción: SO2
+
CaCO3(ac)
+
1O 2 2
→
CaSO4 + CO2
de manera que, para cumplir con la Normativa Europea, el gas de salida de la columna de pulverización ha de contener, como máximo, 40 mg de SO 2 /Nm 3. Teniendo en cuenta que el “gas purificado” sale de la columna con un caudal molar de 8,3 107 moles/día, calcular: a) Las toneladas de SO2 eliminadas diariamente b) La cantidad de lodo generado diariamente, en toneladas, y la composición del mismo, expresada en % en masa.
Esquema: G Suspensión de caliza CaCO3, H20
Gas purificado SO2 CO2 O2 N2
C p C u o l v l e u m r i z n a a c i d ó n e
L Lodo CaSO4, H2O
Gas sucio SO2 O2 N2
Base de cálculo: 1 dia
A
G = 8,3 107 moles
Datos de las cor rientes: Corriente
Total
SO 2
CaCO 3
CaSO4
Agua
A
6,2 104 (Nm3/Tm aleacion) A (moles) 8,3 107 (moles) C (g) L (g)
1,5 g/Nm3
-
-
-
40 mg/Nm3 -
0,6 · C (g)-
-
0,4 · C (g)(1-w) · L (g)
G C L
w · L (g)
Reacción: SO2
(1 mol)
+
CaCO3(ac)
+
1 2
O2
→
(1 mol)
CaSO4 + CO2
(1 mol)
Otros datos importantes: • • • •
Se producen diariamente 30 Tm de aleación Se considerarán como condiciones normales P = 1atm y T=273,15 K M (CaCO3) = 40 + 12 + 3 · 16 = 100 g/mol M (CaSO4) = 40 + 32 + 4 · 16 = 136 g/mol
V (1 mol de gas ) = 22,4 10-3 m3
Cálculos: •
Volumen total de “gas sucio” = 6,2 104 (Nm3/Tm aleacion) · 30 (Tm aleación) = 186 104 Nm3
•
Moles de “gas sucio”, A = 186 104 (Nm3) / 22,4 10-3 (Nm3 / mol) = 8,304 107 moles
•
Moles de SO2 en el “gas sucio” = 186 104 (Nm3) · 1,5 (g/Nm3) · (1 / 32) (moles/g) = 87187,5 moles
•
Volumen total de “gas purificado” = 8,3 107 (moles) · 22,4 10-3 (Nm3/mol) = 1859200 Nm3
•
Moles de SO2 en el “gas purificado” = 1859200 (Nm3) · 40 10-3 (g/Nm3) · (1 / 32) (moles/g) = 2324 (moles)
•
Moles de SO2 eliminados = 87187,5 - 2324 =84863,5 (moles)
Balance de CaCO 3:
Balance de CaSO4:
Balance de Agua:
0,6 · C −
0
−
84863,5
=
0
100 0−
w ·L +
84863,5 = 0
136
0,4· C
(1 w )· L −
−
18
=
0
18
C = 14143917 g ( ~ 14143,92 Kg)
w · L = 11541436 (1)
(1-w) · L = 5657566,8 (2)
Sumando las ecuaciones (1) y (2) se obtiene: L = 17199002,8 g ( ~ 17199 Kg)
RESULTADOS: a) SO2 eliminado = 84863,5 (moles/dia) · 32 (g/mol) · 10-6 (Tm/g) = 2,72 Tm/dia b) Lodo generado = 17199 (kg/dia) · 10-3 (Tm/kg) =17,199 Tm/dia Composición del lodo: 67,1 % de CaSO4 y 32,9 % agua
w = 0,671
(1-w) = 0,329
