a1u3 problemas propuestos

Hola.
Para la primera actividad de la unidad 3 vamos a suponer que en un proceso de purificación de X
problemática ambiental, intervienen un par de operaciones unitarias para las que debes de
resolver un par de los problemas que se ofrecen al final (te recomiendo que previamente realices
la actividad de la Unidad 2 “Asignación a cargo del docente en línea”).
Resuelve cada problema y manda en un procesador de palabras, todos y cada uno de los cálculos
que hiciste para resolverlo. Cualquier duda ponte en contacto.
Saludos.
Rafael Silva García.
Problemas propuestos.
1. Tanque de sedimentación
Sugerencias para la aplicación práctica de la sedimentación, realizarás el diseño de un depósito de
asentamiento rectangular.
Supongamos que quieres sedimentar las partículas en suspensión de un caudal de agua
equivalente a 25,000 m3/día a la cual se le agrega un coagulante para producir partículas en
suspensión (flóculos), a partir de un análisis de columna se ha determinado que un
desbordamiento con velocidad de 20 m/día producirá resultados satisfactorios si el tanque de
sedimentación tiene una profundidad de 4.0 m.
2. Chimenea
Determinación del máximo nivel de concentración en el suelo. Una planta de poder quema 7.00
toneladas de carbón por hora, y descarga los productos de la combustión por medio de una
chimenea que tiene una altura efectiva de 75 m. El carbón tiene un contenido de sulfuro de 4.0%,
se estima la velocidad del viento, en la parte superior de la chimenea, en 6 m/s. Las condiciones
atmosféricas son moderadamente estables. Se desea determina el máximo nivel de concentración
de SO2, a nivel de suelo a 850 m con viento a favor y la distancia máxima desde la chimenea en la
que se depositan los desechos. También se debe calcular la altura que alcanza la pluma de humo y
la altura real de la chimenea.
3. Columna de destilación
Una columna de fraccionamiento continuo ha de diseñarse para separar 30,000lb/h de una mezcla
que contiene 50% de benceno y 50% de tolueno en un producto de domo que contiene 96% de
benceno y en el fondo 98% de tolueno. Los porcentajes se expresan en porciento peso. Se
requiere una relación de reflujo de 3.5 moles por mol de producto. Los calores latentes molares
del benceno y del tolueno son 7,360 y 7,960 cal/mol-g respectivamente. El benceno y el tolueno
forman un sistema ideal con una volatilidad relativa del orden de 2.5; la curva de equilibrio se
elaborará a partir de las presiones parciales de los componentes. La alimentación tiene una
temperatura de ebullición de 95°C a la presión de 1 atmósfera.
a) Calcula los flujos molares de los productos del domo y del fondo por hora.
b) Determina el número de platos ideales y las posiciones del plato de alimentación, si la
alimentación es un líquido a 20°C (calor específico = 0.44)
Si para la calefacción se utiliza vapor de agua a la presión manométrica de 20 lbf / pulg2 (calor
cedido 522) ¿qué cantidad de vapor se requiere por hora despreciando las pérdidas de calor y
suponiendo que el reflujo es un líquido saturado?
Si el agua de refrigeración entra al condensador a 80°F y sale a 150°F, ¿qué cantidad de agua será
necesaria?
4. Columna de absorción
El diseño de una planta requiere un absorbedor para recuperar el 95 por 100 de acetona desde
una corriente de aire utilizando agua como líquido absorbente. El aire que entra contiene un 14%
de acetona. El absorbedor está provisto de refrigeración y opera a 80 °F y 1 atm para dar lugar a
un producto que contiene 7,0 moles por 100 de acetona. La alimentación de agua a la torre
contiene 0,02 moles por 100 de acetona. La torre ha de diseñarse para operar al 50% de la
velocidad de inundación.
 ¿Cuántas libras de agua por hora han de introducirse como alimentación de la torre, si el
flujo de gas, medido a 1atm y 32°F, es de 500 pie³/min?
 ¿Cuántas unidades de transferencia, basadas en la fuerza impulsora global de la fase
gaseosa, se necesitan?
 Si la torre se rellena con anillos Raschig de 1 pulg, ¿cuál será la altura de relleno?
La presión de vapor de la acetona a 80 °F es 0,33 atm
5. Adsorción
Se utiliza carbón granular para separar fenol de un agua residual por medio de un proceso de
adsorción. Si se usa carbón de 10 x 20 mallas con una velocidad superficial de 0,1 pie/s, estímese
el número de unidades de transferencia de un lecho de 12 pies de espesor. La difusividad efectiva
en las partículas puede tomarse como 0,2 veces la difusividad global.
6. Adsorción
Se está considerando la adsorción sobre carbón activado de 6 x 10 mallas para recuperar metiletilcetona (MEK) a partir de una corriente de aire a 25 °C y 1 atm. El flujo de aire es de 11,000
pie3/min, medido en condiciones normales, y el aire contiene 0.43 Ib de MEK/1000 pie3. Si la
velocidad superficial es de 0.5 pies/s y se desea un ciclo de adsorción por lo menos de 8 h, ¿qué
dimensiones aproximadas de lecho deberán utilizarse? Supóngase que la densidad global del
carbón es 30 lb/pie3.
7. Extracción
Una batería de extracción en contracorriente se utiliza para extraer el lodo procedente de la
reacción
Na2CO3 + CaO + H2O → CaCO3 + 2NaOH
El carbonato de calcio lleva consigo 1,5 veces su peso de disolución al fluir de una etapa a otra. Se
desea recuperar el 90% de NaOH. Los productos de la reacción entran en la primera unidad sin
exceso de reactantes pero con 0,5 kg de agua por kg de carbonato de calcio.
 ¿Cuánta agua de lavado debe utilizarse por kilogramo de carbonato de calcio?
 ¿Cuál es la concentración de la disolución que sale de cada unidad, suponiendo que el
carbonato de calcio, es completamente insoluble?
 Utilizando la misma cantidad de agua de lavado, ¿cuántas unidades es preciso añadir para
recuperar el 99.5% del hidróxido de sodio?
8. Secado
Un sólido poroso se seca en un secadero discontinuo en condiciones constantes de secado. Se
necesitan seis horas para reducir el contenido de humedad desde el 30% hasta el 10%. Se ha
encontrado que la humedad crítica es del 16% y que la humedad de equilibrio es del 2%. Todos los
contenidos de humedad están expresa dos sobre base seca. Suponiendo que la velocidad de
secado durante el período de velocidad decreciente es proporcional al contenido de humedad
libre, ¿cuánto tiempo se requiere para secar una muestra del mismo sólido desde 35% hasta 6% en
las mismas condiciones de secado?
9. Ultrafiltración
La ultrafiltración es un método para limpiar los flujos de entrada y de salida de diversos procesos
industriales. Es una tecnología sencilla que sólo requiere instalar la membrana apropiada para
separar físicamente materiales indeseables como aceite, suciedad, partículas metálicas, polímeros
y similares. La membrana debe ser muy delgada (menos de una micra), altamente porosa, muy
fuerte para resistir meses de flujo del líquido, pH, abrasión de partículas, temperatura y otras
características particulares de cada planta.
Un sistema comercial consiste en módulos estándar formados por haces de tubos de carbono
poroso recubiertos con una serie de composiciones inorgánicas patentadas. Un módulo estándar
tiene 6” de diámetro y contiene 151 tubos de 4 pies de largo cada uno, con un área de trabajo
total de 37.5 pies cuadrados y una producción diaria de 2,000 a 5,000 galones de filtrado. El
diámetro óptimo de los tubos es de cerca de 0.25”. Un sistema probablemente durará dos o tres
años antes de que sea necesario cambiar los tubos por un exceso de acumulación de residuos
sobre la membrana. Una limpieza química automática y periódica de los haces de tubos forma
parte del funcionamiento normal del sistema. Al pasar por el filtro, la concentración de aceites y
suciedad en el flujo de salida se incrementa en un factor de 20 respecto a la del flujo que entra.
Calcule la tasa de reciclaje en galones por día (g.p.d.) para la configuración que se muestra en la
figura y calcule la concentración de aceite y suciedad en el flujo que va al proceso. Los valores
encerrados en círculos en la figura corresponden a las concentraciones conocidas de aceite y
suciedad.
10. Balance de materia en una PTAR.
Examine la figura y demuestre mediante los cálculos pertinentes, si es correcto o no el balance de
materia de la PTAR.

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