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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