muchas cosas, Ejercicios de Biotecnología

¡Descarga muchas cosas y más Ejercicios en PDF de Biotecnología solo en Docsity! Indicacions: - En cas que no estiguin numerades, cal numerar els corrents per saber de quins parlem i posar el vostre nom en tots els fulls que entregueu. - Es puntuarà només el plantejament i no resolució, tot i així, cal deixar clar quin sistema d’equacions resoldries per trobar les solucions. Es a dir, quantes incognites incognite té el sistema d’equacions i de quines equacions es composa (balanços, sumatoris de fraccions, altres relacions donades a l’enunciat, e.g. conversió). Numereu les equacions. - No cal omplir moltes pàgines d’equacions amb totes les que se us ocorrin, el més probable es que siguin combinació lineal entre elles. Per tant, plantegeu només equacions linealment independents i just les que us calgui a vosaltres per resoldre el problema. - Es pot consultar tot el material que volgueu, per tant assegureu-vos que poseu tot bé, e.g. la formula de la conversió. - Cada procés es pot dividir en diversos tancats i hi ha multiples combinacions que donaran sistemes d’equacions diferents però tots ells es donaran per bons, no importa que prengueu el camí més llarg tot i que a més llarg es pren més probabilitat hi ha d’equivocar-se. Examen parcial 2017-2018 En una fábrica de papel se convierte la madera en pulpa de celulosa: al quitarle la lignina y la hemicelulosa a la madera se liberan las fibras de celulosa para hacer papel. La hemicelulosa prehidrolizada, actualmente se desecha como una corriente residual en el licor negro, lo que representa una fuente de azucares desaprovechada. Mediante una fermentación ABE la conviertes en acetona, butanol y etanol. Una vez separados, el bioetanol y el biobutanol los comercializas directamente para la formulación de gasolinas. Por otro lado, el ácido acético proveniente de la digestión anaeróbica de las aguas residuales junto con la acetona los usas para producir anhídrido acético según el esquema adjunto que te pagarían a un precio mucho mayor que la acetona. La acetona (A) pura (CH3)2CO se descompone parcialmente en un horno de fuego directo para producir queteno (K) (CH2CO) y otros subproductos. Los productos calientes del horno se enfrían rápidamente con ácido acético (HAc) frío (C2H3OOH). Cuando se ha enfriado lo suficiente, el queteno reacciona con el ácido acético para producir el anhídrido acético (AA) deseado, mediante la reacción: CH2CO + C2H3OOH  (CH3CO)2O La corriente resultante de salida del reactor se lava con una corriente de recirculación rica en ácido acético para producir una corriente terminal de ligeros que contiene C2H4, CH4, CO y H2. La corriente de fondos del absorbedor (que contiene 60,75% de acetona, 12,5% de ácido acético y el resto anhídrido acético) se procesa a continuación en una columna de acetona que produce una corriente de recirculación de acetona relativamente pura y un producto de fondos que contiene 1,875% de acetona. Supóngase que la conversión de acetona en el horno es del 20% y que los gases de descarga del horno contienen 2 moles de C2H4 y 12 moles de queteno por mol de H2. Datos: la corriente 10 se destila en la columna de anhídrido y se obtiene una corriente de producto 12 que contiene un 96% de anhídrido acético y nada de acetona, cumpliéndose además que: x12 HA=0,25·x8 HA y x12 AA=50·x8 AA Nota: todas las composiciones están en moles. Calcule el caudal de acetona recirculada respecto el caudal de producto, i.e. w11/w12. FO R N C O LU M N A D ’A C ET O N A REACTOR REFREDAMENT A B SO R V ID O R C O LU M N A D ’A N H ÍD R ID A C ÈT IC 1 2 11 10 12 4 5 6 9 8 7 A HAc (4%) AA (96%) A HAc AA A (60,75%), HAc (12,5%), AA (26,75%) C2H4, CH4, CO, H2 C2H4, CH4, CO, H2 , A, HAc, AA HAc C2H4, CH4, CO, H2 , A, K A (100%) - w11/w12? x12 HA=0,25·x8 HA x12 AA=50·x8 AA L’enunciat ens demana corrents 11 i 12 i ens indica totes les composicions de les corrents 8, 9, 11, 12 Com no em donen cap cabal cal suposar una base de càlcul, e.g. w12= 1 mol/s Començo per fer tancat que talli corrents demanades i de les que tinc dades. FO R N C O LU M N A D ’A C ET O N A REACTOR REFREDAMENT A B SO R V ID O R C O LU M N A D ’A N H ÍD R ID A C ÈT IC 1 2 11 10 12 4 5 6 9 8 7 A HAc (4%) AA (96%) A HAc AA A (60,75%), HAc (12,5%), AA (26,75%) C2H4, CH4, CO, H2 C2H4, CH4, CO, H2 , A, HAc, AA HAc C2H4, CH4, CO, H2 , A, K A (100%) - w11/w12? x12 HA=0,25·x8 HA x12 AA=50·x8 AA Com no em donen cap cabal cal suposar una base de càlcul, e.g. w12= 1 mol/s Començo per fer tancat que talli corrents demanades i de les que tinc dades. L’enunciat ens demana corrents 11 i 12 i ens indica totes les composicions de les corrents 8, 9, 11, 12 FO R N C O LU M N A D ’A C ET O N A REACTOR REFREDAMENT A B SO R V ID O R C O LU M N A D ’A N H ÍD R ID A C ÈT IC 1 2 11 10 12 4 5 6 9 8 7 A HAc (4%) AA (96%) A HAc AA A (60,75%), HAc (12,5%), AA (26,75%) C2H4, CH4, CO, H2 C2H4, CH4, CO, H2 , A, HAc, AA HAc C2H4, CH4, CO, H2 , A, K A (100%) - w11/w12? x12 HA=0,25·x8 HA x12 AA=50·x8 AA Com no em donen cap cabal cal suposar una base de càlcul, e.g. w12= 1 mol/s Començo per fer tancat que talli corrents demanades i de les que tinc dades. L’enunciat ens demana corrents 11 i 12 i ens indica totes les composicions de les corrents 8, 9, 11, 12 11 12 9 8 HAc (4%) AA (96%) w12= 1 mol/s A, HAc, AA A (60,75%), HAc (12,5%), AA (26,75%) A (100%) - w11/w12? x12 HA=0,25·x8 HA x12 AA=50·x8 AA Puc plantejar tants BMM (balanços) com compostos tinc: HAc, AA, A  3 BMM Per simplificar resolución substitueixo BMM_A per BMM global (A es pot trobar a partir de sumatori de fraccions igual a 1) BMM AA) w9·x9 AA=w8·x8 AA+w12·x12 AA (1) BMM HAc) w9·x9 HAc=w8·x8 HAc+w12·x12 HAc (2) BMM G) w9=w8+w11+w12 (3) x12 HA=0,25·x8 HA (4) x12 AA=50·x8 AA (5) Incognites: w8, w9, w11, x8 AA , x8 HAc =5 Tinc un sistema de 5 equacions amb 5 incognites: es pot resoldre! Nota: Al resoldre tal com està enunciat en llibre dona negatiu i cal dir que no es posible. Possiblement en corrent 9 els percentatges de AA i HAc estiguin al revés i llavors donaria w11= 0,0775 mol/s tal com s’ha resolt aquí. 11 12 9 8 HAc (4%) AA (96%) w12= 1 mol/s A, HAc, AA A (60,75%), HAc (12,5 %), AA (26,75 %) A (100%) - w11/w12? x12 HA=0,25·x8 HA x12 AA=50·x8 AA Puc plantejar tants BMM (balanços) com compostos tinc: HAc, AA, A  3 BMM Per simplificar resolución substitueixo BMM_A per BMM global (A es pot trobar a partir de sumatori de fraccions igual a 1) BMM AA) w9·0,2675=w8·x8 AA+1·0,96 (1) BMM HAc) w9·0,1250=w8·x8 HAc+1·0,04 (2) BMM G) w9=w8+w11+1 (3) 0,04=0,25·x8 HA (4) 0,96=50·x8 AA (5) Incognites: w8, w9, w11, x8 AA , x8 HAc =5 Tinc un sistema de 5 equacions amb 5 incognites: té solució! - w11/w12? BMM AA) w9·0,2675=w8·x8 AA+1·0,96 (1) BMM HAc) w9·0,125=w8·x8 HAc+1·0,04 (2) BMM G) w9=w8+w11+1 (3) 0,04=0,25·x8 HA (4) 0,96=50·x8 AA (5) (4) x8 HA=0,16 (5) x8 AA=0,0192 (1)+(2): w8=2,7 mol/s & w9=3,8 mol/s (3) w11=0,0775 mol/s No cal resoldre la resta del problema, tot i que alguns estudiants ho han fet, la majoria no han igualat bé la reacció: Forn: (CH3)2CO  CH2CO + C2H4 + CH4 + CO + H2 (R1) Reactor refredament: CH2CO + C2H3OOH  (CH3CO)2O (R2) La R2 ja ens la donen igualada però per R1 ens diuen: “els gasos de descarrega del forn contenen 2 mols de C2H4 i 12 mols de quetè por mol de H2.” (Es tracta de reaccions en paral.lel i amb aquesta dada podem assimilar a una reacció global) Per tant: Forn: (CH3)2CO  12CH2CO + 2C2H4 + CH4 + CO + 1H2 (R1) No està igualada, per tant posem els coeficients que no sabem com incognites: Forn: a(CH3)2CO  12CH2CO + 2C2H4 + bCH4 + cCO + 1H2 (R1) Com els àtoms es conserven a dreta i Esquerra reacció: C) 3·a =24+4+b+c+0 O) a=12+0+0+c+0 H) 6·a=24 + 8+ 4·b+0+2 Forn: 16(CH3)2CO  12CH2CO + 2C2H4 + 16CH4 + 4CO + 1H2 (R1) En el sistema amb recirculació mostrat en la figura es mesclen un aliment de 1000 mols/h (que conté un terç d’A i dos terços de B) amb una corrent de recirculació i es fan reaccionar d’acord l’estequiometria: A + B  C Al reactor es converteix a producte el 20% de l’A alimentat. El corrent resultant se separa, de manera que el corrent de recirculació conté un 80% de l’A, 90% del B i 10% del C alimentats al separador. Demostreu que el procés està especificat correctament. REACTOR SE PA R A D O R A, B A, B, C A, B, C Problema 5.31 del llibre de Rekliatis En el sistema amb recirculació mostrat en la figura es mesclen un aliment de 1000 mols/h (que conté un terç d’A i dos terços de B) amb una corrent de recirculació i es fan reaccionar d’acord l’estequiometria: A + B  C Al reactor es converteix a producte el 20% de l’A alimentat. El corrent resultant se separa, de manera que el corrent de recirculació conté un 80% de l’A, 90% del B i 10% del C alimentats al separador. Demostreu que el procés està especificat correctament. REACTOR SE PA R A D O R A, B A, B, C A, B, C Problema 5.31 del llibre de Rekliatis 1 2 3 4 5 w1=1000 mol/h x1 A=1/3 x1 B=2/3 X=0,2=R/(w2·x2 A) w5·x5 A=0,8·w3·x3 A w5·x5 B=0,9·w3·x3 B w5·x5 C=0,1·w3·x3 C A + B  C REACTOR SE PA R A D O R A, B A, B, C A, B, C 1 2 3 4 5 w1=1000 mol/h x1 A=1/3 x1 B=2/3 A + B  C BMM Mesclador) BMM A) w1·x1 A+w5·x5 A=w2·x2 A(1) BMM B) w1·x1 B+w5·x5 B=w2·x2 B (2) BMM C) w5·x5 C=w2·x2 C BMM Reactor) BMM A) w2·x2 A=w3·x3 A+R (3) BMM B) w2·x2 B=w3·x3 B+R (4) BMM C) w2·x2 C+R=w3·x3 C (5) BMM Separador) BMM A) w3·x3 A=w4·x4 A+w5·x5 A (6) BMM B) w3·x3 B=w4·x4 B+w5·x5 B (7) BMM C) w3·x3 C=w4·x4 C+w5·x5 C (8) Dades (3): En cada tancat es pot eliminar un BMM i usar el global (a més hi ha moltes altres opcions de fer tancats) BMM Mesclador) BMM Reactor) BMM Separador) BMM G) w1+w5=w2 BMM G) w2=w3+R BMM G) w3=w4+w5 Només en cada tancat tants BMM com compostos, si poses el G cal eliminar A, B o C!!! REACTOR SE PA R A D O R A, B A, B, C A, B, C 1 2 3 4 5 w1=1000 mol/h x1 A=1/3 x1 B=2/3 A + B  C X=0,2=R/(w2·x2 A) (14)Conversió) Dades (3): La conversió ens indica que el 20% del cabal del compost A que entra al reactor es converteix a productes, es pot escriure per tant també com: X=0,2=(w2·x2 A –w3·x3 A)/(w2·x2 A) (14) X=0,2=(w1·x1 A +w5·x5 A –w3·x3 A)/(w1·x1 A +w5·x5 A) (14) BMM Reactor) BMM G) w2=w3+R Però com w2=/=w3 degut a que no tenim els coeficients a dreta i Esquerra reacció no sumen el mateix, no es correcte treure el cabal factor comú i eliminar-lo X=0,2=(x2 A –x3 A)/(x2 A) (14) X=0,8=(w3·x3 A)/(w2·x2 A) (14) El iode pot obtenir-se del processat d’algues marines (que contenen NaI) amb H2SO4 y MnO2. La reacció, que transcorre fins al 80% de conversió del NaI, és:   2NaI + MnO2 + 2H2SO4  Na2SO4 + MnSO4 + 2H2O +I2   Suposeu que s’ajusten els cabals de reposició de MnO2 i H2SO4 de forma que, a l’entrada el reactor, el MnO2 estigui en proporció estequiometrica amb el NaI alimentat al reactor, i el H2SO4 es trobi en un 20 % en excés. Un separador elimina tots els productes de la reacció i els inerts dels reactius no reaccionats abans de retornar-los al reactor. Suposeu, a més, que les algues marines contenen 5% de NaI, 30% de H2O i la resta inerts (% en pes). El producte té 54% de I2 i la resta aigua. Calculeu la composició del corrent de recirculació i les tonelades de I2 obtingudes per cada tonelada d’algues processades. Problema 5.7 llibre Rekliatis REACTOR SE PA R A D O R Algues marines NaI H2O Inerts MnO2 H2SO4 M ES C LA D O R Recirculació MnO2 H2SO4 NaI I2 H2O