PROBLEMAS DE PROCESOS INDUSTRIALES

1- El horno de una ca ldera de una planta termo eléctrica se queman 3000 ton de una mezcla combustible. Constituida por el 93% de metano CH4 y el resto de propano C3H8 esta mezcla se quema con 02 del aire el cual tiene la siguiente composición nitrógeno al 77% (N2) y el resto de O2
Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes:

1. CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + ENERGIA

2. C3H8 + 502 3CO2 + 4H2O + ENERGIA

Realizar los calculos estequiometricos para calcular los reactivos y productos que hacen falta
Representar la operación en un diagrama de bloques y realizar el balance de materia.

2- Para la preparación de sulfato de amonio (fertilizante) se lleva a cabo la siguiente reacción:
2NH3 + H2SO4 (NH4)2 SO4
Amonio Acido sulfúrico sulfato de amonio
Se desea obtener 100 ton del producto, la pureza del acido sulfúrico es del 95% y el rendimiento de la reacción es del 98%. Comprobar el balance de materia y calcular los reactivos y productos que faltan, tomando en cuenta la pureza y el rendimiento anterior.

3- La capacidad instalada de la industria cervecera es de 55 millones de litros. La cerveza modelo destina el 10.5% de su producción a la presentación en lata de 350 ml la densidad de la cerveza es de 1.01 kg/l el contenido de alcohol en la cerveza es del 6%. La reacción que se realizaes la fermentación de glucosa. Contesta
a) Cuanto ton de glucosa se requieren para la producción de cerveza de lata.
b) Cual es la cantidad de bióxido de carbono CO2 producido en la reacción.

4- La industria vinícola se fermenta una solución de azúcar al 14% wt (en peso), para obtener el alcohol se realiza la siguiente reacción:
C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2
GLUCOSA ALCOHOL BIOXIDO DE CARBONO

Si al proceso de fermentación se someten 2500 kg de la solución de glucosa (solución azucarada) contestar:
a) Determinar los kg de alcohol obtenidos. Tomando en cuenta que el rendimiento de la reacción es del 90% y la pureza de la glucosa es del 90%
b) Determinar los Kg de CO2 obtenidos
c) Para cuantas latas de cerveza de 350 ml alcanzara el alcohol producido si la densidad de la cerveza es de 1.01 Kg/l y cada lata lleva el 6% de alcohol.

5- La obtención industrial del cobre se realiza por tostación del mineral de cobre (calcopirita 2CuFeS2) seguido de un proceso de oxidación de acuerdo a la siguiente reacción química
2CuFeS2 + 5O2 2Cu + 2FeO + 4SO2
a) Calcular el rendimiento de la reacción si de 400 lb de calcopirita se obtienen 138.5 lb de cobre (Cu) y la pureza del mineral es del 66%.
b) Calcular los reactivos y productos faltantes tomando en cuenta la pureza y el rendimiento anterior, realizar el balance de materia y el diagrama del

Por ejemplo, la reacción entre el nitrato de plomo y el yoduro de sodio se puede describir como una secuencia de reacciones:

El nitrato de plomo y el yoduro de sodio se disocian en iones al entrar en solución:

a) Pb(NO3)2 Pb+2 + 2 NO3-1

b) NaI Na+1 + I-1


En la soluciónestaran disueltas todas las especies químicas que participan en las reacciones anteriores: Pb(NO3)2, NaI, Pb+2, NO3-1, Na+1 y I-1. Las especies cargadas eléctricamente pueden ser mucho mas abundantes que las especies químicas neutras. Otras especies que estaran presentes son las que se forman como resultado de las atracciones entre iones de signos opuestos, como son las sales Pb I2 y Na NO3.

Todos los iones chocan entre sí y se separan sin alterar su naturaleza, excepto cuando se aproximan un ión Pb+2 y un ión I-1, ya que estas especies químicas reaccionan formando yoduro de plomo, un sólido cristalino que es insoluble en agua y, por lo tanto, se separa de la solución formando un polvo suspendido que tiende a depositarse en el fondo del recipiente:

c) Pb+2 + I-1 PbI2

Los iones Na+1 y NO3-1 se mantienen dispersos en el líquido porque el Na NO3 es muy soluble y se disocia con mucha facilidad

Es una practica común escribir este tipo de reacciones en un solo paso, a continuación se muestra la ecuación que representa la reacción anterior, expresada en forma molecular:

d) Pb(NO3)2 + 2 NaI PbI2 + 2 NaNO3


La formación de precipitados fue durante mucho tiempo una de las técnicas comunes para determinar la cantidad presente de un elemento, radical o compuesto, en una muestra dada. Las técnicas que se basan en determinar el peso de un precipitado y relacionarlo con el elemento, radical o compuesto que reaccionó para formarlo, se incluyen dentro de las técnicas analíticasgravimétricas.

Los datos experimentales obtenidos en estas técnicas analíticas se procesan con base en la estequiometria de la reacción. Por ejemplo, en la reacción anterior, por cada mol de yoduro de plomo formado, deben haber reaccionado 1 mol de nitrato de plomo y 2 moles de yoduro de sodio. Esas relaciones en moles pueden ser expresadas en unidades de peso, por ejemplo, en gramos. Para ello tenemos que:

Masa molar del nitrato de plomo Pb(NO3)2 = 331g
Masa molar del yoduro de sodio NaI = 150g, 2 moles = 300g
Masa molar del yoduro de plomo PbI2 = 461g
Masa molar del nitrato de sodio NaNO3 = 85g, 2 moles = 170g

Lo que significa que por cada 461 g de yoduro de plomo que se forme, deben haber reaccionado 331 g de nitrato de plomo y 300 g de yoduro de sodio, por lo cual, si conocemos el peso de yoduro de plomo precipitado, podemos calcular cuanto nitrato de plomo había en la solución.

A manera de ejercicio, vamos a suponer que al adicionar un exceso de solución de yoduro de sodio a 25 mL de una muestra de agua contaminada con nitrato de plomo, se formó un precipitado amarillo (PbI2) que se filtró. El sólido se dejó secar en la estufa hasta que se hubo evaporado toda el agua. El peso del precipitado seco fue de 0.278 g.



a) ¿Qué cantidad de nitrato de plomo había en los 25 mL de la muestra original?

Había 0.197 g de nitrato de plomo en la muestra de 25 mL

b) ¿Qué cantidad de Pb hay en el precipitado formado?

Había 0.125 g de plomo en la muestra de 25 mL

c) ¿Cual erala concentración de nitrato de plomo en la muestra, expresada como % peso/volumen?
De nitrato de plomo se obtuvo 0.197g en 25 mL de muestra, entonces:

La concentración de la solución de nitrato de plomo es 0.788 % peso/volumen.
Para calcular la concentración de plomo, en %, en la muestra se procede de la misma forma que en el ejemplo anterior sustituyendo los gramos de plomo presentes en la muestra, en lugar de los gramos de nitrato de plomo:
De plomo se obtuvo 0.125g en 25 mL de muestra, entonces:

d) ¿Cual era la concentración de nitrato de plomo en la muestra, expresada como molaridad?
Se tiene la siguiente información:
i) En 25 mL de muestra hay 0.197 g de nitrato de plomo y
ii) La concentración porcentual de la muestra es de 0.788 p/v lo que indica que en 100 mL de solución se encuen proceso.