Problemario 1.1 Syo 5r4226

Instituto Tecnológico de Aguascalientes. Ingeniería Química. Síntesis y Optimización de Procesos.

Tema I: Síntesis y análisis de procesos. Problemario 1.1 Nombre del alumno: ______________________________________________________ 1.

Una posible ruta para producir cloruro de vinilo implica tres reacciones químicas: •

Cloración directa: C2 H4 + Cl2 →

•

C2 H4 Cl2

Oxicloración: 1

C2 H4 + 2HCl2 + 2O2 → •

C2 H4 Cl2 + H2 O

Pirolisis del dicloroetano C2 H4 Cl2 →

2C2 H3 Cl + 2HCl

a) Indique cuál es la reacción global para este proceso. Compare esta reacción global con la del Ejemplo 7.1. ¿Existe alguna ventaja potencial de este proceso sobre el del Ejemplo 7.1? b) Desarrolle un diagrama de flujo preliminar, detectando la distribución de especies y las necesidades de los sistemas de separación.

2.

James D. Idol condujo una investigación en 1957 con un minirreactor de lecho fluidizado de 1ft de altura y 2ft de diámetro, usando un catalizador de fosfomolibdato de bismuto, en el cual alimentó propileno, amoníaco y aire para obtener acrilonitrilo como producto: 3

C3 H6 + NH3 + 2O2 →

C3 H3 N + 3H2 O

El acrilonitrilo es la base para la producción de fibras orlón, hules sintéticos y varios otros productos poliméricos. Las rutas de reacciones para obtener acrilonitrilo en la época de esta investigación eran las siguientes. •

Usando acetileno y ácido cianhídrico: C2 H2 + HCN →

•

C3 H3 N

Reacción entre el óxido de etileno y el ácido cianhídrico: C2 H2 O + HCN →

C3 H3 N + H2 O

Idol obtuvo un premio por su innovación. Basándose en los precios de reactivos y productos, indique el efecto que la reacción de Idol tuvo en la economía de la manufactura de acrilonitrilo. Consulte alguna fuente de precios como el Chemical Marketing Reporter.

Instituto Tecnológico de Aguascalientes. Ingeniería Química. Síntesis y Optimización de Procesos. 3.

Para el ejemplo mostrado del proceso tipo Solvay para la descomposición del ácido clorhídrico. detecte dos rutas adicionales a las mostradas en este capítulo. Indique los conjuntos de reacciones con el intervalo de temperaturas a las cuales es viable llevar a cabo cada reacción.

4.

La combinación de dos componentes elementales, A y B, para producir una nueva molécula, C, tiene interés comercial, pero presenta una energía libre de Gibbs desfavorable: 𝐴 + B→

C

ΔG = +40

kcal para toda T mol

Se ha pensado en generar un conjunto de reacciones factibles que lleven a cabo en forma global esta reacción que originalmente es imposible. Basados en el principio de la diferencia común propuesto por May y Rudd. se han generado las siguientes relaciones entre varias moléculas: 𝐷−𝐸→

A

𝐹+𝐺→

A

𝐻 + I→

A

Dentro de un intervalo de temperaturas de 300 a 1000 K. encuentre si a partir de estas tres relaciones es posible generar un conjunto de reacciones termodinámicamente factibles. De ser así, indique cuál sería ese conjunto de reacciones y el intervalo de temperaturas para el cual cada reacción es viable: en caso negativo, justifique su resultado. Las relaciones para estimar la energía libre de Gibbs de cada componente pueden aproximarse mediante una ecuación lineal en T: Δ𝐺𝑖 = 𝑎𝑖 − 𝑏𝑖 𝑇 con los siguientes valores de las constantes a y b para cada componente: Componente i

ai

bi

D

5.29

0.0457

E

1.0

0.010

F

-18.58

0.0286

G

0

0

H

15.50

0.0350

I

4.08

0.0064

Para el uso de estas expresiones. T debe estar en K para obtener la energía libre de Gibbs en kcal/mol.