Question

Se produce calcio a partir de la reacción del sulfato de calcio correspondiente con cobre en un reactor. Tres corrientes son obtenidas al salir del separador; El reciclo que contiene sulfato de calcio; otra corriente de sulfato de cobre y finalmente el producto que tiene una composición a base de 90% de Ca y 10% de Cu. El rendimiento en el reactor es 80% en masa para el reactivo limitante; determinar para 1200kg/ h de producto; el caudal en el reciclo y el % en exceso de cobre

Answer 1

En el reciclo el caudal es de 918kg por hora de sulfato de calcio mientras que el el cobre fue introducido con un 7% de exceso respecto del necesario.

Explicación:

Podemos asumir que la reacción química es de cobre con sulfato de calcio para obtener calcio y sulfato cúprico, queda:

$CaSO_4+Cu-->CuSO_4+Ca$

Si el reactor tiene un 80% de rendimiento para el reactivo limitante, significa que el 80% del sulfato de calcio reacciona. Si salen 1200kg/h de producto, y sabemos que tiene 90% de calcio y 10% de cobre queda:

$Q_{Ca}=0,9.1200Kg/h=1080kg/h$

Lo que en términos molares, sabiendo que la masa molar del calcio es de 40 gramos por mol, queda en 27000 moles por hora de calcio. Según la relación inicial, reaccionaron 27000 moles por hora de sulfato de calcio que son el 80% del reactivo. El otro 20% es sulfato de calcio que sale por el reciclo:

$Q_{CaSO_4}=27000mol/h.(0,04kg/mol+0,032kg/mol+4.0,016kg/mol)=\\\\Q_{CaSO_4}=3672kg/h\\\\Q_i=\frac{3672kg/h}{0,8}=4590kg/h\\\\Q_{rec}=0,2.Q_1=0,2.4590kg/h=918kg/h$

En cuanto al cobre, 27000 moles de cobre reaccionaron con el sulfato de calcio por hora para formar sulfato cúprico, y un sobrante salió junto con el producto. Podemos hallar el caudal en moles que salio con el producto:

$Q_{CuP}=0,1.1200kg/h=120kh/h\\\\Q_{CuP}(moles)=\frac{120kg/h}{0,0645kg/mol}=1890mol/h$

En relación al total de moles de cobre introducidos, el porcentaje de cobre introducido respecto del que reacciona es:

$\eta_{Cu}=\frac{27000+1890}{27000}.100\%=107\%$

O sea que un 7% fue el exceso de cobre introducido.