tareas de balance de materia y energía unidad i.docx (1).pdf

7
TAREA 1. DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA Resolver los siguientes ejercicios: 1.- Las fresas contienen alrededor de 15% de sólidos y 85% de agua. Para preparar mermelada de fresa, se mezclan las fresas trituradas con azúcar en una relación de 45:55, y la mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo contiene una tercera parte de agua en masa. Dibuja y etiqueta el diagrama de flujo de este proceso y utilízalo para calcular cuantas libras de fresas se necesitan para producir una libra de mermelada. 2.- Para fabricar pólvora se necesitan 3 sustancias, que son: azufre, carbón y nitrato de potasio en proporción de 10, 15 y 75% en peso. Estas sustancias se deben moler finamente y mezclarse con cuidado para dar el producto final. ¿Cuánta cantidad de cada material se necesitará para producir 4 toneladas de pólvora por día? 3.- En un proceso de cristalización se obtienen 695 kg de cristales de Na 2 CO 3 .10 H 2 O por hora; dichos cristales se pasarán a un secador para obtener un producto que consiste en cristales de Na 2 CO 3 ., anhidro. ¿Qué cantidad de agua se quitó en el secador?. Si los cristales se secan en corriente paralela con aire que tiene inicialmente 0.09% de agua en peso, ¿Qué cantidad de aire se necesitará para secar los cristales si el aire sale con un 0.7% de agua en peso? 4.- Partiendo de una disolución cáustica al 10% se deben obtener 500 kg por hora a una concentración del 50% mediante evaporación. Determine el flujo de alimentación y el agua evaporada. 5.- Una columna de absorción de SO 2 se diseña para producir una solución acuosa de SO 2 Si el agua de entrada contiene 5% de SO 2 y el agua de salida 20% de SO 2 , ¿qué cantidad de solución al 5% se necesita para obtener 100 Kg/h de solución de SO 2 al 20%?¿Qué cantidad de gases se deben tratar si los gases entrantes contienen 60% en peso de SO 2 y los salientes 2%? 6.- Un filtro prensa contiene 20 marcos que se usarán para filtrar unos lodos que tienen 10 kg de sólido seco por 100 kg de mezcla sólido-líquida. Las dimensiones interiores de cada marco son: 50 cm x 50 cm x 2.5 cm de grueso. La torta formada en la filtración es incompresible y contiene 0.7 kg de sólido seco por kg de torta. ¿Cuántos kg de filtrado libre de sólidos pueden obtenerse antes de que el filtro se llene con una torta húmeda que tiene una densidad de 1440 kg/m 3 ? 7.- Para separar alcohol puro de una mezcla de alcohol-agua, es necesario adicionar un tercer componente, como benceno, para así reducir la volatilidad del

Upload: serepoesia10

Post on 21-Oct-2015

1.085 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

TAREA 1. DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

Resolver los siguientes ejercicios:

1.- Las fresas contienen alrededor de 15% de sólidos y 85% de agua. Para preparar mermelada de fresa, se mezclan las fresas trituradas con azúcar en una relación de 45:55, y la mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo contiene una tercera parte de agua en masa. Dibuja y etiqueta el diagrama de flujo de este proceso y utilízalo para calcular cuantas libras de fresas se necesitan para producir una libra de mermelada.

2.- Para fabricar pólvora se necesitan 3 sustancias, que son: azufre, carbón y nitrato de potasio en proporción de 10, 15 y 75% en peso. Estas sustancias se deben moler finamente y mezclarse con cuidado para dar el producto final. ¿Cuánta cantidad de cada material se necesitará para producir 4 toneladas de pólvora por día?

3.- En un proceso de cristalización se obtienen 695 kg de cristales de Na2CO3.10 H2O por hora; dichos cristales se pasarán a un secador para obtener un producto que consiste en cristales de Na2CO3., anhidro. ¿Qué cantidad de agua se quitó en el secador?. Si los cristales se secan en corriente paralela con aire que tiene inicialmente 0.09% de agua en peso, ¿Qué cantidad de aire se necesitará para secar los cristales si el aire sale con un 0.7% de agua en peso?

4.- Partiendo de una disolución cáustica al 10% se deben obtener 500 kg por hora a una concentración del 50% mediante evaporación. Determine el flujo de alimentación y el agua evaporada.

5.- Una columna de absorción de SO2 se diseña para producir una solución acuosa de SO2 Si el agua de entrada contiene 5% de SO2 y el agua de salida 20% de SO2, ¿qué cantidad de solución al 5% se necesita para obtener 100 Kg/h de solución de SO2 al 20%?¿Qué cantidad de gases se deben tratar si los gases entrantes contienen 60% en peso de SO2 y los salientes 2%?

6.- Un filtro prensa contiene 20 marcos que se usarán para filtrar unos lodos que tienen 10 kg de sólido seco por 100 kg de mezcla sólido-líquida. Las dimensiones interiores de cada marco son: 50 cm x 50 cm x 2.5 cm de grueso. La torta formada en la filtración es incompresible y contiene 0.7 kg de sólido seco por kg de torta. ¿Cuántos kg de filtrado libre de sólidos pueden obtenerse antes de que el filtro se llene con una torta húmeda que tiene una densidad de 1440 kg/m3?

7.- Para separar alcohol puro de una mezcla de alcohol-agua, es necesario adicionar un tercer componente, como benceno, para así reducir la volatilidad del

alcohol; ello hace posible obtener alcohol puro como producto de fondo. En uno de esos procesos se alimenta a la torre con una mezcla de 88% de alcohol y 12% de agua en masa, lo cual da un destilado con 17.5% de alcohol, 7.9% de agua y 74.6% de benceno en masa.

¿Qué volumen de benceno se debe alimentar a la columna por unidad de tiempo para producir 1250 cm3/s de alcohol puro en fondos y qué porcentaje de alcohol alimentado se obtiene como alcohol absoluto? (densidad del benceno 870 kg/m3; densidad del alcohol 785 Kg/m3)

8.- A un evaporador se le alimenta continuamente 25 ton/h de una solución de 10% de NaOH, 10% de NaCl y 80% de H2O en peso. Durante la evaporación, el agua se evapora y la sal se precipita como cristales que se dejan asentar y se eliminan. La solución concentrada saliente del evaporador contiene 50% de NaOH, 2% de NaCl y 48% de agua. Calcule los kilogramos de sal precipitados y los kilogramos de solución concentrada por hora de trabajo.

9.- A una torre de destilación se le alimentan 1000 kg/h de una disolución de agua y alcohol. Esta alimentación se separa en un destilado que contiene 90% de alcohol y unos fondos que contienen 5% de alcohol. Parte del destilado se recicla como un reflujo.

Si el flujo total superior es de 1000 kg/h y el flujo total de fondos es de 400 kg/h, ¿cuál es el gasto del reflujo?. ¿Cuál es la relación del reflujo?

10.- A un reactor de polimerización se le alimenta etileno puro. Cuando la polimerización se completa en un 60%, la mezcla se saca del reactor y se manda a un separador. De allí salen dos corrientes, una con 90% de polietileno y 10% de etileno y la otra con vapores puros de etileno. Los vapores de etileno se reciclan. Calcule la relación de reciclado a alimentación.

TAREA 2

MATERIA: BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA. CONCEPTOS GENERALES

NOMBRE: ______________________________________________________

NO. DE CONTROL: ______________

Conteste correctamente lo siguiente:

1.- Describa los procesos siguientes:

a)

b).-

2.- Conteste correctamente los conceptos siguientes:

a) Defina el balance de materia y energía

b) Describa la clasificación de los proceso, sus características y escriba por lo menos dos ejemplos de cada uno de ellos.

c) Describa cada uno de los diagramas de flujo y cuando se utilizan.

d) Mencione y defina las variables más importantes que intervienen en un balance de materia y energía.

TAREA 3

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA.

Instrucciones: Realizar los siguientes ejercicios utilizando los balances de materia correspondientes.

1.- Un filtro prensa contiene 20 marcos que se usarán para filtrar unos lodos que tienen 10 kg de sólido seco por 100 kg de mezcla sólido-líquida. Las dimensiones interiores de cada marco son: 50 cm x 50 cm x 2.5 cm de grueso. La torta formada en la filtración es incompresible y contiene 0.7 kg de sólido seco por kg de torta. ¿Cuántos kg de filtrado libre de sólidos pueden obtenerse antes de que el filtro se llene con una torta húmeda que tiene una densidad de 1440 kg/m3?

2.- La bebida especial en el oasis de Oswaldo es una mezcla que contiene 75% en masa de C2H5OH y el resto de agua. El costo del alcohol se ha incrementado y Oswaldo ha decidido que quizá un 60% de la mezcla sería igualmente efectiva. Tiene a mano un recipiente que contiene 300 galones de la mezcla al 75% (PE=0.877) y puede pagar cualquier cantidad de una mezcla al 40% (PE=0.952). ¿Cuántos galones de la última mezcla debe comprar? 3.- En un proceso de evaporación de cuatro etapas se concentra una solución con 50% en peso de azúcar hasta 65% en peso, evaporando cantidades iguales de agua en cada una de las etapas. Para una alimentación total de 50,000 lb/h. Determine las concentraciones de las corrientes intermedias. NOMBRE: ______________________________________________________No. DE CONTROL:______________________________

TAREA 4

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA. UNIDAD I. CONCEPTOS. EJERCICIOS:

1.- Para determinar la concentración de ácido acético en un vinagre, se tomaron 100 cm3 del vinagre, se añadieron unas gotas del indicador de fenolftaleína y se titulo con una solución de sosa cáustica 1 M (molaridad).

El cambio de color se produjo después de usar 50 cm3 de la solución cáustica. ¿Cuál es la concentración de ácido acético en gramos por litro en el vinagre?

2.- Por una tubería de 1.049 pulgadas de diámetro interior y 1.4 millas de longitud viaja un fluido más ligero que el agua que tiene una densidad de 33.74 0Be. Calcule:

a) La cantidad de m3 de fluido contenido en la tubería.

b) La masa del fluido contenido en la tubería.

c) El gasto volumétrico si el fluido viaja a la velocidad de 3 m/s.

3.- Al analizar una corriente líquida de ácido clorhídrico se obtiene que su densidad es de 23.16 0Be y su molaridad 12. ¿Cuál es la fracción peso, la concentración y la relación mol del HCl en la corriente?.

4.- Para medir el gasto másico de un fluido que se mueve a través de una tubería, se utiliza un medidor de orificio, que da una diferencia de presiones entre la sección anterior y posterior al medidor, la cual se puede pasar a gasto másico por medio de la siguiente fórmula:

5.- Para cierto proceso se requiere formar una solución que contenga 2.54 lb de cloruro de calcio por galón de solución. Si la densidad específica de la solución es de 1.218, encuentre:

a) La fracción peso de CaCl2.

b) La fracción mol.

c) La molaridad.

d) La normalidad.

e) Los kg de CaCl2 que se necesitan agregar por cada 1,000 litros de agua.

TAREA 5: Resolver los ejercicios propuestos 4.28, 4.29, 4.31, 4.33 y 4.36, del libro Principios elementales de los procesos químicos. Autor Felder, tercera edición.