trabajo balance de materia

Problema 1.-Dado el siguiente esquema, determine si la corriente W entra ó sale del sistema y calcule su composición.

Problema 2.-Dado el siguiente esquema, determine si la corriente B entra ó sale del sistema, calcule el flujo másico de las corrientes B y C.

Problema 3.-Un gas contiene 5 % molar de C3H8, 9 % molar de C4H10, 16 % molar de 02, 35 % molar de N2 y el resto de H20. Calcule la composición en peso de este gas en base húmeda y en base seca.

Problema 4.-Un gas contiene 5 % en peso de C3H8, 9 % en peso de C4H10, 16 % en peso de 02, 35 % en peso de N2 y el resto de H20. Calcule la composición molar de este gas en base húmeda y en base seca.

Problema 5.-Un evaporador se alimenta con una solución acuosa que contiene aproximadamente un 15 % de sólidos, para producir una solución concentrada con 35 % de sólidos. Determine:

i. Cuanta agua se evapora por tonelada de alimentaciónii. La cantidad de producto obtenido por tonelada de alimentación

Problema 6.-Un secador de frutas portátil instalado en el Valle del Elqui, recibe cierta cantidad de pulpa de frutas con 80 % de agua. Después de eliminar 100 libras de agua, se determinó que la pulpa aún contenía 40 % de agua. Se pide calcular el peso de la pulpa inicial.

Problema 7.-Un secador portátil de papayas, instalado en el Valle del Elqui, esta diseñado para procesar materia prima con 80 % de agua, entregando 50 kg/h de producto que contiene 28 % de agua. Calcule la cantidad de materia prima que se debe alimentar al secador, en kg/h.

Asignatura: TermodinámicaDocente: Ing. Luis R. Larrea Colchado

W

P = 60 lb80 % EtOH15 % MeOH5 % H2O

F = 100 lb50 % EtOH10 % MeOH40 % H2O

B = ?22 % MeOH78 % H2O

C = ?91 % EtOH9 % H2O

A = 100 kg/s50 % EtOH10 % MeOH40 % H2O

Problema 8.-Se encontró que una pulpa húmeda tenía 71 % de agua. Después del proceso de secado se determinó que se había eliminado el 60 % del agua original. Calcule:a.- La composición de la pulpa secab.- La cantidad de agua eliminada por libra de pulpa húmeda alimentada

Problema 9.-Se desea producir una solución al 8 % de NaOH diluyendo una solución al 20 % de NaOH en agua pura. Determine:a.- El cuociente g de agua/g de la solución de NaOH alimentada.b.- Cuociente g de solución producto/g de solución de NaOH alimentada.c.- Las velocidades de alimentación de la solución al 20 % de NaOH y el agua para dilución que se

requieren para producir 2310 lb/min de la solución al 8 % de NaOH.

Problema 10.-Un secador de pulpa recibe 1000 lb/h de pulpa que contiene un 90 % de humedad para entregar como producto una pulpa con 25 % de humedad. Haga un esquema del proceso y determine:

i. La cantidad de producto que sale del secador por semana considerando un horario de trabajo de lunes a viernes con 8 h diarias

ii. La cantidad de agua que se debe eliminar por día

Problema 11.-Se desea preparar una disolución de ácido sulfúrico al 50% en peso donde se dispone de lo siguiente:

Hielo a 32 ºFH2SO4 al 80 %p a 100 ºFH2SO4 al 30 %p a 100 ºF

¿Qué cantidad de c/u se deberá agregar para preparar 1000 lb de la disolución al 50 %p con una temperatura final de 100 F, si en el proceso la mezcla no se calienta ni se enfría.

Problema 12.-En parte del proceso de obtención de azúcar granulada, el azúcar húmeda que contiene 20 % de agua se hace pasar por un secador donde se le retira un 75 % del agua. Calcule:a.- La composición del flujo de azúcar que sale del secadorb.- La razon agua retirada/azúcar húmeda alimentada al secadorc.- Sí el secador se alimentara con 1000 ton/día de azúcar húmeda, ¿qué cantidad de agua se debería

retirar en el secador para que el azúcar de salida saliera totalmente seca?

Problema 13.-Se desea obtener una solución orgánica con 28 % de acetona y el resto benceno. Para ello se mezcla una solución que contiene 10 % de acetona y 90 % de benceno, con otra que contiene 40 % de acetona y 60 % de benceno.


2

a.- Dibuje y etiquete un diagrama de flujo de éste procesob.- ¿Que flujos de alimentación se requieren para producir 1000 kg/h de producto?.

Problema 14.-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 en peso de 4:5, luego la mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo contiene una tercera parte en peso de agua.A. Dibuje el diagrama de flujo de este procesoB. Determine cuántas libras de fresas se necesitan para producir una libra de mermelada

Problema 15.-Una mezcla que contiene 34 % en peso de acetona (CH3COCH3), 33 % de ácido acético (CH3COOH) y 33 % de anhídrido acético [ (CH3CO)2O , se alimenta a una torre de destilación a razón de 15000 kg/h. El destilado, también llamado producto de tope o de cabeza, se puede considerar como acetona pura y el producto de fondo contiene un 1 % de la acetona alimentada. Determine:

i. El flujo de destilado, en kg/h.ii. La composición de la corriente de fondo, en % en peso.

Problema 16.-Una torre de destilación se emplea para purificar benceno proveniente de una corriente de 100 kg/h, que contiene 50 % en peso de benceno y 50 % en peso de tolueno. Si el producto de tope tiene una composición de benceno del 85 % en peso y el producto de fondo contiene 10.6 % en peso de benceno, calcule los flujos másicos del producto de tope y del producto de fondo de la torre, en kg/h.

Problema 17.-Un flujo que contiene 25 % en peso de metanol en agua se mezcla con un segundo flujo que contiene 10 % de metanol en agua, para formar un producto que contiene 17 % de metanol.a.- Escoge una base de cálculo conveniente, hace un esquema del proceso y calcula la relación kg de la

disolución al 17 % partido por kg de la disolución al 25 %b.- ¿Cuántos kg/h de cada flujo de alimentación se requieren para producir 1250 kg/h de producto?

Problema 18.-En una planta de concentración de sales, se dispone de una solución que contiene 10 % de NaCl y 20 % de KCl que se concentra hasta obtener una solución que contenga 30 % de NaCl, en una operación en la que se evaporan 200 kg de agua. La solución resultante se hace llegar a un agitador donde se ajusta la concentración agregando 200 kg de un concentrado acuoso de KCl que contiene 90 % de dicha sal. I. Haga un esquema del procesoII. Determine la composición del producto final del proceso

Problema 19.-En una planta de concentración de sales, se dispone de 800 Kg/h de una solución acuosa que contiene 10 % de NaCl y 20 % de KCl, que se concentra en un evaporador, hasta obtener una solución que contenga 35 % de KCl, en una operación en la que se evapora agua pura. Para ajustar la concentración


3

final, la solución que sale del evaporador se hace llegar a un estanque mezclador, donde se ajusta la concentración agregando un concentrado acuoso de KCl que contiene 85 % de dicha sal. a.- Haga un esquema del procesob.- Determine la cantidad de agua que se evapora en el evaporadorc.- Determine la composición de la solución que sale del procesod.- Determine la cantidad de concentrado acuoso de KCl que se debe agregar.

Problema 20.-

Problema 21.-

Problema 22.-


1

2

4

5

2140 Kg/h 3 % B97 % C

5300 Kg/h50 % A50 % B

100 % A

1200 Kg/h70 % A30 % B + C

60 % B40 % C

Para la columna de destilación que se muestra en el diagrama de flujo adjunto, determine el porcentaje del compuesto B en la corriente 4.

1

2

3

4

5

1712 Kg/h 3 % B97 % C

50 % A50 % B

100 % A

960 Kg/h70 % A30 % B + C

60 % B40 % C

Para la columna de destilación que se muestra en el diagrama de flujo adjunto, un 32 % del compuesto A alimentado sale por la corriente lateral 4. Determine el porcentaje del compuesto B en la corriente 4.

30 kg/h60 % A40 % B

7

640 kg/h90 % A10 % B

1

2

3 4

5

100 kg/h50 % A50 % B30 kg/h

30 % A70 % B

Para el proceso que se muestra en la figura, haga los balances que sean necesarios y determine con ellos el flujo, en kg/h y la composición de las corrientes 1, 3 y 4. Tabule sus resultados.

T-1 T-2

3

4

A

Problema 23.-

Problema 24.-En una sección de una planta de gasolina se elimina el isopentano de acuerdo con el esquema de la figura. Por cada 100 kg que se alimentan al sistema en A, calcule:a.- La cantidad de isopentano que sale por el eliminador de isopentanob.- El flujo que sale en la corriente F

Problema 25.-Una columna de destilación se alimenta con mil kilogramos por hora de una mezcla que contiene partes iguales en peso de benceno (C6H6) y tolueno (C7H8). La velocidad de flujo del producto que sale por la parte superior de la columna de destilación es de 488 kg/h, y el producto que sale por la parte inferior de la columna contiene 7.11 % en peso de benceno. Recuerde que No hay reacciones químicas en este proceso. Haga un esquema de la unidad de destilación y calcule:a. La fracción en peso y la fracción molar de benceno en todas las corrientes.b. Las velocidades de flujo molar (kgmol/h) en cada corriente.

Problema 26.-


7

640 Kg/h90 % A10 % B

1

2

3 4

5

100 Kg/h50 % A50 % B

30 Kg/h30 % A70 % B

30 Kg/h60 % A40 % B

Para el proceso de destilación continua de dos unidades mostrado en la figura, determine el flujo, en Kg/h y la composición de las corrientes 3, 4 y 7. Tabule sus resultados.

T-1 T-2

D

B 100 % Isopentano

70 % n-pentano30 % isopentano

F

C

SEPARADOR

ELIMINADOR

MEZCLADOR 90 % n-pentano10 % isopentano

C

W

R D

V

F

Conden

COLUMNA

Una columna de destilación separa 10000 kg/h de una mezcla 50% benceno y 50% Tolueno (F). El producto D recuperado desde el condensador contiene 95% de benceno, mientras que la corriente que sale por el fondo de la columna (W), contiene 96% de Tolueno.La corriente de vapor V que entra al condensador es de 8000 kg/h. Una porción de la salida del condensador es devuelta a la columna (R), mientras que la otra es retirada como producto (D). Determine el valor del cuociente R/D a la salida del condensador.

5

Problema 27.-Una mezcla de tres compuestos orgánicos; benceno (B), tolueno (T) y xileno (X), se separa por destilación fraccionada continua en dos torres de destilación. En la primera se obtiene como producto de tope el 80 % del benceno alimentado. La segunda torre se alimenta con 1700 lb/h, de las cuales un 60 % sale como producto de tope. Calcule:

i. El flujo de alimentación al sistema, en lb/h, y la composición de ella.ii. La cantidad de benceno, lb/h, obtenido en la primera columna como producto de tope.

iii. La cantidad de xileno obtenido en la segunda torre como producto de cola, en lb/h.

Problema 28.-En la figura se muestra una unidad de separación por destilación fraccionada que opera en dos etapas. Dada una alimentación de 1000 lb/h, calcule el flujo de la corriente F2 y la composición de la misma.

Problema 29.-Una unidad de destilación que consta de dos columnas de destilación se alimenta con una mezcla líquida que contiene 30 % en mol de benceno (B), 25 % en mol de Tolueno (T) y 45 % en mol de xileno (X), a una velocidad de 1275 kgmol/h. El producto inferior de la primera columna contiene 99 % en mol de xileno y nada de benceno; en esta corriente se recupera el 98 % del xileno alimentado. El producto superior de la primera columna alimenta la segunda columna. El producto superior de la segunda columna contiene 99% en mol de benceno y nada de xileno. El benceno recuperado en esta corriente representa el 96 % del benceno en la alimentación de esta columna.

i. Haga un esquema de la unidad de destilaciónii. Calcule las velocidades de flujo molar (kgmol/h) y las fracciones molares de los componentes en

cada corriente. Tabule sus resultados. Recuerde que No hay reacciones químicas en este proceso.


XB2 = 96 %XT2 = 4 %

TORRE

I

TORRE

II

XB4 = 2 %XT4 = 97 %XX4 = 1 %

XT5 = 1 %XX5 = 99 %

10 % Tolueno90 % Xileno

5

4

95 % Tolueno 5 % Benceno

3

1 % Tolueno99 % Benceno

1

40 % Tolueno40 % Benceno20 % Xileno

2

TORRE

I

TORRE

III

6

Problema 30.-El jugo de naranja fresco contiene 12 % en peso de sólidos y el resto es agua; mientras que el jugo de naranja concentrado contiene 40 % en peso de sólidos. El proceso de concentrar el jugo de naranja se realiza en un evaporador. Las experiencias preliminares de fabricación se hicieron concentrando el jugo fresco de 12 % a 40 % en peso, sin embargo los componentes vólatiles se evaporaban junto con el agua dejando al concentrado sin sabor. Dado lo anterior se opto por un proceso en el cual una fracción del jugo fresco se desvía (by pass) del evaporador y otra se concentra en este hasta que contiene 58 % de sólidos. Este producto se mezcla con el jugo fresco desviado para alcanzar la concentración final de sólidos (40 %).A. Calcule el jugo concentrado producido por cada 100 kg de jugo fresco alimentadoB. Calcule la fracción de la alimentación que se desvía del evaporador.

Problema 31.-En Brasil se produce gran cantidad de jugo de naranja concentrado que contiene 42 % en peso de sólidos, a partir de jugo fresco que contiene 12 % en peso de sólidos y el resto es agua. El jugo de naranja concentrado se exporta a USA donde se le restituye el agua, para luego envasarlo y venderlo en botellas de 200 cc., que contienen 250 gramos de jugo. A. Haga un esquema del proceso que se realiza en Estados UnidosB. Calcule la cantidad de agua que se debe agregar al jugo concentrado para restituir su condición

original, por cada 100 Kg de jugo concentrado.C. Determine la cantidad de botellas de 200 cc que se pueden llenar por cada 100 Kg de jugo

concentrado que llega a Estados Unidos.

Problema 32.-La sal contenida en el petróleo crudo debe eliminarse antes de procesarlo en una refinería. El petróleo crudo se alimenta a una unidad de lavado en la que agua dulce alimentada a la unidad se mezcla con el petróleo y disuelve una porción de la sal que contiene. El petróleo (que contiene un poco de sal pero nada de agua), al ser menos denso que el agua, se puede sacar por la parte superior del lavador. El agua de lavado que sale de la unidad contiene 15 % de sal y el crudo alimentado contiene 5 % de sal, determine la concentración de la sal en el producto de petróleo “lavado” si la razón petróleo crudo (con sal) a agua dulce que se usa es de 4 : 1

Problema 33.-Un tanque opera con 10000 lb de una solución saturada de NaHCO3 a 60 C. Se desea cristalizar 500 lb del NaHCO3 a partir de esta solución. ¿A que temperatura deberá enfriarse la solución?Datos de solubilidad del NaHCO3 en agua

Temperatura ( ºC ) 10 20 30 40 50 60Solubilidad (g NaHCO3/100g H2O) 8.15 9.60 11.10 12.70 14.45 16.40

Problema 34.-La solubilidad del bicarbonato de sodio (NaHCO3) en agua es de 9,6 g/100 g de agua a 20 ºC y de 16,4 g/100 g de agua a 60 ºC. Sí se enfría una disolución saturada de NaHCO3 desde 60 ºC hasta 20 ºC, ¿qué porcentaje de la sal disuelta cristaliza?


7

Problema 35.-El disulfuro de carbono, CS2, se separa de un gas en una torre de absorción. El gas que contiene 15 % molar de CS2 y 85 % molar de N2, se alimenta a la torre donde se pone en contacto con benceno puro, que absorbe el CS2 pero no el N2. El benceno ingresa a la torre en una relación molar 2 : 1 con respecto al gas de alimentación. El gas que sale de la torre de absorción contiene 2 % molar de CS 2 y 3 % molar de benceno. a.- Calcule la fracción de CS2 que se recupera en el procesob.- Calcule el porcentaje de benceno que se pierde en el producto en forma de vapor

Problema 36.-Sylvinita (42.7 % NaCl, el resto KCl) se disuelve en 1000 libras de agua y luego se enfría para inducir la cristalización. La composición de los cristales es 72.1 % KCl, 0.5 % NaCl y 27.4 % H2O. Se obtienen 727 libras de cristales. El licor madre remanente contiene 50 % de agua y 50 % de sales. La operación se realiza a 30.12” de Hg de presión. Trace el diagrama de flujo y calcule:

i. Las libras de sylvanita usadasii. La composición de la solución final

iii. El porcentaje de KCl recuperado

Problema 37.-En la producción de aluminio a partir de mineral de bauxita, un paso crucial es la separación de la alúmina de las impurezas minerales. En el proceso Bayer, esto se logra mediante el tratamiento de bauxita con NaOH en solución, para producir NaAlO2. Debido a que el NaAlO2 es soluble en agua, pero no los componentes residuales del mineral de bauxita, puede obtenerse una separación dejando asentar dichos minerales y decantando la solución acuosa de NaAlO2 y NaOH que no reaccionó. Para recuperar algo mas del NaALO2 que quedó en la solución atrapada entre los sólidos asentados, se lava este “lodo” repetidas veces con agua, se deja asentar y se decanta el agua de lavado. La figura muestra una etapa de este proceso de lavado y asentamiento.En esta etapa, se lava una lechada de alimentación que contiene 10 % de sólidos, 11 % de NaOH, 16 % de NaAlO2 y el resto agua, con una corriente de agua de lavado que contiene 2 % de NaOH, para producir una solución decantada libre de sólidos, formada por 95 % de agua y un lodo asentado con 20 % de sólidos. Calcule la cantidad de NaAlO2 que se recupera en la solución decantada, si se alimenta lechada a razón de 1000 lb/h.


Agua de lavadolechada

Lodo lavado

Solución decantada

Estanque desedimentación

Estanquede lavado

8

Problema 38.-Se trata de concentrar por flotación sencilla, con adición de 42.5 g de reactivo por tonelada de mineral, un mineral de plomo que previamente ha sido molido hasta obtener la granulometría adecuada para el proceso de flotación. Las composiciones de la materia prima de flotación, del concentrado y de los residuos son las siguientes:

% enComponente

Materia Prima Concentrado Residuos

SPb 30 90 0.9SZn 20 5 27.3CaCO3 40 3 57.9SiO2 10 2 13.9

A la unidad se le incorpora agua, a razón de 4.6 m3 por tonelada de concentrado seco, saliendo el 99 % del agua con los residuos y el otro 1 % con el concentrado. Se desea conocer:A. La cantidad de concentrado húmedo producida por hora, si la unidad se alimenta a razón de 10 ton

de mineral cada 24 horasB. El agua necesaria total, en kg/hC. La fracción del plomo contenido en el mineral que se pierde en los residuos

Problema 39.-El proceso de obtención de un pigmento consta principalmente de una etapa de extracción líquido-líquido, seguida de una etapa de destilación de donde el pigmento sale prácticamente puro. En la etapa de extracción, el pigmento disuelto en un aceite liviano se pone en contacto con un solvente, acetona pura, la cual "arrastra" un 70 % del pigmento alimentado. En la segunda etapa el pigmento se separa de la acetona, saliendo el pigmento por el fondo de la torre de destilación y la acetona por el tope de la misma.

i. Determine el flujo de materia prima, F1, que es necesario alimentar para producir 1000 kg/h de pigmento puro.

ii. Sí un buen arrastre del pigmento se logra empleando 3 partes de acetona por 2 partes en peso de solución de aceite, F1, determine la cantidad de acetona a alimentar, F4.

Problema 40.-Para propósitos de regadío, un agua salobre es desalinizada por evaporación. Sí se alimenta agua con 600 ppm de sal y sólo se permiten 50 ppm en el agua de regadío, ¿qué fracción de alimentación se puede bypasear el proceso de evaporación?.


Residuos

Concentrado

Agua

Floculante

Mineral de Plomo

9

Problema 41.-Un aceite lubricante se forma mezclando en un estanque agitado 350 lbs/min de aceite grado A, cierta cantidad de aceite grado B y 85 lbs/min del aceite grado C. La mezcla se extrae a razón de 525 lbs/min a 70 ºF y 1 ata.

i. Haga un esquema del proceso.ii. Determine la cantidad de aceite grado B, en lbs/min, que se debe alimentar al estanque para

mantener el sistema en estado estacionario.iii. Si en un momento dado la cantidad de aceite en el estanque es 10000 libras y se comienza a extrae

aceite a razón de 1000 lbs/min, manteniendo los flujos de alimentación en los niveles en que se encontraban originalmente, se pide determinar en cuanto tiempo el estanque quedaría vacío.

Problema 42.-Para el proceso de cristalización mostrado en la figura se pide calcular:a.- La fracción en peso de KNO3 en la corriente de reciclob.- El flujo másico de la corriente de recicloc.- La cantidad de agua evaporada

Problema 43.-En la concentración de HNO3 se sigue el proceso que se indica en la figura. Sí se desea preparar 1000 lb/h de HNO3 al 99 %, confeccione una tabla con los flujos, en lb/h, para cada una de las corrientes del sistema y la composición de las mismas.


Solución saturada a 100 FSolubilidad 0.6 lb/lbagua

10000 lb/h desolución al20 % KNO3

Solución al50 % de KNO3

Cristales de KNO3 con 4 % de agua

Agua evaporada

EVAPORADOR CRISTALIZADOR

Mg(NO3)2 55 %HNO3 H2O

Mg(NO3)2 72 %HNO3 11 %H2O 17 %

HNO3 60 %H2O 40 %

HNO3 2 %H2O 98 %

1000 lb/hHNO3 99 %H2O 1 %

A

C

B

10

P = ?

Problema 44.-Dado el siguiente esquema, determine la cantidad de producto final P y su composición.

Problema 45.-La reacción entre el etileno (C2H4) y el bromuro de hidrógeno (HBr) se efectúa en un reactor continuo. Al analizar el flujo de productos se encontró que contiene 50 % molar de C2H5Br y 33.3 % de HBr. La alimentación del reactor contiene sólo etileno y bromuro de hidrógeno. Determine:a.- El porcentaje de conversión del reactivo limitanteb.- El porcentaje en exceso del reactivo no limitante

Problema 46.-En un reactor químico, donde se logra un 80 % de conversión del reactivo limitante, se produce la oxidación del amoniaco de acuerdo a la siguiente reacción:

NH3 + O2 N2 + H2OSí se alimentan 300 kg/h de amoniaco y 2500 kg/h de aire (21 % O2 y 79 % N2, en moles), determine:

i. Escriba la reacción química con los coeficientes estequiometricos que correspondenii. Cual es el reactivo limitante.

iii. La composición de la corriente de salida del reactor.iv. El porcentaje de exceso del reactivo no limitante, con el que se alimenta el reactor.

Datos: MN = 14 MO = 16 MH = 1 Maire = 29

Problema 47.-Para el proceso de obtención de plata mostrado en la figura, en el cual el sulfato de plata es el reactivo limitante, se pide calcular:

i. El exceso de cobre utilizado basado en la alimentación al reactorii. El flujo másico de reciclo

Problema 48.-Una mezcla de pintura que contiene 25 % de un pigmento y el resto de agua tiene un costo de $ 1200/kg, y una mezcla que contiene 10 % de pigmento tiene un costo de a $ 700/kg. a.- Si un fabricante de pinturas produce una mezcla al 15 % de pigmento a partir de las mezclas

especificadas anteriormente, ¿en cuánto debe vender la mezcla al 15 % para tener una ganancia de 10 %?. Considere todos los porcentajes en base peso.


1000 lb/h

Ag 90 %Cu 10 %

CuSO4Cu

Ag2SO4

Ag2SO4

REACTORCONVERSION 75 %

SEPARADOR

A =670 lb aire/s21 % molar de O2

79 % molar de N2

CO2

N2

H2OO2

F = 16 lb/s100 % CH4

11

b.- ¿En que proporciones se agregan las mezclas originales para producir mezcla resultante al 15 %?

Problema 49.-En una planta metalúrgica se emplea hidrógeno (H2) para reducir 1 ton/h de oxido férrico. El H2 fresco que contiene 1 % en peso de dióxido de carbono (CO2)se mezcla con H2 de reciclo antes de volver a enviarlo al reactor. Se retira una purga con el fin de evitar que la concentración de CO 2 sea superior al 2,5 % a la entrada del reactor. La razón molar de gas de reciclo a gas fresco es 4 :1. Calcule la cantidad y composición de la purga.

Problema 50.-En cierto proceso se requiere generar los reactivos AB y B2. Las sustancias AB, B y A2 son completamente solubles en agua en tanto que B2 es completamente insoluble en el mismo medio. La reacción que predice la formación de estos compuestos es:

A2 + B ——> AB + B2

El proceso consta de un reactor que es alimentado por la mezcla de una corriente fresca con otra de recirculación. La relación molar entre estos dos flujos es de 20:17. La alimentación fresca contiene 50.7 % de B, 14.3 % de A2 y 35 % de agua. El reactor funciona con una conversión del 40 % respecto del limitante.El producto del reactor es alimentado a un filtro (separador sólido-líquido) donde todo el compuesto insoluble se retira acompañado del 10 % de la solución que entra al filtro. La otra corriente de descarga del filtro (solo solución) es enviada a un separador, que recupera todo el AB por una corriente, y por otra, la corriente de reciclo hacia el reactor. La corriente de reciclo contiene un 35.29 % de A2 y un 5.88 % de B. El resto es agua.De acuerdo a lo anterior:A.- Dibuje el diagrama de flujo del proceso y ubique las variables conocidas y desconocidas sobre el

esquema. Enumere las corrientes, y especifique claramente las incógnitas que va a utilizar.B.- Plantee los Balances de masa a todos los subsistemas.C.- Resuelva el balance de masa calculando el valor de todas las corrientes y composiciones.

Preséntelos en una tabla ordenada.D.- Calcule el porcentaje de AB en el producto del separador respecto del total generado.E.- Calcule la fracción recirculada respecto de la alimentación al separador.F.- Calcule la razón másica entre sólidos insolubles y solución producto del reactor.

Problema 51.-La alunita es un compuesto que contiene aluminio con la fórmula 3Al2O3*K2O*4SO3*6H2O. Un análisis de un mineral que contiene alunita muestra que contiene 23 % en peso de alúmina (Al2O3). El mineral se trata químicamente para precipitar la mayor parte del aluminio como Al(OH) 3. El precipitado se separa y se tuesta para producir alúmina, que se disuelve después en un baño de sal fundida, y se efectúa una electrólisis para obtener aluminio puro. Sabiendo que en el proceso se recupera el 88 % del aluminio contenido en el mineral como metal (Al), Haga un esquema del proceso descrito y calcule las toneladas de mineral requeridas para producir una tonelada de metal.


Fe

H2OFe2O3

Gas fresco

PurgaREACTOR SEPARADOR

12

Pesos Atómicos: Al = 27 O = 16 K = 39 S = 32 H = 1


13

Problema 52.-En la granja del Pollo Feliz, los huevos de gallina se separan en dos tamaños (grandes, "G" y extra grandes, "E"). Por desgracia, el negocio no ha ido bien últimamente, y cuando la máquina para separar huevos de la granja se descompuso, no habían fondos para reemplazarla. En lugar de ello, se le dieron a Don Alfredo, uno de los empleados de la granja con mejor vista, dos sellos de goma, el que dice "G" para la mano derecha y el que dice "E" para la mano izquierda, y se le pidió que marcara cada huevo con la etiqueta apropiada a medida que pasaban por una correa transportadora. Al final de ésta, otro empleado colocaría cada huevo en la caja correspondiente a la marca. El sistema funcionaba razonablemente bien, excepto que Don Alfredo tiene la mano pesada y, en promedio, rompe 30 % de los 120 huevos que pasan por sus manos cada minuto. En el mismo intervalo de tiempo, el flujo de huevos Extra grandes es de 70 huevos/min, de los cuales 25 huevos/min se rompen.

i. Dibuje y etiquete un diagrama de flujo de este procesoii. Escriba y resuelva los balances de huevos totales y huevos rotos del sistema

iii. Determine la cantidad de huevos grandes que salen de la planta por minutoiv. ¿Es Don Alfredo zurdo o diestro?, justifique su respuesta

Problema 53.-Las cosas iban bien en la planta piloto de la Farmacéutica Philpott durante el turno de medianoche a las 5 a.m., hasta que Enrique Antropoide, el operador del reactor, dejó el manual de instrucciones muy cerca del mechero de Bunsen, con el cual calentaba su café. La historia se puso color de hormiga cuando el manual de instrucciones, el café y una parte importante de la manga izquierda de la bata de Antropoide se quemaron completamente. Al recordar el enojo de su supervisor cuando le telefoneó a medianoche por última vez, Antropoide decidió confiar a su memoria las instrucciones para continuar la operación. Ajusto la velocidad de flujo del ciclohexano, CH (M = 84 kg/kgmol, = 779 kg/m3) a 11.0 l/min, y la del tetrahidrosinfurol, THF (M = 216 kg/kgmol, = 1300 kg/m3) a 5.0 l/min.Antropoide debería haber recordado dos cosas importantes respecto a la mezcla de estos reactivos: La fracción en masa del THF en la mezcla de reactivos debería ser 0.25 y sí la fracción molar del THF excede de 0.3, la mezcla explota.Determine:A. Un esquema del proceso.B. ¿Antropoide tenía mala memoria?. Justifique su respuesta, ¿Sí tenía mala memoria, se dio cuenta

rápidamente de su error?, Justifique su respuesta.

Problema 54.-Una empresa de la Industria Lechera produce caseína seca que en estado húmedo contiene 23.7 % de humedad. Esta caseína húmeda la vende a US$ 8.00/100 lb de caseína húmeda. Para diversificar la producción, la empresa también seca esta caseína para obtener un producto que contiene 10 % de humedad. Sus costos de secado son US$ 0.80/100 lb de agua eliminada. ¿Cuál debería ser el precio de venta de la caseína seca si se desea mantener el mismo margen de utilidades?.Recuerde:Las utilidades son iguales al precio de venta menos los costos: U = P - CHay dos costos que aparecen en el problema: Costo de producir la caseína húmeda, Cp, y Costo de secado, Cs, donde: C = Cp + Cs


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Problema 55.-Las fuentes de proteína de semillas oleaginosas incluyen soja, algodón, maní, maravilla, copra, colza, ajonjolí, ricino y lino. Generalmente la separación del aceite de la pasta (harina) se efectúa mediante extracción con solvente.Cuando se usa algodón, el análisis de la semilla de algodón es 4 % de cascarilla, 10 % de fibra, 37 % de harina y 49 % de aceite. Durante la etapa de extracción, deben utilizarse 2 libras de solvente (hexano) por cada libra de semillas limpias.Para cada tonelada de semillas crudas que se procesan, determine las cantidades de aceite y de harina libre de aceite que se producen, así como la cantidad de hexano que deberá recircularse a través de la unidad de extracción.

Problema 56.-Agua líquida y aire entran a una cámara de humectación en la que el agua se evapora por completo. El aire a la entrada contiene 1.0 % de agua, 20.8 % de O2 y el resto de N2 (en lbmol) y el aire húmedo, que sale de la cámara, contiene 10.0 % de agua. Haga un esquema del proceso y determine la cantidad de agua requerida, en ft3/min, para humedecer 200 lbmol/min de aire de entrada

Problema 57.-En una empresa productora, se obtienen taninos tratando la corteza de los árboles finamente molida con agua caliente. La corteza original contiene 4 % de agua, 37 % de taninos y 23 % de sustancias solubles en agua que no son taninos. El residuo (la corteza utilizada) retirado del estanque de extracción contiene 62 % de humedad, 2,8 % de taninos y 0,9 % de sustancias solubles que no son taninos. Haga un esquema del proceso de extracción y determine el porcentaje de taninos en la corteza original que permanece sin extracción en el residuo.

Problema 58.-Una unidad de destilación que consta de dos columnas de destilación se alimenta con una mezcla líquida que contiene 30 % en mol de benceno (B), 25 % en mol de Tolueno (T) y 45 % en mol de xileno (X), a una velocidad de 1275 kgmol/h. El producto inferior de la primera columna contiene 99 % en mol de xileno y nada de benceno; en esta corriente se recupera el 98 % del xileno alimentado. El producto superior de la primera columna alimenta la segunda columna. El producto superior de la segunda columna contiene 99% en mol de benceno y nada de xileno. El benceno recuperado en esta corriente representa el 96 % del benceno en la alimentación de esta columna. Ha un esquema de la unidad de destilación y calcule las velocidades de flujo molar (kgmol/h) y las fracciones molares de los componentes en cada corriente. Tabule sus resultados. Recuerde que No hay reacciones químicas.


Pasta libre de aceitecontiene 0,5 % de solvente

Semillas limpias

Cascarillas, fibra

Aceite puro

Solvente frescoSolvente limpio

Limpiezade

semillas

Extracción por

solvente

Recuperación de

solvente

Solvente rico en aceite

Semillas crudas

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Problema 59.-El diagrama adjunto muestra el proceso de lavado de camisas que se utiliza en el Servicio de Lavandería "Por Fin Limpias S.A.". Las camisas se remojan en un tanque de lavado que contiene Duende, el detergente mágico, y después se exprimen y mandan a secar. El Duende sucio se hace pasar por un filtro en donde se extrae la mayor parte de la suciedad, permitiendo recircular parte del Duende.

Datos: El lavado extrae 95 % de la suciedad Por cada 100 kg de camisas sucias salen 25 kg de Duende con las camisas limpias Preguntas:¿Cuanto Duende fresco debe agregarse por cada 100 kg de camisas sucias?¿Cuál es la composición del flujo de recirculación?

Problema 60.-En el absorbedor que se muestra en la figura, se recupera propano de una mezcla gaseosa que contiene 5 % en mol de propano y 95 % en mol de aire, poniéndola en contacto con n-decano líquido. Durante el proceso, se absorbe un 98 % del propano que se alimenta al absorbedor. Sabiendo que se alimentan 3 moles de n-decano puro por cada mol de gas de entrada y suponiendo que el gas de salida NO contiene n-decano, determine la composición en moles del Gas y del Líquido de Salida de la torre de absorción,.

Problema 61.-Una solución de 48 % de hexano y 52 % de isooctano se va a someter a un proceso de extracción por solvente en contracorriente en varias etapas, para obtener dos productos: un extracto que contenga 60 % de hexano, 30 % de S.O.S. y 10 % de isooctano y un refinado que contenga 28 % de hexano, 4 % de S.O.S. y el resto isooctano. Como disolvente, se emplea S.O.S. y el proceso ocurre de modo que por cada 100 kg de alimentación fresca, se consumen 25 kg de disolvente que contiene 8 % de hexano y 92 % de S.O.S. Determine las cantidades de extracto y de refinado que se obtienen en el proceso, cuando el proceso de extracción por solvente se alimentan con 235 kg/h de solución al 48 % de hexano.


97 % Duende

Camisas Sucias con 2 % de suciedad

Duende recirculadoDuende Fresco100 % Duende

90 % Duende

Suciedad con 10 % Duende

Camisas Limpias

Tanque de Lavado Filtro

1 2

3

4

5

6

Líquido de salidaLS (mol/h)

Líquido de Entradan-decano puro

LE (mol/h)

Gas de Entrada5 % en mol de propano

GE (mol/h/)

TORREDE

ABSORCION

Gas de SalidaGS (mol/h)

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trabajo balance de materia

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