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Ejercicios de balance de materia en procesos químicos - Prof. Zerpa, Monografías, Ensayos de Procesamiento de Materiales

Una serie de ejercicios propuestos sobre balance de materia en diferentes procesos químicos. Los ejercicios abarcan temas como separación de mezclas por destilación, evaporación, absorción y cristalización. Se plantean problemas con datos de composición, flujos y condiciones de operación, y se pide determinar variables como flujos de corrientes, composiciones, eficiencias de separación, entre otros. El nivel de dificultad de los ejercicios es apropiado para estudiantes universitarios de carreras relacionadas con ingeniería química o procesos químicos. El documento podría ser útil como material de estudio, ejercicios de práctica o evaluación para cursos de operaciones unitarias, balances de materia y energía, o procesos químicos.

Tipo: Monografías, Ensayos

2023/2024

Subido el 20/08/2024

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zabdiel-rodrgz 🇻🇪

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL
DE YARACUY “ARÍSTIDES BASTIDAS”
PNF PROCESOS QUÍMICOS
U. C.: PROCESOS QUÍMICOS
EJERCICIOS PROPUESTOS
BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUIMICA
1.- Una solución de hidróxido de sodio al 45 % se mezcla con otra al 60 %. Si la
solución final tiene una rata de flujo de 15800 kg/h y una composición de
hidróxido de sodio de 57 %. Determine los flujos de alimentación al mezclador.
2.- A un evaporador se alimenta una corriente de 10.000 kg/h de leche cruda a
25 °C, cuyo contenido en agua es del 87%, que se desea concentrar hasta que
su contenido en agua sea del 20%. Calcular el caudal de leche concentrada y
el caudal de vapor de agua evaporada de la leche.
3.- Una solución acuosa de etanol, que contiene un 40% en peso de
componente volátil, se alimenta de forma continua a una columna de
rectificación, al objeto de obtener dos corrientes que contengan 88% y 5% en
peso de etanol.
4.- Se dispone de una columna de rectificación para recuperar el 90% del
etanol contenido en una mezcla acuosa por el tope y el 98% del agua por el
fondo. Si la composición en peso del componente volátil en la alimentación es
del 50%. Determinar la composición molar del tope y fondo.
5.- 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: a.- La cantidad de producto que sale del
secador por semana considerando un horario de trabajo de lunes a viernes con
8 h diarias b.- La cantidad de agua que se debe eliminar por día
6.- Una corriente de 200 kmol/h cuya composición molar de la columna de
alimentación es Isobutileno 0,02, 1-Buteno 0,14, 2-Buteno 0,32 y 0,52 de
metanol, se introduce una columna de absorción para recuperar el 99% del
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL

DE YARACUY “ARÍSTIDES BASTIDAS”

PNF PROCESOS QUÍMICOS

U. C.: PROCESOS QUÍMICOS

EJERCICIOS PROPUESTOS

BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUIMICA

1.- Una solución de hidróxido de sodio al 45 % se mezcla con otra al 60 %. Si la solución final tiene una rata de flujo de 15800 kg/h y una composición de hidróxido de sodio de 57 %. Determine los flujos de alimentación al mezclador. 2.- A un evaporador se alimenta una corriente de 10.000 kg/h de leche cruda a 25 °C, cuyo contenido en agua es del 87%, que se desea concentrar hasta que su contenido en agua sea del 20%. Calcular el caudal de leche concentrada y el caudal de vapor de agua evaporada de la leche. 3.- Una solución acuosa de etanol, que contiene un 40% en peso de componente volátil, se alimenta de forma continua a una columna de rectificación, al objeto de obtener dos corrientes que contengan 88% y 5% en peso de etanol. 4.- Se dispone de una columna de rectificación para recuperar el 90% del etanol contenido en una mezcla acuosa por el tope y el 98% del agua por el fondo. Si la composición en peso del componente volátil en la alimentación es del 50%. Determinar la composición molar del tope y fondo. 5 .- 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: a.- La cantidad de producto que sale del secador por semana considerando un horario de trabajo de lunes a viernes con 8 h diarias b.- La cantidad de agua que se debe eliminar por día 6.- Una corriente de 200 kmol/h cuya composición molar de la columna de alimentación es Isobutileno 0,02, 1-Buteno 0,14, 2-Buteno 0,32 y 0,52 de metanol, se introduce una columna de absorción para recuperar el 99% del

metanol alimentado con agua. Si el agua de proceso enviada a lavador se controla de manera que 5,0 kmol de agua se utilizan para cada kmol 1,0 de metanol. Determine los flujos y composición de todas las corrientes. 7.- En un proceso en el que se produce KNO 3 se alimentan 1000 lb/h de una disolución que contiene 20% en peso de KNO 3. Esta disolución entra a un evaporador el que elimina algo de agua para producir una disolución al 50% de KNO 3. Esta última se introduce a un cristalizador a 38°C en donde se obtienen cristales, con 96% en peso de KNO 3. Las aguas madres salen se reciclan al evaporador. a) La fracción en peso de KNO3 en la corriente de reciclo. b) La cantidad de agua evaporada. c) El flujo másico de la corriente de reciclo d) composición de todas las corrientes. 8 - 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 secador b.- La razon agua retirada/azúcar húmeda alimentada al secador c.- 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? 9 .- A un complejo de torres de destilación se alimentan 12500 kg/h de una mezcla formada por benceno (0,4), tolueno (0,3) y xileno (0,3). El tope de la primera torre sirve de alimentación a la segunda, mientas que la corriente de fondo tiene un 98 % de xileno y 2 % de tolueno y además se recupera el 99 %

12 .- Un industrial que fabrica por primera vez alcohol para gasohol ha tenido ciertos problemas con una columna de destilación. La operación se muestra en la figura anexa. Los técnicos creen que se pierde demasiado alcohol en las colas (desperdicio). Calcule la composición de las colas y la masa de alcohol que se pierde en ellas. 13 .- En una columna de destilación se separa una mezcla de 3 componentes consistente de: 7% de acetona, 61.9% de ácido acético y 31.1% de anhídrido acético. La columna está diseñada de tal manera que la corriente de fondo no contenga acetona y el destilado contenga 10% de acetona y 88% de ácido acético. Si la columna opera de tal manera que el 60% de la corriente de tope retorna como reflujo, calcule todos los flujos suponiendo que las composiciones son molares y se producen 700 mol/h de destilado. 14 .- En el proceso mostrado a continuación se alimentan 1000 mol/h de una mezcla formada por 20% de metano, 20% de etano, 35% de propano y el resto de butano (% molares). Por la corriente de fondo del primer separador sale etano, propano y butano. La corriente que se obtiene como producto del mezclador contiene sólo metano y etano. La corriente de fondo del 2º separador contiene propano y butano; y la corriente intermedia de dicho separador contiene sólo etano y propano. Por la corriente 2 sólo fluye metano. Si el 80% del etano en la alimentación es recuperado en la corriente 7 y la

concentración de propano en la corriente 5 es el 88% (porcentaje en masa), determine todos los flujos y composiciones del proceso. 15. - En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14% en peso de sólidos solubles, se mezcla con azúcar (1,22 Kg Azúcar/1,00 Kg fruta) y pectina (0,0025 Kg pectina/1,00 kg fruta). Considere el azúcar y pectina como sólidos solubles. La mezcla resultante pasa a un evaporador para producir una jalea con 67% en peso de sólido soluble. Calcule, para una alimentación de 1000 Kg/h de fruta macerada, los Kg/h de mezcla obtenida, los Kg/h de agua evaporada y los Kg/h de jalea producida. 16 .- 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 cociente R/D a la salida del condensador.

concentrando el jugo fresco de 12 % a 40 % en peso, sin embargo los componentes volátiles se evaporaban junto con el agua dejando al concentrado sin sabor. Dado lo anterior se optó 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 alimentado b. Calcule la fracción de la alimentación que se desvía del evaporador. 19 .- El disulfuro de carbono, CS 2 , se separa de un gas en una torre de absorción. El gas que contiene 15 % molar de CS 2 y 85 % molar de N 2 , se alimenta a la torre donde se pone en contacto con benceno puro, que absorbe el CS 2 pero no el N 2. El benceno ingresa a la torre en una relación molar 2: 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 CS 2 que se recupera en el proceso b.- Calcule el porcentaje de benceno que se pierde en el producto en forma de vapor 20 .- 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 proceso b. Determine cuántos kilogramos de fresas se necesitan para producir 10 kg de mermelada. 21 .- 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. a.- Dibuje y etiquete un diagrama de flujo de éste proceso b.- ¿Qué flujos de alimentación se requieren para producir 1000 kg/h de producto?