“INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA” TUTORÍA GRUPAL 1. Tema 2.Balances de materia. Fundamentos. PROBLEMA 1 A continuación, se muestra el diagrama de flujo de un proceso en régimen estacionario para la recuperación de cromato de potasio cristalino a partir de una disolución acuosa de esta sal. H2O 4500 kg/h 33.3 % K2CrO4 Evaporador 49.4 % de K2CrO4 Cristalizador y filtro Torta K2CrO4 (cristales) 95% Disoluc. 36.36% de K2CrO4 5% Filtrado Disoluc. 36.36% de K2CrO4 Se combinan cuatro mil quinientos kilogramos por hora de una disolución que contiene 1/3 de K2CrO4 en masa y un flujo de recirculación que contiene 36.36% de K2CrO4 en masa; el flujo combinado alimenta un evaporador. EI flujo concentrado que sale del evaporador contiene 49.4% de K2CrO4 en masa; este flujo alimenta un cristalizador, en donde se enfría (produciendo la precipitación de cristales de K2CrO4 a partir de la disolución) y después se filtra. La torta que queda retenida en el filtro consiste en cristales de K2CrO4 mojados por una disolución saturada que contiene 36.36% en masa de K2CrO4; los cristales representan el 95% de la masa total de la torta. La disolución que pasa a través del filtro (filtrado), que contiene también 36.36% en masa de K2CrO4, es el flujo de recirculación. Calcula el caudal del agua extraída en el evaporador (en kg/h), la velocidad de producción de cristales de K2CrO4 (en kg/h), el cociente (kg de flujo hecho recircular) / (kg de alimentación fresca) y las velocidades de alimentación con las que deben diseñarse el evaporador y el cristalizador (en kg/h). PROBLEMA 2 Una corriente de alimentación fresca (A) de 100 mol/h está formada por una mezcla de dos componentes: metanol (CH3OH) y agua. La fracción molar de metanol de esa corriente es del 40%. Esa corriente A se mezcla con otra corriente de recirculación (R) para formar una corriente que denominaremos B. La corriente B entra en una columna de destilación de la que resultan 2 corrientes: el vapor rico en metanol y el líquido rico en agua. La corriente de vapor V posee un caudal de 25 mol/h y una fracción de metanol del 91% en peso. Parte de la corriente líquida L se recircula (es la corriente R antes mencionada). La parte de líquido que no se recircula la denominaremos M. Se sabe que R es el 10% de la corriente líquida que sale del destilador (L). “INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA” TUTORÍA GRUPAL 1. Tema 2.Balances de materia. Fundamentos. a) Dibuja el diagrama de flujo del proceso b) Calcula el caudal de líquido (M) a la salida del proceso y su composición. c) Calcula el caudal de recirculación y su composición. d) Calcula el caudal y la composición de la corriente que alimenta el destilador Datos: Pesos atómicos: C = 12; O = 16; H = 1 PROBLEMA 3 Una columna de absorción de SO2 se diseña para reducir el contenido de SO2 de una corriente gaseosa formada por nitrógeno y SO2. La corriente gaseosa de entrada contiene un 60% molar de SO2. La corriente gaseosa de salida contiene un 30% molar de SO2. Para absorber el de SO2 se usa agua líquida con un 5% en peso de SO2. La corriente líquida acuosa sale de la columna con un 20% en peso de SO2. Se emplean 1000 kg/h de disolución acuosa al 5% a la entrada del absorbedor. La corriente acuosa de salida se divide en dos corrientes: una de ellas es producto de salida del sistema, la otra se lleva a un mezclador donde se mezcla con otra corriente de agua pura para que a la salida del mezclador tengamos la corriente de entrada a la columna del absorbedor, es decir, hay una corriente de recirculación. Tener en cuenta que el nitrógeno no se disuelve en la corriente líquida y que el agua no se transfiere a la fase gaseosa. Responde a: a) Dibuja el diagrama de flujo del proceso b) ¿Con qué caudal de agua deberá diluirse el agua de recirculación para obtener los 1000 kg/h de la disolución requerida al 5% de SO2? c) ¿Qué caudal de gas en kg/h se alimenta? d) ¿Qué caudal de gas en kmol/h se alimenta? Datos: Pesos atómicos: S= 32; O= 16; N=14
