UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA Nombre: Vanessa Nicole González Aguilar Curso: 4-3 Materia: Balance de Materia PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR BALANCE DE MATERIA 1) Leer el problema 2) Diagrama de proceso 3) Colocar la información 4) Balance General 5) Balances parciales EJERCICIOS SIN REACCIÓN QUÍMICA 1) En el tratamiento primario de agua residual esta se hace pasar por un sedimentador para eliminar los sólidos en suspensión. El proceso trabaja en forma continua y en régimen estacionario. A partir de los datos que alimentación 1000 Kg/h de agua con 1% de sólido y sale parte superior 0,05% sólidos y 99,5% parte inferior determinar las velocidades másicas de los de salida. 1000 kg/h A % sólido=1% % agua=99% Balance General A =B+C 1000=C+D Balance Parcial Agua Destiladora B (kg/h) % sólido=0.05% % agua=99.5% C (kg/h) % sólido=99.5% % agua=0.05% (1000)(0.99)=(0.995 B)+ (0.0005C) 990=(0.995 B)+ (0.0005C) Sólido 1000(0.01)= (0.0005B)+(0.995C) 10= (0.0005B)+(0.995C) Resolución 990=(0.995 B)+ (0.0005C) 10= (0.0005B)+(0.995C) -0.45= -4.975*10-5 B + (-2.5*10-7 ) C 9.95= 4.975*10-5 B + (1) C 9.50 =/// C= 0.999 C 9 .50 =9 .51 kg /h 0. 99 B=A-C B= 1000-9.51 B= 990.49 kg/h Con agua Agua= (990.49)(0.995)+(9.51)(0.0005) Agua= 985.54 kg/h Con sólido Sólido= (990.49)(0.0005)+(9.51)(0.995) Sólido= 9.95 kg/h 2) Puede recuperarse acetona de un gas portador, disolviéndola con agua en una corriente de agua pura en una unidad llamada absorción. Realizaremos un diagrama de 200 lb/h de Alimentación con 20% de acetona se agrega 1000 lb/h de agua pura. Supóngase que el gas portador no se mezcla con el agua. Calcule todas las variables de corriente desconocida Gas X lb/h ¿ B D Agua 1000 lb/h Absorbedor Balance General 80% Gas A 20% de Acetona 200 + 1000=C+D 200 lb/h A + B= C+D 1200=C+D Balance Parcial Acetona (0.20)(200)=(y1) (Y) 40=Y*y1 Agua 1000= Y(y2) 1000= Y(1- y1) Gas (0.8)(200)=X Resolución X= 160 lb/h X=D C Solución AcetonaAgua (Y lb/h) % acetona=y1 % de agua=y2 y1+ y2=1 D=160 lb/h 1200-D=C C=1040 lb/h C=Y 40=1040* y1 y1= 0.003846 y1= 3.85% de acetona y2= 1- y1 y2= 0.9615 y2= 96.15% de agua 3) Se puede extraer una pasta de proteína vegetal libre de aceite a partir de la semilla de algodón, usando hexano el aceite de semillas limpias. Teniendo una alimentación (material celulósico 14%, pasta 37% y aceite 49%). Por cada 3lb hexano hay 1 lb semilla, base de cálculo 1000 lb de semilla Hexano (R lb) ¿ D Pasta (T lb) ¿ A Extractora Semillas crudas B (1000 lb) % MC=14% % Pasta=37% %Aceite=49% Razón A =3 B R=(1000)/(3) A= 333.33 lb C Material Celulósico (Z lb) E Extracto de Aceite (X lb) % de aceite=x1 % de hexano=x2 (x1+x2=1) Balance General A + B= C+D+E 333.33 + 1000=C+D+E 1333.33=C+D+E Balance Parcial Material Celulósico 0.14(333.33)= Z Z=C C= 46.67 lb Pasta (0.37) (333.33)=T T=D D= 123.33 lb Aceite (0.49)(333.33)=X*x1 163.33=X* x1 Resolución E= A+B-C-D E= 1163.33 lb x1=(163.33/1163.33) x1=0.14 x1=14% de extracto de aceite x2=1- x1 x2= 0.86 x2= 86% de hexano 4) 1500 kg/h de una mezcla B y T contienen 55% B por alimentación se separan por destilación en 2 fracciones. La velocidad del flujo masico del benceno en la parte superior es 800 kg/h más una cantidad y por la parte inferior tolueno 600 kg/h más una pequeña cantidad. Mezcla de benceno y tolueno A 1500 lb/h % benceno=55% % tolueno=(100-55)% %Aceite=49% Balance General A = B+T 1500=B+T Balance Parcial Benceno 0.55(1500)= 800+x1 x1= 25 lb/h B= 825 lb/h Tolueno (0.45) (1500)=600+ x2 x2= 75 lb/h T= 675 lb/h Destiladora B Benceno (800+x1) lb/h ¿ T Tolueno (600+x2) lb/h ¿ 5) ¿Qué caudal masico de zumo de fruta de 10%brix debe alimentarse a un evaporador para producir 10000 kg/h de zumo de 65% brix? B Vapor de agua (Y kg/h) Zumo de fruto A Balance General (X kg/h) % de brix=10% A = B+C A=B+10000 Balance Parcial Brix 0.10X= 10000(0.65) X= 65000 kg/h X=A A= 65000 kg/h Resolución B= A-C B= 65000-10000 B= 55000 kg/h Evaporador C Zumo de fruto (10000 kg/h) % de brix=65% 6) Una torre de destilación se alimenta Benceno(B), Tolueno(T) y Xileno(X) con una composición molar de 50, 30 y 20%, respectivamente; en la corriente de tope la relación entre las fracciones molares de benceno y tolueno es 0,74. Mientras que en la corriente de fondo la relación entre el tolueno y el xileno es 0,81. Para una alimentación 100kg y una relación fondo vapor de 0,97, calcule: a) Flujo molar de las corrientes de tope y fondo. b) Fracciones molares en todas las corrientes. 51,28 kg/h // 0,74 Bb/ Tb 1= T+ B + X B Te= 0.44 n C/B= 0,95 Bb= 0,3256 n 100kg/h A 50% B Xb = 0,2344 n// Destiladora 30% T 20% X 48,72 kg/h// C 0,81 Tc/ Xc Tc= 0,14 n Xc=0,14/0,81=0,17 n Be=1-0,14-0,17=0,69 n// BG= A= B+C C= 0,95 B 100=0,95 B+B B= 100/1,95 = 51,28 kg/h// C= 0,95 (51,2g) C= 48,72 kg/h// BP= Benceno (B) = 100 (0,5) = 0,74 Tb (51,28) +48,72 (1+Tc-Tc/0,91) Tolueno (T) = 100 (0,3) = 51,28 Tb +48,72 Tc 50= 37,95 TB +48,72 -48,72 Tc -60,15 Tc 1,28= 37,95 TB +48,72 -48,72 Tc TB= 0,44 n// 30= 51,28TB +48,72 Tc 1,28= 37,95 (30-48,72 Tc / 51,28) – 108,27 Tc 65,64= 1138,5-1848,92 Tc-5552,0856 Tc -1072,86= -7401,0056 Tc Tc= 0,14 n// 7) Una planta química destila 10.000 kg/h de una solución al 20% de acetona en agua. Se pierden 50 kg de acetona pura en el residuo acuoso. La acetona destilada contiene 90% de acetona pura y 10% de agua. Calcular las velocidades de flujo másicas del destilado y del residuo. B 90% acetona 10% agua A 20% Acetona 80% H2O Destiladora 10.000kg/h C 50kg de acetona H2O Balance general A= B + C 10.000 = B+ C Balance de masa. BP ACETONA BP AGUA 10.0000*0.20 = B * 0.90 + 50 B= 10000∗0.20−50 0.90 10.000 * 0.80 = B * 0.10 + C -50 C = ((10000 * 0.80) – (2167 * 0.10)) + 50 B = 2167 kg/h C = 7833 kg/h 8) Una columna de destilación separa 10.000 kg/h de una mezcla constituida por 50% de benceno y 50% de tolueno. El producto D recuperado del condensador contiene 95 % de benceno, y el residuo W que sale por la parte inferior de la columna contiene 96 % de tolueno. El flujo de vapor V proveniente de la columna entra en el condensador a razón de 8000 kg/h. Una porción del producto del condensador se devuelve a la columna como reflujo y el resto se extrae para usarse en otro sitio. Suponga que las composiciones del flujo en la parte superior de la columna (V), del producto extraído (D) y del reflujo (R) son idénticas, porque el flujo V se condensa completamente. Calcule el cociente entre la cantidad de reflujo R y el producto extraído (D Base de cálculo: F = 10.000 kg/h Balance de masa global (BMG): F=D+W 10000 = D + W Balance de masa particular (BMP) para el benceno: F * XF = D * XD + W * XW 10000 * 0,50 = D * 0,95 + W * 0,04 Resolviendo el sistema de ecuaciones formado anteriormente se obtiene: W = 4950 kg/h D = 5050 kg/h Tomando en cuenta como sistema el encerrado, se plantean las siguientes ecuaciones: BMG: V=R+D 8000 = R + 5050 R = 2950 kg/h Ahora se puede calcular la relación de R/D, y poder obtener la resolución del problema: R 2950 = =0,58 D 5050
