balance d
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Balance de materia y energa
Problemas combinados con recirculacin
Cristalizacin De acuerdo con el siguiente diagrama
calcular el valor de todas las corrientes.
[104 g NaNO3 / 100 g H20]
M1
Cristalizacin
M2[88 g NaNO3 / 100 g H20]
[Cristales de NaNO3]
M3
M2 = 600 kg
Cristalizacin En una cristalizacin se eliminan 2150 kg de
agua, de acuerdo al siguiente diagrama; calcular el valor de todas las corrientes.[35.5 g Ca(C2H3O2)2.2H2O / 100 g H20]
M1
Cristalizacin
M2
[Ca(C2H3O2)2.2H20]
M3
[H20]
Problemas combinados Calcular el valor de todas las corrientes en
kg/h y sus composiciones en % pesoM436% Etanol 64% Agua 62% Etanol 38% Agua
M6
76% Etanol 24% Agua
M1 M3 TDI M5 TDII
55% Etanol 45% Agua
M2
Mezclador
M1 = 1215 kg/h M3 contiene 50.4868% etanol M6 = 0.35M2
M7
12% Etanol 88% Agua
Problemas combinados De acuerdo al diagrama; calcular el valor de las
corrientes que faltan y las composiciones en % peso.M212% KCl 88% Agua
M5=0.76 M432% KCl
M1
I
M3
II
M6
Cristalizador M7
M8
68% Agua
Cristales KCl
Datos: M7 = 1750 kg/h M1 = 24,130 kg/h
M4
Problemas combinados Calcular el valor de todas las corrientes faltantes y las
composiciones de acuerdo al diagrama.10% Glicerina 4% NaCl 86% H2O
M6 M2 Mezclador M3 Decantador M41% Glicerina
95% Butanol 5% Agua
M197% Butanol 3% Agua
M5 TDI
Datos: M1 = 4000 kg/h M2 = 4000 kg/h
1% Butanol H2O NaCl
M7
25% Glicerina 75% Agua
Problemas combinados Calcular el valor de todas las corrientes faltantes y sus
composiciones de acuerdo al siguiente diagrama.M2 M6 = 0.08 M2
14% KNO3 86% H2O
M1
I
M3
Cristalizador
M5
Secador
M7Cristales KNO3
M4 Datos: M1 = 8970 kg/h98% KNO3 2% H2O
Problemas combinados Calcular el valor de todas las corrientes y sus
composiciones en % peso.34% Na2CO3 66% H2O 18% Na2CO3 82% H2O
M4 M2 M3 I M512% Na2CO3
M1Nota:
Mezclador
Cristalizador M7
88% H2O
M6
Se evapora el 60% del agua alimentada Datos: M1 = 1460 kg/h M2 = 3140 kg/h
96% Na2CO3 4% H2O
Problemas combinados Calcular el valor de todas las corrientes y sus
composiciones.M210% Azcar 90% Agua
M5=1.28 M8
M7Aire
M8
Aire Agua
M1
I
M3
II
M6
Secador
M998% azcar 2% agua
Datos y nota:
M4
En el secador se elimina el 7% del agua original. M7 = 3980 kg/h M1 = 18540 kg/h
Problemas combinados De acuerdo al diagrama; calcular el valor de las
corrientes y sus composiciones en % peso.97% Aire 3% ter
M1
M2
60% Metanol Agua
98% Eter
M5
40% ter
M7
2% Agua
TA
M4
TDI
M6
TDII
78% Aire 12% ter 10%Metanol
M8 M3
1% ter 99% Agua
Datos: M1=12,000 kg/h; M2=450 kg/h
Nota: Todas las composiciones estn en % peso.
Problemas mixtos con recirculacin y derivacinM2Nodo
M0
M1
EVI
M3
Cristalizador M4 Solucin
M5 Cristales
Recirculacin
Mo=Alimentacin fresca M1=Alimentacin total M4=Recirculacin
M1>Mo M1>M4
Problemas mixtos con recirculacin y derivacinBGM sistema (Alimentacin fresca) M0=M2+M5 BGM sistema (Alimentacin total) M1=M2+M4+M5 BGM nodo o punto de unin M0+M4=M1
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin De acuerdo al diagrama, calcular el valor de las corrientes y sus
composiciones en % peso.M3=5M67% KCl 93% Agua
M6
M216% KCl 84% Agua
M1
I
M4
II
M7
Cristalizador
M989% KCl 11% agua
M5 M823% KCl
M9=750 kg/h
77% agua
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin De acuerdo al diagrama calcular el valor de las corrientes y sus
composiciones:
M5 M393.2%Benceno 6.3%Tolueno 0.5%Xileno
21%Benceno 61%Tolueno 18%Xileno
54.3%Benceno 26.4%Tolueno 19.3%XIleno
M1
M235%Benceno
TDI
M4
TDII
Benceno
M6=1450 kg/h
M6
33.6%Tolueno Xileno
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin De acuerdo al diagrama calcular el valor de las corrientes y su
composicin en % peso.65%Etanol 32%Agua 3%KCl KCl agua
M6 M7 M4 TD M10 C M8
87%Etanol 13%agua
M2 Mezclador M517%KCl 83%agua
28%Etanol 60%Agua 12%KCl
M1
M3
Condensador
98.7%KCl 1.3%agua
M12
Cristalizador
M11
EV
M9
M7/M8 = 1.4 M5 = 2970 kg/h M6 = 4838.4 kg/h
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin Calcular el valor de todas las corrientes en kg/h y la
composicin en % masa de M1.25% C6H12 35% C6H14 40% C7H14
M3
6% C6H14 94% C6H12
M5
C6H12
M1 M239% C6H14
n5 = 18 kgmol/hNotas: 1) 2) Las composiciones estn en % mol. En el destilado de la torre I se recupera el 85% de C6H12 alimentado al sistema
Mezclador
TDI
M4
TDII
M6 M8
M7
C6H14 C7H14
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin Calcular el valor de las corrientes faltantes y las
composiciones en % peso de M3, M4 y M11.
M1 contiene: 3.6% de NaCl, 14.4% KCl, 82% H2O M2 contiene: 6% de NaCl, 24% de KCl, 70% H2O M9 contiene: 9% NaCl, KCl y H2O M11 contiene: 10% H2O, NaCl y KCl M12 contiene: Aire seco caliente. M9/M10 = 4 M14= 4320 kg/h M12= 720 kg/hProblema 1
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin Calcular el valor de todas las corrientes y sus
composiciones en % peso
La solubilidad en M10 es de 725g de K2SO4/lt H2O M1 = 12,600 kg/h M8 = 1400 kg/hProblema 2
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin Calcular el valor de todas las corrientes y sus
composiciones:M2 M317% NaOH 21% NaOH
M4
M6
M1
Mezclador
M5
EV
M7
Cristalizador
M1=3645 kg/h M8=2565 kg/h La solubilidad de M1 es: 21.95 g NaOH/100 g H2O La solubilidad de M2 es: 18 g NaOH/100g H2O
M8
Cristales NaOH
Problemas mixtos con recirculacin y derivacin Calcular el valor de todas las corrientes y sus
composiciones. M8=8200 kg/h M9=1260 kg/h M11=4163.4 kg/h M14=0.3M8 Notas: La solubilidad en M8 es 60g de NaCl/100 g H2O. M9 contiene 40% NaCl y 60% de H2O En M11 se alimenta aire con 10% de humedad.Problema 3
Procesos unitarios Conceptos bsicos:
Los procesos unitarios, involucran transformaciones de las sustancias en otras distintas con diferentes fines; los clculos empleados en este caso estn basados en la estequiometra de las reacciones qumicas involucradas.
Procesos unitarios El empleo de combustibles, es de amplia aplicacin en
los procesos de transformacin y manufactura; y es en hornos donde se efectan estos procesos unitarios. Conceptos bsicos:
Oxgeno terico: Son los moles o flujo molar de oxgeno necesario para una combustin completa de todo el combustible alimentado al reactor; en donde todo el carbono presente en el combustible se oxida hasta CO2, el hidrgeno molecular hasta H2O y el azufre hasta SO2.
Procesos unitarios Aire terico:
Tiene que ser la cantidad de aire que contiene al oxgeno terico. Es la cantidad en que el aire alimentado al reactor excede al aire terico o al necesario o al neto necesario.
Aire en exceso:
%Aire en exceso=(moles de aire alimentadomoles de aire terico)*100/(moles de aire terico)
Procesos unitarios Si se conoce el exceso porcentual del aire
puede calcularse el oxgeno alimentado multiplicando el oxgeno terico por el exceso fraccionario (en % mol o % peso). Puede entonces calcularse el N2 alimentado como la relacin (79/21), el oxgeno alimentado y el aire total alimentado como la relacin (100/21) por el oxgeno alimentado. Estas relaciones deben estar en % mol o % volmen.
Problema 1:Calcular:El
valor de todas las corrientes PMprom del combustibleLa
composicin de los gases de combustin en base seca y base hmeda. El volumen de los gases de combustin si estos salen a 200C y 780 mmHg Nota: El 10% del etano que reacciona forma CO
CO2, CH4 60% CH4 M 1 40% C2H6 Horno =97% M3 CO, C2H6 H2O, N2, O2, n1=80 kgmol/h
M2 Aire terico
Problema 2:
Calcular: El valor de todas las corrientes. La composicin del combustible en %mol La densidad de los gases de combustin en base seca y base hmeda, si salen a 300C y 820 mmHg. La composicin de los gases de combustin en base seca y base hmeda.
% peso 44.4444% CH4 M1 35.5555 % C2H6
CO2, CH4 Horno =93% M3 C2H6 H2O, N2, O2, n1=50 kgmol/h
M2 Aire con 14% de exceso
Problema 3: Problema 3:
Calcular el valor de todas las corrientes El % de aire en exceso El anlisis de los gases de combustin El volumen de los gases de combustin; si salen a 200C y 840 mmHg El volumen del aire alimentado si este se alimenta a 25C y 585 mmHg La composicin del combustible
Problema 3:n3 (BS) = 100 kgmol/h C2H6 C3H8 H2S 11.8845508% CO2 M1T1=25C P=585 mmHg
HORNO
M3
0.4753830033% SO2 2.067911714 % O2 85.5721562 % N2
Aire
M2T2=25C P=585 mmHg
Problema 4: Problema 4:
Calcular el valor de todas las corrientes La composicin del combustible La composicin de los gases de combustin en BH y BS Eficiencia del horno
Problema 4:% Peso 18.93004115% CO2 C3H6 C4H10 O2 Aire neto necesario M2 9.338482868% H2O M1 HORNO M3 0.0924275434 % O2 8.55721562 % C3H6 0.4467331265% C4H10 71.19231531% N2 n3 = 125 kgmol/h
Problema 5: Calcular:
El valor de todas las corrientes La eficiencia del horno La composicin del combustible Composicin de los gases de combustin en %mol y %peso en BS Volumen del aire alimentado, si entra a 40C y 630 mmHg
5.7963% CO2 0.9425% CO % H2O C2H6 COS H2S Aire 25% en exceso M2 M1 HORNO M3 6.3121% SO2 % C2H6 0.2495% COS % H2S % O2 73.3370% N2 n3 = 120 kgmol/da
Problema 6: Calcular:
El valor de las corrientes. La composicin del combustible. La composicin de los gases de combustin en base seca en % peso. El % de aire en exceso
9.55% CO2 CH4 C3H8 M1 M3 0.9425% CO 13.53% H2O 3.26% O2 M2 73.66% N2
HORNO
Aire
n3 = 160 kgmol/da
Problema 7: Calcular el valor de todas las corrientes, as
como la composicin en % peso y %mol de M5. La reaccin en el horno se lleva a cabo con un grado de conversin del 97%. El aire se alimenta con un 40% en exceso sobre el necesario.
M4
98% NaCl 2% H2O
Aire
M1
Horno M2
M3
M6 Secador
76% NaCl 24% H2O
C2H6 Datos:
M5
CO2 H2O C2H6
M2 = 660 kg/h M6 = 3120 kg/h
O2 N2
Problema 8: Calcular:
El valor de todas las corrientes El % de exceso de aire La composicin en % peso de M3.
H2O
M4
M5
CO2
85%C3H8 15%N2
M1
Quemador M2
M3
M6 Secador
5% O2 95% N2
Aire Datos:
M7 H2O
M4 = 715 kg/h
Problema 9: Calcular el valor todas las corrientes y la
composicin en % peso de M3. La reaccin que se lleva a cabo es la siguiente: C2H4 + O2 C2H4O
M4
C2H4O
C2H4
M1
Reactor = 79% Aire M2
M3
M5 Secador
O2 N2
Datos:
15% exceso
M6 C2H4
M2 = 7896.666667 kg/h
Problema 10: Calcular el valor de todas las corrientes y la
composicin en % peso de M3, M4 y M6. Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes: Reactor I: NH3 + 5/4 O2 Reactor II: 4NO + 2 O2 Columna de absorcin: NO2 + 1/3 H2O
NO + 6/4H2O 4NO2 2/3 HNO3 + 1/3NO
H2O
M5
M6
M1
Reactor I
M3
Reactor II
Columna de absorcin reactiva
Aire terico
M2 M4 M7 = 7560 kg/h M7 Sol. HNO3 45%
Reaccin qumica con recirculacinM2 B M1 A M4 C
Mo
Reactor
M3
Separador
M5
D
M6
A+B
C+D
Reaccin qumica con recirculacin Donde:
Mo = Alimentacin fresca M1 = Alimentacin total M6 = Recirculacin Relaciones: Mo = (/100)*M1 BGM (Nodo) M1 = Mo + M6
(1)
M6 = (1 - /100)*M1 (2)
Reaccin qumica con recirculacin De la ecuacin 1:
M1 = Mo / (/100) De la ecuacin 2:
(1)
M1 = M6 / (1 - /100) Igualando 1 y 2:
(2)
Mo / (/100) = M6 / (1 - /100)
Reaccin qumica con recirculacin BGM (Alimentacin total):
M1 + M2 = M4 + M5 + M6 Siempre se debe cumplir: Alimentacin total > Alimentacin fresca Alimentacin total > Recirculacin
Problema A: Calcular el valor de todas las corrientes y la
composicin en % peso de M4. La reaccin que se lleva a cabo es la siguiente: 4HCl + CO2 CCl4 + 2H2O
Sol. HCl al M 3 36%
M6
CCl4
CO2
M1
M2
Reactor =65%
M4
Separador
M7
H2O
M5 CO2 M1=2420 kg/h
Problema B: Calcular el valor de todas las corrientes, la
composicin en % peso de M5 y el % de agua en exceso. La reaccin que se lleva a cabo es la siguiente: C + 2Cl2 + 2H2O 4HCl + CO2
H2O con exceso
M1
M2
C
M6
Sol. de HCl al 45%
Cl2
M3
M4
Reactor =78%
M5
Separador
M8
CO2
M6 Cl2 M7=7300 kg/h
Problema C: Calcular el valor de todas las corrientes y la
composicin en % peso de M4. La reaccin tiene un grado de conversin del 62% y es la siguiente: 4NH3 + 5 O2 4NO + 6H2O
|Aire M1 M6 NO
NH3
M2
M3
Reactor =62%
M4
Separador
M7
H2O
M5 NH3 M8=10,500 kg/h
M8
O2
10%
N2 90%
Problema D: Calcular el valor de todas las corrientes y la
composicin en % peso de M4 y M8. La reaccin que se lleva a cabo es la siguiente: 4HCl + O2 2Cl2 + 2H2O
Aire con 19% en exceso
M1
M6
Cl2
HCl al 40%
M2
M3
Reactor =56%
M4
Separador
M7
H2O
M5 (Sol. de HCl al 40%) MN2 en M8=3360 kg/h
M8
O2 N2
Problema E:
Calcular el valor de todas las corrientes y la composicin en % peso de M5. Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes. Calcular tambin la eficiencia de cada reaccin. C8H6O3 + 2CO2 + 2H2O 10CO2 + 5H2O
I) II)
C10H10 + 4.5 O2 C10H10 + 12.5 O2
O2
M3
M6
C8H6O3
C10H10
M1
M2
Reactor =56%
M4
Separador
M7
CO2
M4 M8=3600 kg/h C10H10
M8
H2O
Problema F:
Calcular el valor de todas las corrientes, la composicin en % peso de M4 y la eficiencia del reactor. Las reacciones que se lleva a cabo son las siguientes:C2H4O + H2O C2H4O + C2H4(OH)2 C2H4(OH)2 (C2H4OH)2O I=20% II=8%
I) II)
H2O con 25% en exceso
M3
M6
C2H4(OH)2
C2H4O
M1
M2
Reactor =56%
M4
Separador
M7
(C2H4OH)2O
M5 M8=562.5 kg/h C2H4O
M8
H2O
Problema G: Calcular el valor de todas las corrientes y la
composicin en % peso de M5. I) CO + 3H2 I=25% II) CO + H2O CH4 + H2O CO2 + H2 II=14%