BALANCE DE MASA


Instituto Universitario de Tecnología – Región Capital
“Dr. Federico Rivero Palacio”


TD 5. Balance de Materia sin Reacciones Químicas.
1. Entra agua a un tanque de dos litros a una velocidad de 3,00 g/s y sale a una velocidad de 5,00 g/s. Inicialmente el tanque esta lleno a la mitad de su capacidad.
(a) ¿El proceso es continuo, intermitente o semiintermitente? ¿Se encuentra en unestado transitorio o en régimen permanente?
(b) Escribe un balance de masa para este proceso, donde n(t) es la masa de agua en el tanque al tiempo t.
(c) Resuelve la ecuación de balance para determinar en cuanto tiempo se vacía el tanque.

2. El análisis de una mezcla de gases arroja los siguientes resultados: 12,0% CO2; 6,0% CO; 27,3% CH4; 9,9% H2 y 44,8% N2 (fracciones molares) ¿Cuánto pesarántres moles de este gas?

3. Se mezclan 10 kg de benceno (s= 0,879) y 10 kg de tolueno (s=0,886). Suponiendo que el volumen de la mezcla es igual a la suma de los componentes individuales, calcule para la mezcla final, las siguientes propiedades: (a) fracción molar de benceno; (b) fracción másica del benceno y del tolueno; (c) Peso molecular; (d) relación másica entre tolueno y benceno; (e)relación molar de benceno y tolueno; (f) volumen; (g) densidad; (h) volumen específico; (i) masa de tolueno en 10 mL de la mezcla; (j) flujo volumétrico de la mezcla que daría un flujo molar de 5 mol de benceno por minuto.

4. Una mezcla de benceno y tolueno contiene 50% en masa de benceno. Una porción de la mezcla se vaporiza para dar un vapor que contiene 85,0% de benceno y un líquido residual quecontiene 10,6% en masa de benceno.
(a) Supongamos que el proceso es continuo y en régimen permanente, y que la velocidad de alimentación de la mezcla es de 100,0 Kg/h. Sean Qv(Kg/h) y Ql(Kg/h) las velocidades de flujo de productos en el vapor y en el líquido. Dibuja y etiqueta un diagrama de flujo del proceso, después escribe y resuelve los balances diferenciales de masa total y de benceno, demanera que determines Qv y Ql.
(b) Ahora supongamos que el proceso se lleva a cabo en un recipiente cerrado que contiene inicialmente 100,0 Kg de mezcla líquida. Sean Qv y Ql las masas finales de las fases gaseosa y líquida. Dibuja y etiqueta un diagrama de flujo, después escribe y resuelve el balance integral de masa total y el de benceno y determina así Qv y Ql.

5. Dibuja y etiqueta los flujosindicados y encuentra las expresiones para las cantidades indicadas en términos de las variables etiquetadas.
(a) Un flujo continuo contiene 40% en mol de benceno y el resto de tolueno. Encuentra las expresiones para las velocidades de flujo molar y másico en términos de la velocidad de flujo molar total Q(mol/s) del flujo.
(b) La alimentación de un proceso intermitente contiene cantidadesequimolares de hidrógeno y oxígeno. Encuentra una expresión para los kilogramos de oxígeno en términos de los moles totales Q(mol) de este flujo.
(c) La velocidad de flujo másico de un flujo que contiene hidrógeno, etileno y nitrógeno es 100Kg/min. Encuentra una expresión para la velocidad de flujo másico de H2(g/h) en término de las fracciones en masa de esta especie, xH

6. Supongamos una columnade destilación que opera como se muestra en el siguiente diagrama de flujo










(a) ¿Cuántos balances independientes se pueden escribir para este sistema?
(b) Supongamos que se proporcionan los valores de Q1 y x1. Establece una serie de ecuaciones, cada una con una incógnita, para las variables restantes. (Una vez que se ha calculado una variable en una de las ecuaciones, debeaparecer en las demás ecuaciones sin que se le cuente como una incógnita).

7. A continuación se muestra un diagrama de flujo etiquetado para un proceso de extracción en el que se transfiere un soluto (A) de un solvente (S) a otro disolvente (T), en el que es más soluble.











(a) ¿Cuál es el máximo número de balances de materia independientes que pueden escribirse para este...