Balance

Problemas Resueltos
Balance de Materia para PROCESO FÍSICO
La figura representa el diagrama de flujo simplificado de la fabricación del azúcar. La caña se
Alimenta a un molino donde se extrae el jarabe por trituración; El bagazo resultante contiene
80% de pulpa. El jarabe (E) que contiene fragmentos finamente divididos de pulpa se
Alimenta a una malla que separa toda la pulpa y produce unjarabe transparente (H) que
Contiene 15% de azúcar y 85% de agua. El evaporador produce un jarabe pesado y en el
Cristalizador se forman 1000 lb/h de cristales de azúcar.

Realizar el balance de materia para todos los equipos en una hora de proceso
Base de cálculos: 1 hora de proceso
1. Balance de materia para el sistema global

Balance de corrientes:
F = D + G + J + L + M
F = D + G + J +L + 1000 LB (1)

Balance de componentes:

AZUCAR: 0,16 F = M + XD
0,16 F = 1000 lb + XD (2)

AGUA: 0,25 F = YD + 0,05 G + J + L (3)

PULPA: 0,59 F = 0,80 D + 0,95 G (4)

Se tienen 4 ecuaciones con 7 incógnitas, por consiguiente no hay solución en el momento.
Ahora se realizan balances de materias por equipos:

2. Balance de materia para el cristalizador: Balance de corrientes:
K = M+ L
K = 1000 lb+ L

Balance de componentes:

AZUCAR:0,40 K = M
0,40 K = 1000 lb
K = 2500 lb/h

AGUA: 0,60 K = L
0,60 (2500 lb) = L
L = 1500 lb/h

3. Balance de materia para el evaporador:
Balance de corrientes:
H = K+ J
H = 2500 lb+ J (5)

Balance de componentes:
AZUCAR:0,15 H = 0,40 K
0,15 H = 0,40 (2500 lb)
H = 6667 lb/h

Reemplazando en (5): J = 4167 lb/h

4. Balancede materia para la malla:
Balance de corrientes:
E = G+ H
E = G+ 6667 lb (6)
Balance de componentes:

AZUCAR:0,13 E = 0,15 H
0,13 E = 0,15 (6667 lb)
E = 7692 lb/h

Reemplazando en (6): G = 1025 lb/h

5. Balance de materia para el molino:

Balance de corrientes:
F = D+ E
F = D+ 7692 lb (7)

Balance de componentes:

AZUCAR:0,16 F = 0,13 E + XD
0,16 F = 0,13 (7692)lb + XD
0,16 F= 1000 + XD (8) = (2)

AGUA: 0,25 F + 0,73 E + YD (9)
las fracciones en D son:
1 = 0,8 + (X + Y)
X + Y = 0,2 (10)

Ahora (10) en (9):
0,25 F = 0,73 (7692 lb) + (0,2 - X) D
0,25 F = 05615 lb + 0,2 D - XD (11)
PULPA: 0,59 F = 0,14 E + 0,80 D
0,59 F = 0,14 (7692 lb) + 0,80 D
0,59 F = 1077 lb + 0,80 D (12)

Resolviendo las ecuaciones: (8), (11) y (12)
F = 24.174 lb/h
D = 16482 lb/h
X=0,17
Y= 0,03 Compruebe los balances de materia de las ecuaciones: (1), (2), (3) y (4)

Balance de Materia para PROCESO QUÍMICO
En la fermentación anaerobia de granos, la levadura Saccharomyces cererisiae digiere
glucosa de origen vegetal para formar los productos etanol y ácido propenoico mediante las
reacciones globales:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 (1)
C6H12O6 2C2H3CO2H + 2H2O (2)
En unproceso por lotes un tanque se carga con 4000 Kg de una disolución de glucosa en
agua al 12%. Durante la fermentación se produce 120 Kg de CO2 y quedan 80 Kg de glucosa
sin reaccionar. ¿ Cuáles son los porcentajes en peso del alcohol etílico y ácido propenóico
que quedan en el caldo? Suponga que los microorganismos no asimilan nada de glucosa.
Base de cálculos: 4000 kg de disolución de glucosa enagua.

Balances de materia de componentes:
GLUCOSA:
Glucosa en A = Glucosa en reacción (1) + Glucosa en reacción (2) + Glucosa en C
0,12 A = C6H12O6 (1) + C6H12O6 (2) + XGC
0,12 (4000 Kg)= C6H12O6 (1) + C6H12O6 (2) + 80 Kg | 1 |
DIOXIDO DE CARBONO CO2
CO2 en B = formado en reacción ( 1 )
B = 120 Kg = 2,73 Kg mol
Con los balances anteriores completando la estequiometría de la reacción ( 1) tanto en
unidades molares como de masa:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
1,36 2,73 2,73 Kg mol
245,5 125,5 120 Kg
Reemplazando en | 1 |
0,12 (4000) Kg = 245,5 + C6H12O6 + 80 Kg
C6H12O6 = 154,5 Kg = 0,86 Kg mol
Ahora se completa la esteqiometría de la reacción (2) con unidades molares y de masa:
C6H12O6 2C2H3CO2H + 2H2O
0,86 1,72 1,72 Kg mol
154,5 123,6 30,9 Kg
AGUA:
Agua en A + Agua...