Ejercicios De Balances De Materia Con Soluciones

Ejercicios de balances de materia

1. Balance en una unidad de mezcla. Una disolución acuosa, que contiene hidróxido de sodio al
20% en masa, se usa para producir NaOH al 8% por dilución con agua. Determinar: a) la relación
“g H2O/g disolución inicial” y “g disolución producto/g disolución inicial.” b) Determinar el flujo de
disolución inicial y de agua para producir 2310 lb-m/min de ladisolución de NaOH al 8%.
Respuesta: Disolución inicial, F = 924 lb-m/min; Agua, W = 1386 lb-m/min

2. Escalado de un proceso de separación. Una mezcla 60-40 (en moles) de A y B se separa en
dos fracciones según la figura. Se desea alcanzar la misma separación para una corriente de
alimentación de 1250 lb-mol/h. Representa los nuevos valores en el diagrama de separación.

Respuesta: El factor de escaldo es1250/100. Para obtener los nuevos valores de flujo deben de
multiplicarse los valores actuales en la figura por el factor de escalado. Las composiciones de las corrientes
no cambian.

3. Balance de materia a una columna de destilación. Una mezcla que contiene 45% benceno (B)
y 55% de tolueno (T) (porcentajes expresados en masa) se alimenta a una columna de
destilación. El producto de cabezascontiene un 95% de benceno y el 8% del benceno introducido
en la alimentación abandona la columna en el producto de colas. El flujo de alimentación es 2000
kg/h. Determinar el flujo de cabeza y los flujos másicos de benceno y tolueno en el producto de
colas.
Respuesta: Destilado: 871.58 kg/h; Producto de colas (kg/h): 72 de benceno y 1056.42 de tolueno

4. Proceso de destilación con dos unidades. Unamezcla binaria se separa por destilación
mediante dos unidades conectadas en serie. Determinar el flujo y la composición de las
corrientes 1, 2 y 3.

Respuesta: 1) 60 kg/h, wA= 0,233, wB= 0,767. 2) 90 kg/h, wA= 0,256, wB= 0,744. 3) 60 kg/h, wA=0,0.083,
wB= 0,917.

5. Balance de materia en estado no estacionario. Se introduce agua en un tanque de 5 L a un
flujo constante de 4,00 kg/s y se retira a6,00 kg/s. Inicialmente el tanque contiene agua hasta
4/5 de su volumen total. a) Escriba el balance de materia para el agua contenida en el tanque
como una función del tiempo. Identifique cada término del balance de materia y explique porqué
elimina algún término, si lo hace. b) Resuelva el balance de materia para determinar el tiempo
necesario para que el tanque se vacíe completamente.Respuesta: m= cantidad de agua en el tanque en kg. Balance de materia: m(kg)= 4 -2t(s). Tiempo necesario
para vaciar el tanque: 2 s.

6. Balance de materia con reacción química. El Acetonitrilo se puede producir a partir de
propileno, amoníaco y oxígeno. Si la alimentación a un sistema de producción de acetonitrilo
contiene 10% de propileno, 12% de amoníaco y 78% de aire (porcentajes en moles) y laconversión que se alcanza en el reactor es de un 30% referida al reactivo limitante, determine:
a) el reactivo limitante, b) el porcentaje en exceso de los otros reactantes, y c) el flujo molar de
todos los productos gaseosos suponiendo que la alimentación al reactor es de 100 moles.
C3H6 + NH3 + 3/2 O2 → C3H3N + 3 H2O
Respuesta: CO es el reactivo limitante. Exceso de NH3: 20% y de O2: 9,2%. Flujomolar en la corriente de
producto (mol/h): C3H6, 7; NH3, 9; O2, 11,88; N2, 61,62; C3H3N, 3; H2O, 9.

7. La reacción CO(g) + H2O(g) ⇔ CO2(g) + H2(g) es un equilibro que satisface la siguiente ecuación:
yCO2 yH2
= K(T)
yCO yH2O

Donde K(T) es la constante de equilibrio que toma el valor K = 1,00 a T = 1105 K (832ºC).
Suponiendo que la alimentación al reactor es de 1 mol CO y 2 mol H2O, (no hay CO2 ni H2en la
alimentación) y que la mezcla de reacción se deja que alcance el equilibrio a 1105 K, determinar
la composición en el equilibrio y la conversión referida al reactante limitante.
Respuesta: CO es el reactivo limitante. Composición en equilibrio: yCO: 0,111; yH2O: 0,444; yCO2=yH2: 0,222.

8. Rendimiento y selectividad en un reactor de deshidrogenación. Las reacciones C2H6 → C2H4
+ H2 y...