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Ejercicios resueltos de Balance de Materia y Energía

1. Una disolución acuosa contiene 60% de Na2S2O2 junto con 1% de impurezas solubles. Al enfriarla a l0°C, se separa por cristalización Na2S2O2* 5H2O. La solubilidad de este hidrato es de 1.4 lb de Na2S2O2*5H2O/lb de agua libre. Los cristales que se extraen llevan como disolución adherente 0.06 Ib de disolución/lb de cristales. Los cristalesse secan para eliminar el agua restante (pero no el agua de hidratación). Los cristales secos fínales de Na2S2O2*5H2O no deben contener más de un 0.1% de impurezas. A fin de cumplir con esta especificación, la disolución original se diluye con agua antes de enfriarse. Con base en 100 lb de la disolución original, calcule:
a) La cantidad de agua que se agrega antes de enfriar.
b) Elporcentaje de recuperación de Na2S2O2 en los cristales hidratados secos.

2. Un fabricante tiene un contrato para producir carbón artificial para asar carne con un contenido máximo garantizado de 10% de humedad y 10% de ceniza. El material básico que usan tiene el análisis: humedad 12.4%, material volátil 16.6%, carbono 57.5% y ceniza 13.5%. A fin de satisfacer las especificaciones (en sus límites), elfabricante planea mezclar con el material base una cierta cantidad de coque de petr6leo que tiene el siguiente análisis: material volátil 8.2%, carbono 88.7% y humedad 3.1%. Haga un análisis de grados de libertad. ¿Cuánto coque de petróleo deberá agregar a cada 100 lb/h del material base?

3. Se debe preparar una disolución acuosa que contenga 8.8% de KI y que servirá para grabar oro entarjetas de circuitos impresos. La disolución deseada debe crearse combinando una disolución concentrada (12% de KI y 3% de I2 en H2O) con una diluida (2.5% de KI y 0.625% de I2).
a) ¿Cuál deberá ser el valor de R (la relación entre los pesos de las disoluciones concentrada y diluida) para obtener la disolución de grabado deseada? ¿Cuál será la concentración de I2 en la disolución final?
b) Cabeseñalar que no es posible variar de forma independiente la concentración tanto de KI como de I2 en la mezcla final con sólo variar el valor de R. Deduzca una relación entre la fracción en peso de KI y la fracción en peso de I2 en la mezcla con el fin de ilustrar este punto.

4. En la fabricación de acetato de vinilo se descarga al alcantarillado un poco de ácido acético que no reaccionó, juntocon otros compuestos. Se ha acusado a la compañía de descargar diversos contaminantes en una cantidad superior al límite especificado por la ley. No es posible medir la descarga directamente porque no se han instalado dispositivos para medir el flujo, pero es posible tomar muestras de líquido en diferentes puntos de las tuberías de drenaje y medir la concentración de cloruro de potasio. En unaalcantarilla, la concentración es de 0.105%. Se introduce una disolución de 400 g de KCI en 1 L a una velocidad constante de 1 L por minuto durante un lapso de media hora en una alcantarilla situada 500 pies corriente abajo, y a 1200 pies corrientes abajo se mide una concentración media en estado estacionario de KCI de 0.281%. Haga un análisis de grados de libertad. ¿Cuál es la velocidad de flujo delfluido por el drenaje en kg/min?

5. Considere el siguiente proceso para recuperar NH3 de un flujo gaseoso compuesto por N2 y NH3 (véase la Figura). La corriente de gas fluye en dirección ascendente por el proceso, y puede contener NH3 y H2 pero no disolvente S. La corriente de líquido que fluye en dirección descendente puede contener NH3 y S líquido, pero no H2. La fracción en peso del NH3 enla corriente de gas A que sale del proceso está relacionada con la fracción en peso del NH3 en la corriente líquida B que sale del proceso mediante la siguiente relación empírica: wA,NH3 = 2wB,NH3.
Dados los datos de la figura, calcule las tasas de flujo y las composiciones de las corrientes A y B. ¿Puede resolver el problema si conoce la relación XA,NH3 = 2XB,NH3 (fracciones molares) en...
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