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INGENIERO TÉCNICO INDUSTRIAL esp. QUÍMICA INDUSTRIAL

Operaciones Básicas

Hoja 3. Balances de Materia


1.- Un quemador de gases utiliza propano industrial de la siguiente composición porcentual en volumen: 75% C3H8, 22% C4H10, 1% CH4, 2% CO2. La combustión se lleva a cabo con un exceso de aire del 25% y se supone completa. Determínese:
a) La composición de los gases de combustión enbase seca y húmeda y la cantidad de aire empleada por cada 1.000 m3 (c.n.) de gas combustible.
b) ¿Cuál sería la composición de los gases de combustión, en base seca, si se utilizase en la misma oxígeno puro y en la proporción estequiométrica?

Sol.: a) Base Húmeda: O2: 3,9%; CO2: 9,6%; H2O: 12,5%; N2: 74,0%
Base Seca: O2: 4,5%; CO2: 10,9%; N2: 84,6%
b) Base Húmeda:CO2: 43,4%; H2O: 56,6%; Base Seca: CO2: 100%

2.- Una instalación industrial produce óxido de etileno por oxidación catalítica de etileno con aire. La conversión del etileno es sólo parcial y además parte del mismo se quema. La corriente de salida del reactor se trata por absorción para separar el óxido de etileno, siendo la composición de los gases que abandonan la torre de absorción (en volumeny en base seca) la siguiente: 6,4% de C2H4; 9,6% de CO2; 3% de O2 y 81% de N2.
Determínese: a) Conversión porcentual de etileno; b) Relación entre los caudales de etileno y aire alimentados al reactor; c) Exceso de aire empleado.

Sol.: a) 42,3%; b) 0,19 kmoles C2H4 /kmol aire; c) 121% exceso O2

3.- Una planta de producción de ácido sulfúrico por el método de contacto emplea azufrecomo materia prima, que quema con aire. Los gases resultantes se alimentan a un convertidor catalítico de dos etapas para la oxidación del SO2 a SO3. A la salida de la primera etapa los gases contienen un 2,2% de SO2 en volumen y tras la segunda etapa presentan un 0,1% de SO2 y un 9,3% de O2.
Determínese: a) La conversión porcentual de SO2 en cada etapa; b) El exceso de aire empleado en lacombustión del azufre.
Sol.: a) Conversión: 1ª Etapa: 73,5%; 2ª Etapa: 25,4%; b) 160,5% exceso
4.- Una disolución con un 14,9% de Na2CO3 y 0,6% de NaOH se caustifica por adición de una cal comercial parcialmente apagada a la que acompaña CaCO3 como impureza. La lejía caustificada arroja el siguiente análisis: 10,4 % de NaOH; 13,5% de CaCO3; 0,6% de Na2CO3; 0,3% de Ca(OH)2.
Determínese: a) Cantidad decal empleada por cada 100 kg de disolución cáustica final; b) Composición de la cal empleada; c) Reactivo en exceso y en qué proporción; d) Rendimiento de la caustificación.

Sol.: a) 8,5 kg cal/100 kg lejía caustificada; b) CaO: 77%; Ca(OH)2: 8,8%; CaCO3: 14,2%
c) Na2CO3: 1,6% exceso; d) Rto.: 97%

5.- En un proceso que trabaja en estado estacionario se recupera cromato de potasiocristalino (K2CrO4) de una solución acuosa de esta sal. El caudal de disolución a tratar es de 4500 kg/h y contiene un tercio en masa de K2CrO4. El proceso consta de una etapa previa de evaporación de la que se obtiene una disolución concentrada que contiene 49,4% de K2CrO4. Esta disolución se alimenta a un cristalizador en el cual se enfría (haciendo que los cristales de K2CrO4 se separen de lasolución) y después se filtra. La torta de filtración consta de cristales de K2CrO4 y una solución que contiene 36,4 % de K2CrO4 por masa; los cristales constituyen el 95% de la masa total de la torta de filtración. La solución que atraviesa el filtro, que también contiene 36,4% de K2CrO4, se recircula al evaporador. Calcular el caudal de agua evaporada, el caudal de producción de K2CrO4 cristalino yel caudal de recirculación.
Sol.: H2O: 2973 kg/h; K2CrO4 cristalino: 76,3 kg/h; R: 5752 kg/h

6.- El reactor de una planta de producción de óxido de etileno al que se alimenta una mezcla de etileno y aire en la que la proporción del primero es del 5% en volumen, opera con una conversión del 25%. Con el fín de mejorar el rendimiento se introduce una modificación consistente en...