Ejercicios de Balance de Materia y Energía

EJERCICIOS RESUELTOS EN CLASE
Problema 1: El análisis de cierto coque exento de hidrógeno es como sigue: humedad, 4.2%;
cenizas, 10.3%; carbono 85.5%. El coque se somete a la combustión con lo cual se obtiene un gas
de chimenea seco cuyo análisis es: CO2, 13.6%; CO, 1.5%; O2, 6.5%; N2, 78.4%.
Calcular:
(a) Porcentaje de exceso de aire utilizado.
(b) Pies cúbicos de aire a 80 ºF y 740 mm deHg que entran por libra de carbono quemada.
(c) Lo mismo que en (b) pero por libra de coque quemada.
(d) Pies cúbicos de gas de chimenea seco a 690 ºF / lb de coque.
(e) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo a las condiciones estándar/lb de coque.

Solución
(a)
coque
humedad (H2O)
cenizas
carbono ( C)

%

gases de combustión
CO2
CO
O2
N2

4,2%
10,3%
85,5%
100%

%
13,6%1,5%
6,5%
78,4%
100%
gases combustión

coque

Base calculo

CO2
CO
O2
N2

100 moles gases combustión
moles
13,6
1,5
6,5
78,4

PM
44
28
32
28

www.quimicabasica.cl/tema_13.pdf

=n*PM (lb)
598,4
42
208
2195,2

masa C
163,2
18

C + O2 -->

libras

carbono ( C)
coque
cenizas
humedad (H2O)

O2 (H2O) -->

C
12
181,2

%
85,5%
100,0%
10,3%
4,2%H2O
18
8,9

O2
32
X

483,2 libras O2 en combustión

masa (lb)
181,2
211,93
21,8
8,9

O2
16,0
X

7,9 libras O2 (H2O)
libras O2 en exceso = 475,3

181,2 libras C

(b)

3

V = ? (pies )
T = 80 ºF
P = 740 mm Hg
3
R = 0.7302 atm x pies / mol lb x ºR

Para usar la ecuación de los gases ideales solamente nos faltaría conocer el número de moles del
aire / lb decarbono.
libras de O2 = O2 (combustión – O2 agua) = 635.2 libras
Luego
181.2 lb de C
1.0 lb de C

→
→

635.2 lb de O2
x

x = 3.51 lb de O2

→

n(O2) = 0.109

los moles de O2 que entran / lb de carbono quemado.
V = 210 pies

3

(c) W total de coque = 211.93 lb
211.93 lb de coque
1.0 lb de coque
α = 2.997 lb O2 →

→
→

n(O2) = 0.094

V = 181.424 pies

(d)

100 moles degas chimenea seco
θ

635.2 lb de O2
α

3

→
→

211.93 lb de coque
1.0 lb de coque

θ = 0.472 moles de gas de chimenea seco
PV = nRT
V = 407.065 pies

(e)

100.494 moles de gas chimenea húmedo
ρ

3

→
→

ρ = 0.474 moles gas chimenea húmedo
PV = nRT
V = 0.224 pies

3

211.93 lb de coque
1.0 lb de coque

Problema 2: Un evaporador se carga con una solución deNaCl al 25%. Se van a producir 14 670
lb de sal seca por hora. La sal formada retiene 20%, con respecto a su peso, de la salmuera
(26.9% de la sal). ¿Cuántas libras de solución se cargan al evaporador por cada hora?
Agua

NaCl 25%

Sal seca 14670 libras
Salmuera 20% (26.9%)

Solución
Balance de NaCl
NaCl seco = 14670 libras
NaCl salmuera = 0.2*0.269*14670 = 789.25 libras
0.25 F = 14670+ 789.25

F = 61836.9 lb

→

Problema 3: Si se disuelven 100 g de Na2SO4 en 200 g de H2O y la solución se enfría hasta
obtener 100 g de Na2SO4.10H2O encontrar:
a) Composición de la solución residual (“licor madre”)
b) gramos de cristales que se recuperan por 100 g iniciales de la solución.
H2O

Na2SO4

Licor madre

Na2SO4 x 10H2O

Solución
Datos
masa (H2O) = 200 g
masa(Na2SO4) = 100 g
masa (Na2SO4.10H2O) = 100 g
PM (Na2SO4.10H2O) = 322 g/mol
PM (Na2SO4) = 142 g/mol
322 g de Na2SO4.10H2O
100 g de Na2SO4.10H2O

→
→

142 g de Na2SO4
x

x = 44.09 g de Na2SO4
Se han utilizado 44.09 g de Na2SO4 los cuales pasan al estado sólido, entonces queda en la
solución 100 – 44.09 = 55.91 g de Na2SO4
Igualmente procedemos para el H2O:
322 g de Na2SO4.10H2O
100 g deNa2SO4.10H2O

→
→

180 g de H2O
y

y = 55.9 g de H2O que pasan a la sal

masa (H2O)solución = 200 – 55.9 = 144.1 g

→

masatotal = 55.91 + 144.1 = 200.01g

Composición de la solución residual
Al inicio la fracción en peso viene dada por:
%p/p = 55.91/ 200.01 = 27.8%

Para un peso inicial de 100 g
masa (Na2SO4) = 0.3333 x 100 = 33.33 g
masa (H2O)
= 0.6667 x 100 = 66.67 g...