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Balance de materia y energía

BALANCES DE MASA Y ENERGÍA
Ingeniería Química
BALANCES DE MASA Y ENERGÍA.
ESTADO ESTACIONARIO
Sistemas sin reacciones químicas
Balances de masa
1. Un fabricante de licores tiene un gran número dificultades en su columna de
destilación. La operación se muestra en el diagrama. Ha encontrado que pierde
demasiado alcohol por el producto de fondos (desperdicio).
a.Analizar los grados de libertad del sistema.
b. Calcular la composición de fondos para dicho fabricante. El peso de destilado
es 1/10 del de la alimentación
D

R =b) 4.45% etanol; 95.5% agua

Etanol: 10%

Etanol: 60%

A

R

2. 100 Kg de combustible sólido se queman con aire en una estufa. Los productos
analizados se resumen en el diagrama de flujo.
a) Comprobar los resultados con un balance de masatotal.
b) Calcular la relación: Kg SO2 producidos/Kg de combustible alimentado.

Balance de materia y energía
c) Suponiendo que queremos alimentar 1000 lb/h, encontrar el factor de escala y
efectuar el diagrama de flujo del proceso en la nueva escala.
R=

b) 0,036 Kg SO2 /Kg comb; c) (10 lb/h)/Kg
100 Kg combustible
0.5 Kmol agua

7.35 Kmol CO2
0.0562 Kmol SO2
0.5
Kmol H2O
7.6
Kmol O2
56.4
Kmol N2Estufa

71.5 Kmol aire
10 Kg cenizas

3. Situación A. El dióxido de titanio,TiO2, es un pigmento blanco opaco que se fabrica
en grandes volúmenes y se utiliza mucho en las industrias del papel y de las
pinturas. En una nueva planta de pigmentos, cuya capacidad es de 4000 lb/h de
producto TiO2 seco, se desea purificar de sal una corriente intermedia que consiste
de un precipitado de TiO2 suspendidoen una solución acuosa de sal, de manera que
el producto final, en base libre de agua, contenga no más de 100 partes por millón
(ppm) de sal (1ppm = fracción masa de 10-6 ). La eliminación de la sal se logrará
lavando el precipitado con agua. Si la corriente cruda de pigmento contiene 40% de
TiO2, 20% de sal y el resto de agua (todos los porcentajes en masa), y si se espera
que el pigmento lavadoconsista de aproximadamente 50% de sólidos de TiO2.
¿cuál será la composición de la corriente de desperdicios de agua de lavado?
Resuelva considerando que se utilizará agua de lavado en una proporción de 6 lb de
agua /lb de alimentación. La respuesta a esta pregunta es de gran importancia si se va a
descargar esta agua de desperdicios a un río cercano.
R:

w = 0,0323
Agua de lavado

Pigmento crudoTiO2
sal
H2O

unidad de lavado

Agua de desperdicios
sal
H2O

Producto de lavado
TiO2
sal
H 2O

Situación B. Una vez terminado el diseño del sistema de lavado, basado en los
cálculos efectuados en el problema anterior, el ingeniero presenta su proyecto a las
autoridades locales, solicitando su aprobación para utilizar 60000 lb/h de agua de río, y
descargar una corriente de 62000 lb/h de agua quecontendrá 3,23% de sal. Las
autoridades niegan el permiso, debido a que esa descarga afectaría significativamente

1

Balance de materia y energía
la potabilidad del agua de río corriente abajo, (límite aceptable para consumo humano
de 0,02%). Las autoridades argumentan que el máximo permisible corresponde a una
descarga de 30000 lb/h, con un contenido de sal de 0,5%. Reconociendo que debió
haberprevisto el problema de contaminación, el ingeniero regresa a su diagrama del
sistema y anota la nueva información, como lo muestra la figura. Como sigue siendo
indispensable cumplir con las especificaciones del producto, que corresponden a una
composición de sal en base seca de 0,01% y una producción de 4000 lb/h en base seca.
Cómo queda especificado el problema? Tiene solución?

F2

2
F1
wTiO21=0.4
wsal1= 0.2

1

Unidad de lavado

3

4

F4= 30 000 lb/h
wsal4= 0.005
F3
wTiO23=0.5
wsal3

4. Se dispone de ácido sobrante de un proceso de nitración cuya composición es 23 %
de ácido nítrico, 57% de ácido sulfúrico y 20% de agua.
a) Si mezclamos 500 Kg/h de ácido sobrante con 300 Kg/h de ácido sulfúrico
concentrado (93% de sulfúrico, 7% de agua), calcule el caudal y la composición de la...