Guía2 - PRQ500 - 1P

 

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA 

INGENIERÍA QUÍMICA, AMBIENTAL, ALIMENTOS Y PETROQUÍMICA BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA – PRQ500 

DOCENTE: ING. MIGUEL VELASQUEZ  AUXILIAR: UNIV. PAMELA ESPINAL P.  PRIMER PARCIAL

BALANCE DE MATERIA SIN REACCIÓN QUÍMICA 1.  Un secador admite madera mojada (20,1% agua) y reduce el contenido de agua al 8,6%. Se quiere determinar los kg de agua eliminados por kg de madera que ingresa en el proceso.

SOLUCIÓN Planteamos el esquema del proceso, con los datos que tenemos:

H2O Madera mojada

8,6% H2O madera  

SECADOR

20,1% H2O madera Damos nombre a los flujos y componentes: F3  100

H2O (A) 

F1 

Madera mojada 20,1% H2O (A)  79,9 madera (B) (B)    BASE DE CÁLCULO: F1 = 100 kg  Balance global: Balance Parcial para A: Balance Parcial para B: Trabajamos en (3):

Resolviendo:

F2 

SECADOR

 =  +  

8,6% H2O (A) 91,4 madera (B)   

(1) 

 =  +    =  

(2)  (3) 

100∙0,799=   = 79 79,9,9    1

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Con la ecuación de porcentaje:

%⁄ =  ∙100%  91,4%= 79,9  ∙100%   =87,42  =  

Trabajamos en (1):

100=87,42+   = , ,     

La relación de agua eliminada sobre madera que ingresa:

 = 12,58       100     RESPUESTA

  ]  , [    

2.  Un método para determinar el flujo de una corriente de proceso en flujo turbulento, consiste en inyectar cantidades pequeñas y medibles de algún fluido que se disperse con facilidad, para luego medir la concentración de este fluido en una muestra de la corriente mezclada, obtenida en algún punto adecuado corriente abajo. A una corriente que contiene 95% mol de butano y 5% mol de O2, se le inyectan 16,3 mol/h de O 2. La muestra corriente abajo contiene 10% mol de O2. Calcular el flujo másico de la corriente del proceso. SOLUCIÓN Planteamos el esquema del proceso, con los datos que tenemos:

16,3 mol/h O2 

95% C4H10 5% O2 

C4H10 10% O2 

Damos nombre a los flujos y componentes: 

F2 

16,3 mol/h  mol/h O2 (B)  F1 

F3 

95% C4H10 (A)  5%  O2 (B)  5%

90

C4H10 (A)  10% O 2 (B) 

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Balance global: Balance Parcial para A:

 +  =  

(1) 

 =  

(2) 

Balance Parcial para B:   Trabajamos en (2) y (3):

 +  =   (3)  ∙0,95= ∙0,9   ∙0,05+16,3= ∙0,1 

Resolviendo el sistema de ecuaciones:

 = , ,  / /   =309,7 /ℎ 

Convertimos el flujo molar a flujo másico:

̅ =  +   ̅̅ =0,95∙58+0,05∙32   = 56,7 / /   Usamos la ecuación del número de moles:

Para la corriente del proceso: pr oceso: Sus unidades: Reemplazamos datos:

RESPUESTA

 =    =  ∙   ′ =  ∙̅1 

′ ̅    /ℎ /ℎ = /ℎ /ℎ ∙ 1/ ′ =293,4∙56,7  ′ = 16635, 16635,78 78 /ℎ /ℎ  ′ = 16,63 63 / /ℎℎ 

,  / /   ′ = , 3.  Las fresas contienen alrededor de 15% de sólidos y 85% de agua. Para preparar mermelada de fresa, se mezclan las fresas trituradas con azúcar en una relación de 45:55, y la mezcla se calienta para evaporar agua hasta que el residuo contenga una tercera parte de agua en masa. ¿Cuántas libras de fresa se necesita para producir una libra de mermelada?

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SOLUCIÓN Planteamos el esquema del proceso, con los datos que tenemos:

azúcar fresas 15% solidos  85% H2O

MEZCLADOR

mezcla

1 lb Mermelada 1/3 H2O

EVAPORADOR

H2O   Damos nombre a los flujos y componentes: F2 

Azúcar (C)  F1 

fresas 15% Solidos (A)  85% H2O (B) 

MEZCLADOR

F3

Mezcla Solidos (A)  H2O (B)  Azúcar (C) 

EVAPORADOR

 

4

H2O (B) 

F5

1 lb Mermelada Solidos (A)  1/3 H2O (B) Azúcar (C)   

Podemos englobar el proceso de la siguiente forma: F2  Azúcar (C)  F1 

fresas 15% Solidos (A)  85% H2O (B)  Balance Parcial para A:

Balance Parcial para C:

MEZCLADOR

EVAPORADOR

F5

1 lb Mermelada M ermelada Solidos (A)  F4  H2O (B) 

(B) 1/3 H2O(C) Azúcar    

 =    ∙0,15=1∙  (1)   =    ∙ 1 = 1 ∙   (2) 

Usamos la relación de la fresa con el azúcar:

    ∙ 55 45  ú  =    ú  4

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 ∙ 55 45 =   (3)  En el flujo de mermelada:

 =  +  +    =  +  ∙ 13 +   1 =  + 13 +    +  = 23   (4) 

Reemplazamos (3) en (2):

 ∙ 55 45 =   (5) 

Reemplazamos (5) y (1) en (4):

RESPUESTA

2  =  ∙0,15+ ∙ 55 45 3  = 0,4499    = ,,        

4.  500 kg de una mezcla que contiene 10% de NaCl, 60% de agua y 30% de tiza insoluble; son filtrados de manera tal que la solución clara, contiene 20% de NaCl y 80% de agua y la torta húmeda contiene 5% de NaCl. La torta húmeda es colocada en un secador y es extraída toda el agua. Calcular: a) La masa de la solución clara en Kg; b) La composición de la torta húmeda; c) Masa de la torta húmeda en Kg; d) Composición de la torta seca; e) Agua extraída de la torta húmeda en Kg. SOLUCIÓN Planteamos el esquema del proceso, con los datos que tenemos:

500 kg 10% NaCl  60% H2O 30% tiza

FILTRADO

torta húmeda 5% NaCl 

sol. clara 20% NaCl  80% H2O

SECADOR

H2O

5

torta seca

 

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Damos nombre a los flujos y componentes:  F1 

500 kg 10% NaCl (A)  60% H2O (B) 30% tiza (C) 

F3

FILTRADO

torta húmeda 5% NaCl (A) H2O (B)

F2 

tiza (C) 

sol. clara 20% NaCl (A)  80% H2O (B) Balance global en el filtrado:

100

F4 

H2O (B)

F5

torta seca NaCl (A) tiza (C)   

(B) 

(B) 

 =  +  

Balance Parcial para A:

SECADOR

(1) 

 =  +  

Trabajamos en (1) y (2):

(2) 

500= +    

500∙0,1= ∙0,2+ ∙0,05  =166,67    =333,33   

Resolviendo el sistema de ecuaciones:

RESPUESTA a) Masa de la solución clara

 =.   Balance Parcial para B:

Balance Parcial para C:

 =  +   500∙0,6=166,67∙0,8+333,33∙   =0,5   =   500∙0,3=333,33∙   =0,45 

RESPUESTA b) Composición de la torta húmeda

 =,=%   =,=%   =,=%  6

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c) Masa de la torta húmeda  RESPUESTA c) Masa húmeda 

 =,   Balance global en el secador:

 =  +  

(3) 

Balance Parcial para A:

  =     333,33∙0,05=   = 16,67 67      Balance Parcial para C:

 =   333,33∙0,45=   =150   

Hallamos la composición de la torta seca:

    = 16,67 +   = 16,67+150   =0,1 

RESPUESTA d) Composición de la torta seca  seca 

 =,=%   =,=%  Balance Parcial para B:

 =   333,33∙0,5= ∙ 1   = 166 166,67 ,67   

RESPUESTA e) Agua extraída  extraída 

 = , ,    

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