BALANCE DE MATERIA 2

Los balances de masa o balances de materia se basan en la ley de la conservación de la materia, que establece que la materia no se crea ni se destruye.

Balance de materia y energía NIVEL: I

reservorios

Si no hay generación o consumo de materia dentro del sistema

La deshidrogenación catalítica del propano se lleva a cabo en un reactor continuo de lecho fijo. La alimentación de 100 kg/h de propano puro se precalienta hasta 670 ºC antes de pasar al reactor. El gas de salida, que contiene propano, propileno, metano e hidrógeno, se enfría desde 800 ºC hasta 110 ºC, y se alimenta a una torre de absorción en la que el propano y el propileno se absorben en un aceite. El aceite entra a una torre de desorción en la que se calienta, permitiendo la salida de los gases disueltos; estos gases se comprimen y se transfieren a una columna de destilación de alta presión, en la que el propano y el propileno se separan. El flujo de propano se recircula hacia la alimentación del precalentador del reactor. El flujo de producto de la columna de destilación contiene 98% de propileno, y el flujo de recirculación 97% de propano. El aceite desorbido se hace recircular a la torre de absorción. Plantear el diagrama de flujo del proceso. 2. Un experimento sobre la velocidad de crecimiento de ciertos organismos requiere de un ambiente de aire húmedo enriquecido en oxígeno. Una cámara de evaporación se alimenta con tres flujos, A, B y C, para producir la composición deseada: A: 20 cm 3 /min de agua líquida; B: aire (21% en mol de O 2 , siendo el resto N 2 ); y C: oxígeno puro, con una velocidad de flujo molar igual a la quinta parte de la velocidad de flujo de la corriente B. Se analiza el gas de salida, y se encuentra que contiene 1,5% en mol de agua. Calcular todas las incógnitas del flujo. 3. Se combinan 4500 kg/h de una disolución que contiene 1/3 (33,3%) en masa de K 2 CrO 4 con un caudal de recirculación que contiene 36,36% de K 2 CrO 4 ; el caudal combinado se alimenta a un evaporador. La corriente concentrada que sale del evaporador contiene 49,4% de K 2 CrO 4 ; este caudal se alimenta a un cristalizador en el cual se enfría (produciendo la precipitación de cristales de K 2 CrO 4 a partir de la disolución) y después se filtra. El filtrado consiste en cristales de K 2 CrO 4 y una disolución que contiene 36,36% en masa de K 2 CrO 4 ; los cristales representan el 95% de la masa total del filtrado. La disolución que pasa a través del filtro, que contiene también 36,36% de K 2 CrO 4 , es el caudal de recirculación. Calcular: a) Masa de agua extraída del evaporador. b) Caudal másico de producción de K 2 CrO 4 cristalino. c) Cociente (kg de caudal recirculado/kg de alimentación fresca) d) Caudales de alimentación al evaporador y al cristalizador.

1. Evaporación de soluciones de azúcar de caña. Se está usando un evaporador para concentrar soluciones de azúcar de caña. Se evaporan 10,000 kg/día de una solución que contiene 38% en peso de sacarosa, obteniéndose una solución con 74% de sacarosa en peso. Calcule el peso de la solución obtenida y la cantidad de agua extraída. 2. Procesamiento de harina de pescado. Algunos pescados se procesan como harina de pescado para usarse como proteínas suplementarias en alimentos. En el proceso empleado, primero se extrae el aceite para obtener una pasta que contiene 80% en peso de agua y 20% en peso de harina seca. Esta pasta se procesa en secadores de tambor rotatorio para obtener un producto " seco " que contiene 40% en peso de agua. Finalmente, el producto se muele a grano fino y se empaca. Calcule la alimentación de pasta en kg/h necesaria para producir 1,000 kg/h de harina de pescado " seca ". 3. Secado de madera. Un lote de 100 kg de madera húmeda con 11% en peso de humedad, se seca hasta reducir el contenido de agua a 6.38%. ¿Cuál es el peso de la madera seca y la cantidad de agua que se elimina? 4. Producción de jalea a partir de frutas maceradas en un proceso de dos etapas. En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14% en peso de sólidos solubles, se mezcla con azúcar (1.22 kg azúcar/1 kg de fruta) y pectina (0.0025 kg pectina/1 kg fruta). La mezcla resultante se evapora en una olla para producir una jalea con 67% en peso de sólidos solubles. Calcule, para una alimentación de 1000 kg de fruta macerada, los kilogramos de mezcla obtenida, los kilogramos de agua evaporada y los kilogramos de jalea producida. 5. Secado de raíces de yuca. Se produce harina de tapioca, secando los granos gruesos de la raíz de yuca (que contiene 66% en peso de humedad) hasta reducirla al 5% y moliendo hasta finura de harina. ¿Cuántos kg de granos deben secarse y qué cantidad de agua tiene que extraerse para producir 5000 kg/h de harina? 6. Procesamiento de frijol soya en tres etapas. Una alimentación de 10,000 kg de frijol soya se procesa en una secuencia de tres etapas. La alimentación contiene 35% en peso de proteína, 27.1% en peso de carbohidratos, 9.4% en peso de fibras y cenizas, 10.5% en peso de humedad y 18% de aceite. En la primera etapa, los frijoles se maceran y se prensan para extraer el aceite, obteniéndose corrientes de aceite y de pasta prensada que todavía contiene 6% de aceite (suponga que no hay perdidas de otros constituyentes en la corriente de aceite). En la segunda etapa, la pasta prensada se trata con hexano para obtener una corriente de pasta de soya extraída que contiene 0.5% en peso de aceite y una corriente de aceite-hexano. Suponga que no sale hexano en el extracto de soya. Finalmente, en la última etapa se seca el extracto para obtener un producto con 8% en peso de humedad. Calcule: a) Kilogramos de pasta de soya que salen de la primera etapa. b) kilogramos de pasta extraída obtenida en la segunda etapa. c) kilogramos de pasta seca final y porcentaje en peso de proteína en el producto seco. 7. Una disolución acuosa de Cloruro de Sodio (NaCl) equivalente a 1,000 kg/h y un 20% en sólidos; es introducida a un evaporador para lograr eliminar agua hasta obtener una concentración de 50% en peso de sólidos de NaCl. Luego de evaporada, la solución es introducida en un cristalizador en donde se obtienen cristales de NaCl con una concentración del 90% en peso de sólidos. También del cristalizador sale una corriente de recirculado hacia el evaporador con una concentración de 35% en peso de sólidos, para ser reprocesada. Se pide: Plantear el diagrama y encontrar las corrientes incógnitas del proceso.

Este texto presenta de una manera resumida los principios físicos y químicos utilizados en la solución de problemas de Balance de Materia y su aplicación directa en Operaciones Unitarias y Procesos Químicos. En consecuencia, será de gran utilidad para estudiantes de pre-grado en Ingeniería Química.