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8/12/2019 Balance Para Imprimir
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
O de la Integracin y Reconocimiento de Nuestra Diversidad
EE
UNIVERSIDAD NACIONAL
"SAN LUIS GONZAGA" DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA
QUIMICA AMBIENTAL Y SANITARIA
TEMA:
EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO DE HIMELBRAOU
CURSO : Balance de Materia Ener!ia
DOCENTE: In! Mend#$a %ill&e Carl#'
INTEGRANTES: Ec(accaa Martine$ El#
CICLO : V SECC : A
ICA PER
2011
PROBLEMAS:
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA1. En la figura 1.1 se muestran datos para un evaporador. Cul es la corriente
de recirculacin en libras por hora?
Fig.1.1
Solucin:En este problema se conocen todas las composiciones excepto para la corriente de
recirculacin, aunque esta puede calcularse fcilmente. En base a 1 lb de agua, lacorriente de recirculacin saturada contiene (1.0 lb de H2o + 0. lb de !"#$ % 1. lb
totales. &a composicin de la corriente de recirculacin es'
ig.1.2
)na *e conocidas todas las composiciones, la inspeccin del fluo para buscar un
elemento de correlacin muestra que -a uno para un balance total / el !"# /
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAignorando por el momento las corrientes internas, se puede traar un diagrama tal como
se muestra en la fig.1.2. En esta forma a puede calcularse la cantidad de cristales ( el
agua e*aporada, en caso de requerirse$.
ara determinar la corriente de recirculacin se requiere, en caso de no disponer de un
elemento de correlacin adicional, de cualquiera de los siguientes balances'
a$ El balance con respecto del e*aporador , o
b$ El balance con respecto del cristaliador.
El 3ltimo presenta maores facilidades, a que solamente quedan implicadas tres
corrientes en lugar de cuatro.
4alance total en el cristaliador'
4alance de componente (!"#$ en el cristaliador'
esol*iendo estas dos ecuaciones'
TA.
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA2. En la seccin donde se prepara la carga de alimentacin para una planta
manufacturera de gasolina natural se elimina el isopentano de gasolina
exenta de butano. supngase con propsitos de simplificacin !ue el
proceso " los componentes son como los !ue se muestran en la fig.2.1 #u$
fraccin de la gasolina exenta de butano pasa a trav$s de la columna donde
se elimina el iso%pentano?
FIG 2 1SOLUCION:
56E7 8&)95"'
El examen del diagrama de fluo muestra que una parte de la gasolina exenta de
butano no paso a tra*:s de la columna donde se elimina el isopentano, que
prosigue a la siguiente etapa en la planta de gasolina natural. ;odas las
composiciones se conocen. 8e pueden escribir los siguientes (cada corriente se -a designado
con las letras , 8 $'
4ase' 100 lb de alimentacin
a$ 4alances completos (todas las composiciones son conocidas ? existe un
elemento de correlacin$'
4alance de material total'
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAEntradas % salidas
@@@ (1$
4alance de componente (nA9B$
Entradas % salidas
@@@@@...(2$
)tiliando la ecuacin (2$'
&os balances completos no definen la fraccin de la alimentacin que entra a la
columna de isopentano ? para esto se requiere otro balance.
b$ 4alance con respecto a la columna de isopentano'
8ea x%lb de gasolina exenta de butano que entran a la columna de
isopentano .
4alance de material total'
Entradas % salidas
@@@@@@. (#$
(
4alance de componente (n / 9B$
@@@..
(C$
En consecuencia, combinando las ecuaciones (#$ (C$
TA.
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA sea, que la fraccin cuo *alor se requiere es de 0.BB.
8ED)"7 8&)95"'
tra forma de resol*er este problema consistirFa en establecer el balance de
materiales en los puntos (1$ o (2$, denominado puntos de meclado .aunque noexisten unidades de equipo en dic-os puntos, se puede obser*ar que las
corrientes entran salen de la unin.
a$ 4alance con respecto al punto meclado (2$'
6aterial que entra a la unin % material que sale
4alance de materiales total'
@@@@@. (B$
4alance componente (isoA 9B$
@@@@@@
($
&a ecuacin ($ permite eliminar el uso deG G. esol*iendo'
TA.
espu:s de un poco de prctica resultara fcil e*aluar un problema para decidir
los tipos de balances ms simples que con*iene establecer.
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
) Se *a +'ar +na c#l+,na de de'tilaci-n de #&eraci-n c#ntin+a &ara 'e&arar
.cid# ac/tic# a!+a 0encen# En +na &r+e0a 'e #0t+*ier#n l#' dat#' de la
'i!+iente 1i!+ra L#' *al#re' c#rre'ndiente' en la c#,'ici-n del 0encen# en
la ali,entaci-n n# 'e #0t+*ier#n de0id# a +n de'&er1ect# en +n in'tr+,ent#
Calc2le'e el 1l+3# de la ali,entaci-n
4i! )5
Una in'&ecci-n r.&ida del dia!ra,a de 1l+3# de,+e'tra 6+e la in1#r,aci-n acerca de
l#' &e'#' la' c#,'ici#ne' 'er7a '+1iciente &ara re'#l*er el &r#0le,a 'i 'e di'&+'iera
de la' c#,'ici#ne' de la ali,entaci-n en c+ant# a '+ c#ntenid# de 0encen#8 &er#
e'te n# e' el ca'# Sin e,0ar!#8 'e tiene +na 1+ente de in1#r,aci-n adici#nal 6+e n# 'e
*e a 'i,&le *i'ta8 la c+al c#n'i'te en 6+e (a d#' ele,ent#' de c#rrelaci-n 6+e &a'an
de la ali,entaci-n al ,aterial de de'ec(#: el a!+a 0encen# A c#ntin+aci-n de0e
(acer'e cierta 'elecci-n del &r#cedi,ient#: el &r#0le,a &+ede re'#l*er'e +tili$and# l#'
ele,ent#' de c#rrelaci-n # c#n t/cnica' al!e0raica'
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
SOLUCION: Solucin con componente de correlacin:
Se tomara como base conveniente 100 lb de desperdicio (100 lb de alimentacin
implicaran mayor cantidad de trabajo, ya que se desconoce la proporcin de benceno,
aunque se podra utilizar 100 lb de solucin acuosa 80 % de !c, "0% de "# $ como
base satisactoria&' Sea )lb de benceno en la alimentacin *100 lb de alimentacin&'
+ase: 100 lb de material de desperdicio
omponente alimentacin (lb& desperdicio (%)lb& producto (%&
!c (100 - .& 0'80 10'/ 100
"# (100 - .& 0'"0 "1'
+z . '2
3otal 100 100
4ara la primera etapa se puede calcular la cantidad de alimentacin por cada 100 lb de
material de desperdicio' Se tiene la proporcin de a5ua en la alimentacin ("1' lb& y
tambi6n la de benceno en la alimentacin ('2 lb&7 estos componentes aparecen
nicamente en el material de desperdicio, pero no en el producto, y pueden servir como
elementos de correlacin' 3odo lo que se requiere es la proporcin de !c en la
alimentacin 'para determinar esta cantidad se puede utilizar el a5ua como elemento de
correlacin'
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAualquier de los tres ltimos balances son ecuaciones independientes, pero se puede
observar que la resolucin simultanea de las tres ecuaciones requiere de mayor trabajo que
el uso de los elementos de correlacin'
9 Una c#l+,na de de'tilaci-n 'e&ara 5,il l0;( de +na ,e$cla 1#r,ada r ?= La c#rriente
6+e entra al c#nden'ad#r &r#*eniente de la d#,# de c#l+,na c#,# re1l+3#8
el re't# 'e e@trae &ara +'arl# en #tr# lad# S+&-n!a'e 6+e la c#,'ici-n en el
d#,# de la c#l+,na V8 en el &r#d+ct# 'e&arad# D8 en el re1l+3#R '#n
id/ntica' Deter,inar la relaci-n entre la cantidad del &r#d+ct# del re1l+3# el
&r#d+ct# 'e&arad#
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
Fig. &.1
SOLUCION:A6ase la i5' 2'1' Se conoce todas las composiciones y
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA+alance con respecto del condensador:
+alance de material total:
RTA:
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIABt# 1'00(0';& ) 9(0'8& E ?(0'0&
"# 1'00(0'& ) 9(0'1& E ?(0'/&
Cesolviendo para 9 con:
? ) 1'00 - 9
1'00 (0';& ) 9 (0'8& E (1'00 $ 9& (0'0&
9 ) 0'; lb* pies
4uesto que ? ) 1 - 0'; ) 0'" lb'
RTA:
? Si 'e ali,entan a +n react#r )l0' de aire 9 l0 de car0#n# a ?4
de'&+/' de la c#,0+'ti-n c#,&leta n# 6+eda ,aterial en el react#r
a c+anta' li0ra' de car0-n 'aldr.nF c+.nta' l0 de #@i!en#F c+.nta' l0
t#tale'F
0 c+.nta' ,#le' de #@7!en# car0-n entranF c+.nta' 'alenF
c c+.nta' ,#le' t#tale' entran al react#r c+anta' 'alenF
SOLUCION:(a& Bl total de materiales que salen del reactor es de ;"2 lb' 4uesto que el aire
tuene "1% de #"y /% de F"
+ase: ;00lbs' 9e aire
;00lb de aire ) "'18 moles lb de #"
"2lb ) "'00 moles lb de
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
Bl o5eno necesario para quemar completamente "2'0lb de es de "'00 moles lb'
"'18 - "'00 ) 0'18
Bs el nmero de moles de oi5eno sin usar, y esto es equivalente a (0'18&
(;"&)' lb de #"que salen del reactor' !dem=s, tambi6n salen 88 lb de #"
y:
"'18 moles lb #" ) "';0lb de F"
>as moles de F"son:
";0 lb de F" ) 8'"0moles de F"
Sumando todas las corrientes de entrada y salida se tiene:
Bntradas lb moles lb salidas lb moles lb
#" 0 "'18 #" ' 0'18
F" ";0 8'"0 F" ";0 8'"0
"2 "'00 #" 88 "'00
3otal ;"2 1"';8 ;"2 10';8
Fo
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAa La c#,'ici-n de la &+l&a 'eca8
0 El &e'# del a!+a eli,inada r ! de &+l&a (2,eda
SOLUCION:+ase: 1 G5 de pulpa
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
("& >a composicin de la pulpa seca:
G5 G5
4ulpa (seca& 0'"/ 0'
"# 0'"82 2/'
3otal 0'2 100'0
Un tan6+e #&era c#n 5,il l0' de +na '#l+ci-n 'at+rada de NaHCO)a ? C
'e de'ea cri'tali$ar
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA@i5'8'1
Se requieren otros satos acerca de la solubilidad del Fa#;en uncin de la temperatura'
9e cualquier manual se pueden obtener los que se indican a continuacin:
3emperatura
(J&
Solubilidad
5 de
Fa#;*100 5
de "#
0
0
20
;0
"0
10
1'2
12'2
1"'
11'1
/'
8'1
+ase: 10000 lb de la solucin saturada de Fa#;a 0 J
Se conoce tanto el peso de la solucin inicial como el peso de los cristales7 tambi6n se sabe
la composicin de la solucin inicial y de los cristales (100% de Fa# ;&' 4or lo tanto, el
peso y la composicin de la solucin inal pueden calcularse por sustraccin'
(a& omposicin inal:
(b& balance de material (balance de componente con respecto al &:
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
@inal
(c& composicin y peso inal'
4uesto que la solucin inal an est= saturada, y adem=s tiene:
>a temperatura a la que se deber= enriarse la solucin es (aplicando el m6todo de
interpolacin lineal&
RTA:
> En la' e'taci#ne' de 'er*ici# 'e aade .cid# '+l12ric# dil+id# a la' 0acteria' 6+e 'e
(an 'ecad# &ara acti*arla' Se re6+iere &re&arar +na '#l+ci-n de .cid# c#,#
'i!+e Un tan6+e c#n .cid# de 0ater7a HSO9 d/0il *ie3#8 c#ntiene +na '#l+ci-n
de HSO9 al 59)= el re't# e' a!+a &+ra Si al tan6+e 'e aaden ! de HSO9
al = la '#l+ci-n 1inal c#ntiene 5?)= de .cid#8 C+.nt#' Kil#!ra,#' de .cid#
de 0ater7a 'e (a0r.n &re&arad#F V/a'e la 4i!>5 %+nt# de Me$clad#
"00G5
4unto de Dezclado '% >imite del sistema
@ 4
1"'2;% 18';%
4i! >5
SOLUCION:
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIABn este problema, se conoce uno de los pesos y tres composiciones7 se desconocen dos
pesos' omo ayuda se desi5nara arbitrariamente a los pesos de las dos soluciones
desconocidas con las letras @ y 4' con dos variables desconocidas se necesitan dos
ecuaciones independientes' Sin embar5o, se pueden establecer tres balances de material, de
los cuales cualquier par representa ecuaciones independientes'
+ase: "00G5 de solucin de "S#2al '%
3ipo de balance Bntradas ) Salidas
3otal @ E "00 ) 4 (a&
omponente:
"S#2 @ (0'1"2;& E "00(0'& ) 4 (0'18;& (b&
"# @ (0'8& E "00(0'"";& ) 4 (0'81;& (c&
Bl uso del balance total, y de uno de los otros, es la orma m=s =cil para determinar 4:
(4 - "00& (0'1"2;& E "00 (0'& ) 4 (0'18;&
4 ) "110 G5 de acido
RTAS:@ ) 1/10 G5 de acido
5 En la 4i! 55 'e ,+e'tra +na c#l+,na de de'tilaci-n t7&ica 3+nt# c#n la
in1#r,aci-n c#n#cida &ara cada c#rriente Calc+lar la' li0ra' de de'tilad# r
li0ra de ali,entaci-n r li0ra e de'&erdici#
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BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA4i! 55
SOLUCION:>a inspeccin de la @i5' 10'1 muestra que se conocen todas las composiciones, aunque