PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA1. Un evaporador se alimenta continuamente con 25 Tm/h de una disolucin que contiene 80% de H2O, 10% de NaOH y 10% de NaCl. Durante la evaporacin el NaCl precipita en forma cristalina y se sedimenta y separa. La disolucin concentrada que abandona el evaporador contiene 48% de H2O, 50% de NaOH y 2% de NaCl. Calcular los caudales de las corrientes de salida.

H2O

25 Km/H Licor ConcentradoFILTROEVAPORADOR

2%NaCl10% NaOH 50% NaOH10% NaCl 48% H2O80% H2O Cristales de NaCl

a. Agua Evaporada: 25 Tn/h

El balance con respecto al NaOH

25(0,10)= B 0,5) B= 5 Tn/h

El balance del agua. 25(0,8)= A + 5 (0,48) 20= A + 2,4 17,6 Tn/h =A

RESPUESTA: concentrado (caudal salida) = 5 Tn/hAgua: 17.6 Tn /h2. Un cristalizador se alimenta con 5.600 kg/h de una disolucin salina caliente con 50% en peso de sal. Al enfriar cristaliza la sal y se consigue separar as una disolucin fra saturada con 20% en peso de sal y unos cristales hmedos con 5% en peso de agua. Se desea conocer el caudal de disolucin de salida y la masa de cristales hmedos obtenidos por hora.

m1 = 5 600 Kg/h 20% sal

50% sal m2 = 3 360 kg/h

Sal 95% m3= 2 240 Kg/h m1 = m2 + m35 600 Kg/h = m2 + m35 600 Kg/h*m3= m2

A. Hallando el balance Sal.

5 600 Kg/h * 0,5 = m2 * 0,2 + m3 * 0,95 2 800 Kg/h = m2 * 0,2 + m3 * 0,95 2 800 Kg/h = (5 600 Kg/h m3) * 0,2 + m3 * 0,95

Disolucin Salina:1 680 Kg/h = 0,75 m32 240 Kg/h = m3

Cristales hmedos:5 600 Kg/h = m2 + m35 600 Kg/h = m2 + 2 240 Kg/h3 360 Kg/h = m2RESPUESTA: Disolucin salina: 2.240 Kg/h Cristales hmedos: 3.360 Kg/ h3. Una columna de destilacin se alimenta con una mezcla que contiene 45% de benceno y 55% de tolueno. Se produce un flujo de destilado que contiene 95% en peso de benceno y con el residuo sale un 8% del benceno alimentado a la columna. La velocidad de alimentacin es de 2.000 kg/h. Determnense el flujo msico de destilado y los flujos msicos de benceno y tolueno en el residuo.

Entradas + Produccin= Salidas + Acumulada Entrada= Salida

Benceno= 0,08 x [0,45(2000)]= 72 kg/h m2= 1128 Kg/h X Tolueno= 1056

m1= 2000 kg/h m3= 871,57 kg/hDESTILADOR

45% benceno 95% benceno= 827,99 Kg/h55% tolueno X Tolueno= 43,7

m1= m2 + m32000= m2 + m3

Hallando el benceno:

900 kg/h = 0,95m3 + 72 Kg/h 828 Kg/h = 0,95m3871, 57 kg/h = m3

Hallando el Tolueno:

1100 Kg/h = 0,05m3 + Xm21100 Kg/h = 0,05(871, 57 Kg/h) + Xm2

RESPUESTA: Destilado: 871.6 Kg/hResiduo: Benceno: 72 Kg/hTolueno: 1056 Kg/h4. El jugo de naranja fresco contiene generalmente un 12% de slidos en disolucin acuosa (porcentaje en masa); dichos slidos son principalmente azcares. Para reducir los costos de traslado, a menudo se concentra el jugo antes de embarcarse y luego se reconstituye al llegar a su destino. El proceso de concentracin se efecta en evaporadores de diseo especial, de tiempo de residencia corto, que operan a presiones menores a la atmosfrica para reducir las prdidas de los componentes de sabor y aroma, presentes en cantidades muy pequeas y que son muy voltiles y sensibles al calor. Como generalmente no pueden evitarse algunas prdidas de estos componentes, la prctica comn es concentrar el jugo un poco ms de lo necesario, y despus agregar una pequea cantidad de jugo fresco al concentrado para obtener un producto de mejor aroma y sabor. Supngase que se utiliza 10% de la alimentacin a dicho proceso para la reconstitucin, y que se opera el evaporador para obtener un jugo de descarga que contiene 80% de slidos en disolucin. Si al proceso se alimentan 10.000 kg/h de jugo fresco, calcular el caudal evaporado de agua y la composicin del producto final.

F4= 7 650 Kg/h

1.0 H2O Punto de mezclaEVAPORADOR

F1=10 000 Kg/h F2= 9 000 Kg/h F5= 1 350 Kg/h 0,12 solidos=1 200 Kg/h 0,12 Solidos= 1 080 Kg/h 0,8 slidos= 1 080 Kg/h 0,88 H2O = 8 800 Kg/h 0,88 H2O = 7 920 Kg/h 0,2 H2O= 270 Kg/h

F3=1 000 Kg/h=0,1F1 F6= 2 350 Kg/h 0,12 solido = 120 Kg/h 0,510 solidos = 1 200 Kg/h 0,88 H2O = 880 Kg/h 0,574 H2O = 1 350 Kg/h

A. Balance de masa ramal de separacin / F1 + F2 + F3Solido 1200 Kg/h =XF2 + XF3H2O 8800 Kg/h = XF2 + XF3

Hallando las variables de F2 y F3 F3= 0,1F1 =[(0,1)*(10 000 Kg/h)]= 1 000 Kg/h F2= 0,9F1=[(0,9)*(10 000 Kg/h)]= 9 000 Kg/h

Hallando las composiciones de F2 y F3

F2Solido XF2= 0,12*(9 000 Kg/h)= 1080 Kg/hH2O XF2= 0,88*(9 000 Kg/h)= 7920 Kg/h

F3Solido XF3= 0,12*(1 000 Kg/h)= 120 Kg/hH2O XF3= 0,88*(1 000 Kg/h)= 880 Kg/h B. Balance de masas para el evaporador: F2= F4 + F5

Solido 1080 Kg/h = 0,8F5H2O 7920 Kg/h = F4 + 0,2 F5

Hallando el valor del balance solidos

0,8F5=1080 Kg/h F5= F5= 1 350 Kg/h

Hallando la composicin de F5.Solido XF5= 0,8*(1 350 Kg/h)= 1080 Kg/hH2O XF5= 0,2*(1 350 Kg/h)= 270 Kg/h

Hallando el valor de F4: F4= F2+ F5

F4= F2 - F5F4= 9 000 Kg/h 1 350 Kg/h F4= 7 650 Kg/h

C. Balance de masas para el punto de mezcla: F6= F3+ F5

Solido XF6= 1 080 Kg/h + 120 Kg/h= 1200 Kg/hH2O XF6= 880 Kg/h + 270 Kg/h = 1150 Kg/h

Hallando el valor de F6: F6= F3+ F5

F6= F3 + F5F6= 1 000 Kg/h + 1 350 Kg/h F6= 2 350 Kg/h

Respuesta: caudal evaporado: 7650 Kg/hComposicin producto: 51%5. A un proceso formado por un mezclador y un separador, con recirculacin y purga, que opera en continuo y rgimen estacionario, se alimenta una corriente fresca con una composicin en peso de 20% en A y 80% en B. En el separador se obtiene una corriente de composicin en peso de 5% en A y 95% en B, y otra formada por A puro, de la cual una parte se recircula a la corriente de alimentacin fresca y la otra se extrae como purga, con un caudal de 10 kg/h. La entrada al mezclador, resultante de la mezcla de alimentacin fresca y recirculacin, tiene una composicin en peso de 40% en A. Calcular los caudales y composiciones de las diferentes corrientes del sistema.

RESPUESTA: Entrada al mezclador: 84.46 Kg/h Alimento fresco: 63.34 Kg/h Recirculacin: 21.11 Kg/h Producto: 53.34Kg/h

procesos industriales6