problemas de balance

PROBLEMA 1 En un sistema de extracción por solventes de tres etapas especifique para cada etapa a) El bala balanc nce e glo globa ball b) El bal balan ance ce por por solu soluto to c) La rel relac ació ión n de equi equili libri brio o Si este sistema tiene además un intercambiador de calor para precalentar el solvente hasta 90 ⁰C mediante vapor que cede su calor latente un temperatura de !!0 !!0⁰C "d) formule las ecuaciones correspondientes para este equipo#

$ecirculación

%anque para los gránulos de semilla

Circuito de Entrada fluidos de soh

%ermocupla 'arómetro %anque de solventes

Bomba

Enchaquetado # &ntercambiador  de calor 

a) El balance global para cada etapa (

(

) (

2

2

[(

)

2

U   gZ  U  gZ   d U   gZ  +  + +  H + ∂ m 1 +  H + ∂ m1 −∂ Q+ ∂W =  M  U + gc gc dt  gc 2 gc 2 gc 2 gc

Es un sistema de recirculación la masa se conserva  no existe acumulación  no se considera altura las entalplas se pueden eliminar  o presenta calor de entrada * salida

•

•

( ) ( ) 2

2

U  U  ∂ mt + ∂ ms + ∂ W = 0 2 gc 2 gc

b)

El balance por absoluto Para el orgánico Considerando el soluto despu+s de la extracción

•

(

[(

)

2

2

U   gZ   d U   gZ   H + ∂ m 1=  M  U + + + gc dt  gc 2 gc 2 gc

)]

Para el acuoso:

(

)

2

[(

2

U   gZ   d U   gZ   H + ∂ m1=  M  U + + + gc dt  gc 2 gc 2 gc

c)

)]

La relación de equilibrio Considerando una reacción cualquiera de extracción por solventes  y  y  X ac + 2 R H 0 rg ↔ R2 X 0 rg + 2 hac La relación de equilibrio podr,a escribirse de esta forma

( C  R  X  ) (C   H  ) k eq = (C  X  ) ( C  RH  )

2

2

0rg

 y ac

2

2

 y ac

d)

0

rg

Forule las ecuaciones correspondientes para este equipo

( ) ( ) 2

)]

2

U  U  ∂ m1 + ∂ m 2 +∂ W − ∂Q =0 2 gc 2 gc

PROBLEMA !  - un rector ingresa una me.cla equimolar de reactante - con un solvente inerte L# −r A= K  La reacción qu,mica tiene la forma -/  '# la cin+tica de reacción es

(mol /l ) /

1 2

la constante de velocidad de reacción es de !0

−1

h

 el

flu1o molar del producto es de 0000 mol2h# la densidad molar del reactante - es de 30 mol2l * la del solvente l es de 40 mol2l# la conversión deseada es del 30 5# Calcular( a) El flu1o molar inicial de b) El flu1o volum+trico total inicial c) La concentración inicial de d) El volumen del reactor  e) Si el reactante - no reaccionado es separado en una columna de destilación * recirculación puro al reactor para me.clarse con la corriente de alimentación# 6cuál será el volumen del reactor7

%abla estequiometria componente  -

inicial FA 0 FB0

' &

cambio − FA 0 X 

8inal FA 0 ( 1− x )

2 FB 0 X 

FA 0 ( 0 + X ) FA 0= F! 

F! 0

 FB0 / FA 0=0  FB=2 X " FA 0

 FA 0= FB / 2 X  −1

 FA 0=20000 mol / h ( 2 x 0.7 )

 FA 0=14 285.7 mol / h b)  ensidad molar - : 30 mol2lt FA0 # A = =14285.7 mol / h x (70 mol / h )−1=¿ 0;!lt2h  $mA  - es equimolar a &

%  ! = F! 0 / $m! =¿

( 50 mol /¿)− =285.7 <¿ h 1

!;0<4#3 mol2h x

%  ! =%  A + %  !  % & =204.1+ 285.7= 489.8<¿ h

c)

−1

CA 0= FA 0 /% & 

CA 0=14285.7 mol / h x ( 489 <¿ h )

CA0= 29.2 mol /¿ d) volumen de un reactor de me.cla contin=a % = FA 0 X  /−r A  FA 0=CA 0 " % & 

−r A= k C  A

1 /2

C  A =CA0 ( 1− X ) ¿2

% =CA 0 1 %& "

 X  −1 " ( 1− x ) ' ' ' .. ec ded(se)odelreactor k 

1

% =( 29.2 ) 2 .489.8 ( 0.7 )/ 10 ( 1−0.7 )

/

1 2

% =338.9 <¿

e)

(

0.3 29.2 mol

/¿)= 8.76 mol /¿

ueva concentración

CA 0= 29.2 mol /¿+ 8.8 mol /¿=38 mol /¿

$eempla.amos en la ec# de dise>o( 1 1/ 2

% =( 38 )2 * 489.8 ( 0.7 )/ 10 ( 1−0.7 ) % =386 <¿

ise>os de evaluación de procesos Probleas sobre balances en procesos PROBLEMA 1 En un sistema de extracción de solventes de tres etapas especifique para cada etapa a) El balance global b) El balance absoluto c) La relación de equilibrio Si este sistema tiene además un intercambiador de calor para precalentar el solvente hasta 90⁰C mediante vapor que cede su calor latiente a una temperatura de !!0⁰C "d) formule las ecuaciones correspondientes para este equipo PROBLEMA ! ?n proceso de extracción solido@liquido mediante un solvente mu* selectivo consta de ; etapas a) Alantee un balance global de materiales para el sistema b) Alantee un balance para el soluto en cada una de las etapas c) La relación de equilibrio de fases se representa por B:*2x siendo " la fracción de soluto disuelto en el solvente * x la fracción del mismo en el sólido reformule los balances de pregunta "b) en t+rminos dolo de x d) Estable.ca los balances de energ,a para cada una de las etapas suponiendo que no ha* evaporación * que - ' * C representen las capacidades calor,ficas del soluto solvente * solido respectivamente#  -suma que la temperatura en las cuatro etapas de extracción es la misma e) &ndique con que criterios determinar,a el volumen de los tanques de extracción PROBLEMA # ?n vapori.ador se alimenta con una me.cla liquida de hexano "305) * aceite girasol "05) a un flu1o másico de !0000 Bg2h# de vapori.ador se obtendrá una  y 2 corriente de fase vapor de flu1o D * composiciones para el hexano "945) *  y 2

 para el aceite "45) tambi+n se extraerá una corriente en fase liquida de flu1o

L * composiciones

 x 3

 "hexano) *

 x 2

 "aceite)# Si se sabe que el equilibrio de

fases se puede correlacionar por la ecuación B:

y1

 2

x2

 # Considerando que el

quipo opera en estado estacionario formule a) ?n balance de masa global tomando en cuenta las corrientes de alimentación  liquida * vapor de salida b) ?n balance para el hexano en el vapori.ador  c) ?n balance para el aceite en el dispositivo

d) ?n balance calor,fico en función de las entalpias de cada una de las corrientes# PROBLEMA $ Aara el proceso de obtención de aceite esencial de eucalipto presente lo siguiente( a) El diagrama de flu1o del proceso b) El diagrama de los equipos empleados en el proceso c) El balance de los materiales del proceso d) El balance de energ,a del proceso e) &ndique en que partes del proceso se puede aplicar el balance de energ,a mecánica * cuáles son las restricciones correspondientes