UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
EVALUACIÓN: EVALUACIÓN: Examen Unidad 1
FECHA:
ASIGNATURA: ASIGNATURA: Operaciones Unitarias I
CALIFICACIÓN: CALIFICACIÓN:
PROFESOR: I.Q. José Luis Escobar González
Nombre: Instrucciones: Realiza correcta y claramente el siguiente balance de materia de acuerdo al método de los cuatro
pasos. Se combinan 4500 kg/h de una disolución que contiene 1/3 1 /3 de cromato de potasio en peso, y un flujo de recirculación, que proviene del cristalizador (aguas madre), que contiene un 36,36% de dicho cromato, el flujo combinado alimenta un evaporador. El flujo concentrado que sale del evaporador contiene 49,4% de cromato de potasio; este flujo alimenta a un cristalizador donde se enfría, produciendo la precipitación de cristales de cromato potásico, quedando unas aguas madres con un 36,36% de cromato. La masa de cristales separados en el cristalizador contiene un 3% de agua. a) b) c) d)
Calcular el peso de agua extraída en el evaporador, La velocidad de producción producción de cromato de potasio cristalino, cristalino, La cantidad de aguas madres recirculadas y, La cantidad y composición composición de la la corriente corriente que alimenta alimenta al evaporador.
1. TRADUCCIÓN.
L1
L2 L5
P-2 / MX-101 Mixing
CORRIENTE 1 2 3 4 5 6
FLUJO 4500 kg/h L2=? G3=? L4=? L5=? L6=?
EVA / 1
CROMATO DE POTASIO 1 w 0.33 ? w 0 Potasio
1
Potasio
2
L4
AGUA x 0.67 x ? x 1 x 0.506 x 0.6364 x 0.03 Agua
1
Agua
Agua
3
w w w
Potasio
4 Potasio
5 Potasio
6
0.494 0.3636 0.97
C/2
2
Agua
2
Agua
5
Agua
6
CRISTALIZADOR
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
2. Planteamiento BASE DE CÁLCULO: 1 hora de operación. SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : L
1
G
3
L
6
Balances Parciales : Cromato de potasio : L w 1
Agua : L x 1
Agua
1
G x
3
Agua
3
Potasio
1
L x 6
Gw
3
Potasio
3
L w
L w
Gw
6
Potasio
6
Agua
6
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : L
1
L
5
L
2
Balances Parciales : Cromato de potasio : L w 1
Agua : L x 1
Agua
1
L x 5
Agua
5
Potasio
1
L x 2
L w 5
Potasio
5
2
Potasio
2
Agua
2
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
2
L
4
G
3
Balances Parciales : Cromato de potasio : L w 2
Agua : L x 2
Agua
2
L x 4
Agua
4
Potasio
2
G x 3
Agua
3
L w 4
Potasio
4
3
Potasio
3
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : L
4
L
5
L
6
Balances Parciales : Cromato de potasio : L w 4
Agua : L x 4
L x
Agua
4
5
Potasio
4
L x
Agua
5
6
L w 5
Potasio
5
L w 6
Potasio
6
Agua
6
3. CÁLCULOS SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : 4500kg G
3
L
6
Balances Parciales : Cromato de potasio : 4500kg 0.33 G 0 L 0.97 3
1485kg
L
6
0.97 L 1530.93kg 6
Agua : L x 1
Agua
1
G x 3
Agua
3
L x 6
Agua
6
4500kg 0.67 G 1 1530.93kg 0.03 3
3015kg - 45.93 G G
3
2969.07 kg
3
6
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : 4500kg L
5
L
2
Balances Parciales : Cromato de potasio : 4500kg 0.33 L 0.3636 L w 5
1485kg 0.3636 L
5
L w 2
Potasio
2
Agua : 4500kg 0.67 L 0.6364 L x 5
3015kg 0.6364 L
L x
5
2
2
2
Agua
2
Agua
2
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
2
L
4
2969.07 kg
Balances Parciales : Cromato de potasio :1485 0.3636L 3006.07 kg 0.736L
5
4
L
4
2915.3kg L
5
0.52L
5
5
5606.35kg
Sustituyendo en L4 : L
4
7154.77kg
4
L 0.506 2969.07 kg
Resolviend o el sistema de ecuaciones : 3006.07 kg 0.74L
L 0.494
4
5
5
L
Agua : 3015kg 0.6364 L
90.77 kg 1.26L
5
90.77 kg 1.26L
5
Potasio
2
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Resolviendo para encontrar la corriente L2 y sus respectivas fracciones:
1485kg 0.36365606.35kg L w
Potasio
2
L w
Potasio
2
3523.47 kg
3015kg 0.63645606.35kg L x 2
L x 2
Agua
2
L w
L
10106.35kg
2
w
Potasio
2
x
Agua
2
Potasio
2
2
6582.88kg
L
2
Agua
L x 2
Agua
2
3523.47kg 10106.35kg
0.35
1 0.35 0.65
4. RESULTADOS. a) Calcular el peso de agua extraída en el evaporador, G3= 2969.07 kg b) La velocidad de producción de cromato de potasio cristalino, L6= 1530.93 kg/h c) La cantidad de aguas madres recirculadas y, L5= 5606.35 kg
d) La cantidad y composición de la corriente que alimenta al evaporador. L2 = 10106.35 kg ; w Potasio= 0.35; w Agu a= 0.65
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
EVALUACIÓN: Examen Unidad 1
FECHA:
ASIGNATURA: Operaciones Unitarias I
CALIFICACIÓN:
PROFESOR: I.Q. José Luis Escobar González
Nombre: Instrucciones: Realiza correcta y claramente el siguiente balance de materia de acuerdo al método de los cuatro
pasos. Un evaporador se alimenta con 1000 Kg/h de una disolución con 0,3 Kg. de sal/ Kg. agua y un 2% de I, que no evapora ni cristaliza y una corriente de recirculación de aguas madres provenientes del cristalizador. La disolución que sale del evaporador y que contiene 0,7 Kg. de sal/ Kg. agua se lleva a un cristalizador donde se enfría, cristalizando la sal y quedando unas aguas madres con un 33% de sal que se recirculan al evaporador, como a la entrada del cristalizador como máximo puede haber un 4% de inerte se debe extraer una corriente de purga. La masa de cristales separados contiene un 3% de aguas madres. Calcular las composiciones y los caudales de todas las corrientes implicadas en el proceso.
1. TRADUCCIÓN
Corriente Flujo 1 1000 kg/h
Sal
Agua
Inertes 0.3 1 w 0.02 * 0.98 x w * 0.98 =20kg 1.3 1.3 =0.75 0.23 =750kg =230kg w ? w ? x ? 0 0 x 1 Inertes
Sal
Agua
1
2 3
L2=? G3=?
1
1
Sal
2
Agua
Inertes
2
2
Agua
3
4
L4=?
w
Sal
4
?
x
Agua
4
?
w
Inertes
4
?
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
5
L5=?
w
Sal
5
0.7
1.7 0.40
6 7 8
L6=19.2kg 0 L7=? w L8=? w
Sal
7 Sal
8
* 0.96 x
Agua
1
5
0.97 0.33
* 0.96
Agua
Agua
1
Sal
Gw
1
Agua : L x 1
3
Agua
1
Inertes : L w
Inertes
1
1
Sal
G
3
3
G x 3
L w 6
Agua
3
Sal
L x 6
Gw
Inertes
3
6
3
L
6
L w 7
1
Agua
L
7
6
L
8
1
Sal
1
Agua : L x 1
L w 8
Agua
1
Inertes : L w
Inertes
1
1
Sal
8
L x 8
L w 2
Agua
L w
Inertes
6
6
L
2
8
L w
2
Inertes
8
8
Sal
L x 2
Sal
L x
Balances Parciales : Sal : L w
w
?
8
7
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : L
1
Inertes
8
Balances Parciales : Sal : L w
7
SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
w 0
6
BASE DE CÁLCULO: 1 hora de operación.
1
0.04
5
Inertes
2. Planteamiento
Balance General : L
Inertes
1 .7 0.56 0 x 0.03 x ?
w
Agua
2
L w
Inertes
2
2
7
Agua
7
L w
Inertes
7
7
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
G
2
3
L
4
Balances Parciales : Sal : L w 2
Sal
Gw
2
Agua : L x 2
3
Agua
2
Inertes : L w
Inertes
2
Sal
3
G x 3
L w 4
Agua
4
3
Sal
L x 4
Gw
Inertes
2
3
3
Agua
4
L w
Inertes
4
4
SISTEMA DE LA DERIVACIÓN (GRIS):
Balance General : L
4
L
5
L
6
Balances Parciales : Sal : L w 4
Sal
4
Agua : L x 4
L w 5
Agua
4
Inertes : L w
Inertes
4
4
Sal
5
L x 5
L w 6
Agua
6
5
Sal
L x 6
L w
Inertes
5
5
Agua
6
L w
Inertes
6
6
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : L
5
L
7
L
8
Balances Parciales : Sal : L w 5
Sal
5
Agua : L x 5
L w 7
Agua
5
Inertes : L w
Inertes
5
5
Sal
7
L x 7
L w 8
Agua
7
L w
8
L x
Inertes
7
7
Sal
8
Agua
8
L w
Inertes
8
8
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
3. CÁLCULOS SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : 1000kg G
3
19.2kg L
7
Balances Parciales : Sal : 1000kg 0.23 L 0.97 7
L
7
237.11kg
Agua : 1000kg 0.75 G
3
G
3
237.11kg 0.03
742.88kg
Inertes : L
6
19.2kg
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : 1000kg L
8
L
2
Balances Parciales : Sal : 1000kg 0.23 L 0.33 L w 8
L w 2
Sal
2
2
8
8
2
Agua
2
2
230kg 0.33 L
Agua : 1000kg 0.75 L x L x
Sal
750kg L x 8
Inertes : L w
Inertes
2
2
Agua
8
20kg
Agua
8
L x 2
Agua
2
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
2
742.88kg L
4
Balances Parciales : Sal : 230kg 0.33L Agua : 750kg L x 8
L x 4
Agua
4
8
Agua
8
Inertes : L w
Inertes
4
4
4
Sal
4
742.88kg L x
8
7.12kg L x
L w
4
Agua
8
20kg
SISTEMA DE LA DERIVACIÓN (GRIS):
Balance General : L
L
Sal : 230.33kg 0.33L
4
5
19.2kg
Balances Parciales : L
5
5
5
8
8
0.4 L
575.83kg 0.83 L
Agua : 7.12kg L x L
8
Agua
8
12.71kg 1.79 L x 8
Inertes : L w 5
Sal
5
Agua
8
0.56 L
5
Agua
4
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Resolviendo el sistema de ecuaciones:
575.83kg 0.83 L
8
563.12kg L x 8
Agua
8
0.96 L x 8
12.71kg 1.79 L x 8
8
586.58kg
12.71kg 1.79 586.58 KG
L
1062.69kg
L
1062.69kg 19.2kg
L
1081.89kg
5
4
4
8
Agua
L
5
Agua
Regresando al balance del evaporador:
General : L
2
L
2
742.88kg 1081.89kg
1824.77 kg
Sal : 1824.77 w
Sal
2
Agua : 1824.77 x
1081.89 w
4
Agua
8
Inertes : 1824.77 w
Inertes
4
w
Inertes
4
0.01
Sal
742.88kg 1081.89 x
20kg
Agua
4
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Regresando al balance en la unión:
Balance General : 1000kg L
8
L
1824.77 kg
824.77 kg
8
Balances Parciales : Sal : 1000kg 0.23 0.33824.77 kg 1824.77 kgw
Sal
2
w
Sal
2
0.28
Regresando al balance del evaporador:
Sal : 1824.77 kg 0.28 1081.89 w
Sal
4
w
Sal
4
0.47
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : 1062.69kg L
7
L
7
824.77kg
237.92kg
Balances Parciales : Inertes : 1062.69kg 0.04 824.77 kgw
Inertes
8
w
Inertes
8
x x
Agua 8 Agua 8
0.05
1 0.33 0.05
0.62
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Regresando al balance en la unión:
Agua : 1000kg 0.75 824.77kg 0.62 1824.77 kg x x
Agua 2
Inertes
2
Inertes
2
2
0.69
Inertes : w w
Agua
1 0.28 0.69
0.03
Regresando al balance del evaporador:
Agua : 1824.770.69 742.88kg 1081.89 x x
Agua
4
Inertes
4
Inertes
4
4
0.48
Inertes : w w
Agua
1 0.47 0.48
0.05
4. RESULTADOS. RESUMEN: Corriente Flujo 1 1000 kg/h
Sal
Agua
Inertes 0.3 w 0.02 1 * 0.98 x w * 0.98 =20kg 1.3 1 .3 =0.75 0.23 =750kg =230kg L2=1824.77kg w 0.28 x 0.69 w 0.03 G3=742.88kg 0 0 x 1 Inertes
Sal
Agua
1
2 3
1
1
Sal
Agua
Inertes
2
2
2
Agua
3
4 5
L4=1081.89kg w L5=1062.69kg
Sal
4
w
Sal
5
0.47 0.7
1.7 0.40
6 7 8
L6=19.2kg L7=237.92kg L8=824.77kg
* 0.96 x
0 w w
Sal
7 Sal
8
0.97 0.33
x
Agua
4
Agua
5
0.48
0.04
w 0
1
w
0.05
Inertes
* 0.96
1. 7 0.56 0 x 0.03 x 0.62 Agua
Inertes
4
1
0.05
w w
5
Inertes
6
7
Agua
8
Inertes
8
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
EVALUACIÓN: Examen Unidad 1
FECHA:
ASIGNATURA: Operaciones Unitarias I
CALIFICACIÓN:
PROFESOR: I.Q. José Luis Escobar González
Nombre: Instrucciones: Realiza correcta y claramente el siguiente balance de materia de acuerdo al método de los cuatro
pasos. Sea un evaporador y un cristalizador. Se tratan 10 000 Kg/h de una disolución que contiene 20% de sólidos en peso. La disolución concentrada con un 50% en peso de sólidos que sale del evaporador se lleva al cristalizador donde se enfría, cristalizando el sólido y extrayéndose los cristales con un 4% de agua. La disolución saturada contiene 0,6 Kg. de sólido/Kg. de agua, se recircula incorporándose a la corriente de alimentación del evaporador. Se desea calcular los caudales de sal húmeda producida, de disolución recirculada y de agua evaporada.
3 1
2 5
P-5 / MX-102 Mixing
P-3 / TFE-101
4 6
Thin Film Evaporation P-4 / V-101 CRISTALIZA DO
Corriente 1 2 3 4 5
Flujo 10 000 kg/h L2=? G3=? L4=? L5=?
Sólidos w w
Sólidos
1 Sólidos
2
0.20
L6=?
Agua
1
Agua
2
0
Agua
3
0.50 ? 0. 6 w 1.6 0.38 w
Sólidos
4
Sólidos
5
6
Agua x 0.80 x ? x 1 x 0.50 1 x 1 .6 0.62 x 0.04
w
Sólidos
6
0.96
Agua
4
Agua
5
Agua
6
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
2. Planteamiento BASE DE CÁLCULO: 1 hora de operación. SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : L
G
1
3
L
6
Balances Parciales : Sólidos : L w 1
Agua : L x 1
Sólidos
1
Agua
3
G x
1
Gw
3
Sólidos
3
Agua
3
L w
L x 6
6
Sólidos
6
Agua
6
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : L
1
L
5
L
2
Balances Parciales : Sólidos : L w 1
Agua : L x 1
Sólidos
1
Agua
1
L w 5
L x 5
Sólidos
5
Agua
5
L w
2
L x 2
Sólidos
2
Agua
2
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
2
L
4
G
3
Balances Parciales : Sólidos : L w 2
Agua : L x 2
Agua
2
Sólidos
2
Gw 3
L x 4
Agua
4
Sólidos
3
G x 3
L w
Agua
3
4
Sólidos
4
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : L
4
L
5
L
6
Balances Parciales : Cromato de potasio : L w 4
Agua : L x 4
Agua
4
L x 5
Agua
5
Sólidos
4
L x 6
L w 5
Sólidos
5
L w
Agua
6
3. CÁLCULOS SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : 10000kg
G
3
L
6
Balances Parciales : Sólidos : 10000kg 0.20 L 0.96 6
L
6
2083.33kg
Agua : 10000kg 0.80 G
3
G
3
2083.33kg 0.04
7916.67 kg
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : 10000kg L
L
Sólidos : 10000kg 0.20 0.38 L
5
2
Balances Parciales : 5
L w 2
Sólidos
2
5
5
2
Agua
2
2
2000 0.38 L
Agua : 10000kg 0.80 0.62 L L x
L w
8000 0.62 L
5
L x 2
Agua
2
Sólidos
2
6
Sólidos
6
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
L
Sólidos : 2000 0.38L
2
4
7916.67kg
Balances Parciales : Agua : 8000 0.62 L
5
83.33kg 0.62 L
5
5
0.5 L
4
7916.67 kg 0.5 L
4
0.5 L
4
Igualando ambas ecuaciones y resolviendo para L 5:
2000 0.38L L
5
5
83.33kg 0.62 L
5
7986.13kg
Regresando al balance del proceso:
Balance General : 10000kg 7986.13kg L
2
L
2
17986.13kg
Balances Parciales : Sólidos : 17986.13kg w
Sólidos
2
w
Sólidos
2
0.49
Agua : x x
Agua
2
Agua
2
0.51
1 0.49
2000 0.3817986.13kg
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : L
4
L
4
7986.13kg 2083.33kg
10069.46kg
4. RESULTADOS RESUMEN: Corriente 1 2 3 4 5
Flujo Sólidos 10 000 kg/h w 0.20 L2=17986.13kg w 0.49 G3=7916.67kg 0 L4=10069.46kg w 0.50 L5=7986.13kg 0 .6 Sólidos
1
Sólidos
2
Sólidos
4
w
Sólidos
5
L6=2083.33kg
1. Caudal de sal húmeda producida: R: 2083.33 kg 2. Caudal de disolución recirculada: R: 7986.13 kg 3. Caudal de agua evaporada: R: 7916.67 kg
1.6
0.38
6
w
Sólidos
6
0.96
Agua x 0.80 x 0.51 x 1 x 0.50 Agua
1
Agua
2
Agua
3
Agua
4
x
Agua
5
1
1.6 0.62 x 0.04 Agua
6
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
EVALUACIÓN: Examen Unidad 1
FECHA:
ASIGNATURA: Operaciones Unitarias I
CALIFICACIÓN:
PROFESOR: I.Q. José Luis Escobar González
Nombre: Instrucciones: Realiza correcta y claramente el siguiente balance de materia de acuerdo al método de los cuatro
pasos. A partir de una disolución al 10% en peso de carbonato sódico se desea obtener por cristalización la sal decahidratada. La alimentación constituida por la disolución de carbonato sódico al 10% y por una corriente de aguas madres entra en un evaporador en el cual se extrae por cabeza una corriente de vapor y por fondo una disolución al 15% de sal. Esta última marcha a un cristalizador del cual se extraen por fondo 100 Kg/h de sal decahidratada con una humedad en aguas madres del 4% y por cabeza las aguas madres que se recirculan con un contenido del 10% en sal. Calcular: a) Caudal de alimentación fresca y total al evaporador. b) Caudal de vapor. c) Caudal de recirculación.
3 1
2 5
P-5 / MX-102 Mixing
P-3 / TFE-101
4 6
Thin Film Evaporation P-4 / V-101 CRISTALIZA DO
Corriente 1 2 3 4 5 6
Flujo Carbonato L1=? w 0.10 L2=? w ? G3=? 0 L4=? w 0.15 0.10 L5=? w L6=100kg/h w 0.96 Carbonato
1
Carbonato
2
Carbonato
4
Carbonato
5
Sólidos
6
Agua x 0.90 x ? Agua
1
Agua
2
x x x x
Agua
3 Agua
4 Agua
5 Agua
6
1 0.85 0.90
0.04
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
2. Planteamiento BASE DE CÁLCULO: 1 hora de operación. SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : L
G
1
3
L
6
Balances Parciales : Carbonato : L w 1
Agua : L x 1
Agua
1
Carbonato
1
G x 3
Agua
3
Gw 3
Carbonato
3
L x 6
L w 6
Carbonato
6
Agua
6
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : L
1
L
5
L
2
Balances Parciales : Carbonato : L w 1
Agua : L x 1
Agua
1
Carbonato
1
L x 5
Agua
L w 5
5
Carbonato
5
L x 2
L w 2
Carbonato
2
Agua
2
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
2
L
4
G
3
Balances Parciales : Carbonato : L w 2
Agua : L x 2
Agua
2
Carbonato
2
L x 4
Agua
4
Gw
3
Carbonato
3
G x 3
Agua
3
L w 4
Carbonato
4
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : L
4
L
5
L
6
Balances Parciales : Carbonato : L w 4
Agua : L x 4
Agua
4
Carbonato
4
L x 5
L w
Agua
5
5
L x
5
Carbonato
6
Agua
6
3. CÁLCULOS SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : L
1
G
3
100kg
Balances Parciales : Carbonato : 0.10L L
0.96100kg
960kg
1
1
Agua : 960kg 0.90 G
3
G
3
100kg 0.04
860kg
SISTEMA UNIÓN (REFLUJO) (AZUL)
Balance General : 960kg L
5
L
2
Balances Parciales : Carbonato : 960kg0.10 0.10 L
5
L w 2
Carbonato
2
5
5
2
Agua
2
L w
96 0.10 L
Agua : 960kg 0.90 0.90 L L x
864 0.90 L
5
L x 2
Agua
2
2
Carbonato
2
L w 6
Carbonato
6
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL EVAPORADOR (CAFÉ)
Balance General : L
2
L
4
860kg
Balances Parciales : Carbonato : 96 0.10L L
4
640 0.67 L
5
4
0.15 L
4
5
Agua : 864 0.90 L L
5
860kg 0.85 L
4
4.71kg 1.06 L
5
Igualando ambas ecuaciones y resolviendo para L 5:
640 0.67L L
5
5
4.71kg 1.06 L
5
1628.95kg
Regresando al balance de la unión:
Balance General : 960kg 1628.95kg L
2
L
2
2588.95kg
Balances Parciales : Carbonato : 2588.95kg w
Carbonato
2
w
Carbonato
2
0.1
Agua : x
Agua
2
1 0.1 0.9
96 0.101628.95kg
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL CRISTALIZADOR (AMARILLO)
Balance General : L
4
L
4
1628.95kg 100kg
1728.95kg
4. RESULTADOS RESUMEN: Corriente 1 2 3 4 5 6
Flujo Carbonato L1=960kg w 0.10 L2=2588.95kg w 0.10 G3=860kg 0 L4=1728.95kg w 0.15 L5=1628.95kg w 0.10 L6=100kg/h w 0.96 Carbonato
1
Carbonato
2
Carbonato
4
Carbonato
5
Sólidos
6
Agua x 0.90 x 0.90 x 1 x 0.85 x 0.90 x 0.04 Agua
1
Agua
2
Agua
3
Agua
4
Agua
5
Agua
6
a) Caudal de alimentación fresca y total al evaporador. R: 960 kg/h y 2588.95 kg/h, respecti vamente. b) Caudal de vapor. R: 860 kg/h c) Caudal de recirculación. R: 1628.95 kg/h
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
EVALUACIÓN: Examen Unidad 1
FECHA:
ASIGNATURA: Operaciones Unitarias I
CALIFICACIÓN:
PROFESOR: I.Q. José Luis Escobar González
Nombre: Instrucciones: Realiza correcta y claramente el siguiente balance de materia de acuerdo al método de los cuatro
pasos. En una industria textil se requiere preparar una disolución de sosa cáustica al 24% en peso para un proceso de mercerización. Debido al elevado calor de disolución de la sosa en agua, la solución se prepara en un proceso en dos etapas. En la primera de ellas se mezcla sosa sólida con agua y la disolución resultante del 50% en sosa, se mezcla en un segundo tanque con agua proveniente de una corriente de bypass del agua que entra en el primer tanque. Considerando que la pérdida de agua por evaporación en el primer tanque es del 4% del agua que entra, calcular la relación entre las corrientes de agua que entran al primer tanque y la de bypass en peso.
1 4
2
3
P-6 / V-102
P-8 / FSP-102 Flow Splitting
Corriente 1 2 3 4 5 6 7
P-7 / V-103
Mixer 1
Mixer 2
5
Flujo L1=? L2=? L3=? L4=? L5=? L6=? L7=0.04L3
Carbonato w 1 Sosa
1
w
Sosa
w
Sosa
w w
Sosa
w
Sosa
w
Sosa
2
3
4 Sosa
3
6
7
0 0
0.50
Agua x 0 x 1 x 1 x 0.50 x 1 Agua
1
Agua
2
Agua
3
Agua
4
0
0.24
0
Agua
5
x x
Agua
6 Agua
7
0.76 1
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
2. Planteamiento BASE DE CÁLCULO: 1000 kg de Sosa Cáustica al 24% SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : L
1
L
L
2
G
6
7
Balances Parciales : Sosa : L w 1
Sosa
1
Agua : L x 1
Agua
L w 2
1
Sosa
2
L x 2
Agua
L w 6
2
6
L x
Sosa
6
Gw
G x
Agua
6
7
Sosa
7
7
Agua
7
SISTEMA DERIVACIÓN (AZUL)
Balance General : L
2
L
3
L
5
Balances Parciales : Sosa : L w 2
Sosa
2
Agua : L x 2
Agua
2
L w 3
sosa
3
L x 3
Agua
L w
3
5
Sosa
5
L x 5
Agua
5
SISTEMA DEL MEZCLADOR 1 (CAFÉ)
Balance General : L
1
L
3
L
4
G
7
Balances Parciales : Sosa : L w 1
sosa
1
Agua : L x 1
Agua
1
L w
3
sosa
3
L x 3
Agua
3
L w
4
Sosa
4
L x 4
Agua
4
Gw
7
Sosa
7
G x 7
Agua
7
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL MEZCLADOR 2 (AMARILLO)
Balance General : L
L
4
5
L
6
Balances Parciales : Sosa : L w 4
Sosa
4
Agua : L x 4
Agua
4
L w
5
sosa
5
L x 5
Agua
L w 6
6
L x
5
Sosa
6
Agua
6
3. CÁLCULOS SISTEMA TOTAL DEL PROCESO (VERDE)
Balance General : L
1
L
2
1000kg G
7
Balances Parciales : Sosa : L
1
L
1
240kg
Agua : L
2
L
2
1000kg 0.24
1000kg 0.76 G
7
760kg G
7
SISTEMA DERIVACIÓN (AZUL)
Balance General : 760kg G
7
Balances Parciales : Agua : 760kg G
7
L
3
L
5
L
3
L
5
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
SISTEMA DEL MEZCLADOR 1 (CAFÉ)
Balance General : 240kg L
3
L
4
0.04 L
3
Balances Parciales : Sosa : 240kg 0.5 L
4
L
4
480kg
Agua : L
3
L
3
480kg 0.5 0.04 L
250kg
G
0.04250kg
G
10kg
7
7
3
Regresando al balance del proceso:
L
760 kg 10 kg
L
770 kg
2
2
Del balance de la derivación:
Balance General : 760 kg G
7
L
5
L
3
L
5
520 kg
4. RESULTADOS. Corriente 1 2 3 4 5 6 7
Flujo L1=240kg L2=770kg L3=250kg L4=480kg L5=520kg L6=1000kg L7=10kg
Carbonato w 1 Sosa
1
w
Sosa
w
Sosa
w w
Sosa
w
Sosa
w
Sosa
2
3
4 Sosa
3
6
7
0 0
0.50
Agua x 0 x 1 x 1 x 0.50 x 1 x 0.76 x 1 Agua
1
Agua
2
Agua
3
Agua
4
0
0.24
0
Agua
5
Agua
6
Agua
7
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA DIRECCIÓN DE TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Calcular la relación entre las corrientes de agua que entran al primer tanque y la de bypass en peso. R:
250 kg 520kg
0.48
kg de agua que entran al tanque 1 kg de agua que se deriva.
