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DEL PAPALOAPAN
CAMPUS TUXTEPEC OPERACIONES UNITARIAS
Elaborado por: Dra. Jacqueline Capataz Tafur. Taller N° 1. Cristalización 1. Una solución caliente de Ba(NO 3)2 que procede de un evaporador contiene 30.6 kg de Ba(N0 3)2/100 kg H 20
y pasa a un cristalizador donde se enfría y cristaliza nitrato de bario. El enfriamiento produce una evaporación del 10% del agua presente en la solución original. Calcule lo siguiente para una alimentación de 100 kg totales de solución: a) El rendimiento de cristales cuando la solución se enfría a 290 °K (17 °C) si la solubilidad es de 8.6 kg Ba(N03)2/100 kg de agua. b) El rendimiento al enfriara 283 K, donde la solubilidad es 7.0 kg Ba(N0 3)2/100 kg de agua. Un lote de 1000 kg de KCl se disuelve en suficiente agua para obtener una solución saturada a 363 °K, que contiene 35% de KCl en peso. La solución se enfría a 293 °K, y donde la solubilidad es de 25.4% en peso.
2.
a) ¿Cuál es el peso de agua que se requiere para la solución y qué peso de cristales se obtiene? b) ¿Cuál es el peso de cristales que se obtiene suponiendo que se evapora un 5% del agua original al enfriar la solución? Una disolución caliente que contiene 1000 kg de MgSO 4 en agua a concentración del 30% en peso se enfría a 288.8 K, y se precipitan cristales de MgSO 4. 7H 20. La solubilidad a 288.8 K es de 24.5% en peso de MgSO4 anhidro en la solución. Calcule el rendimiento de cristales cuando un 5% del agua original del sistema se evapora a causa del enfriamiento.
3.
Una corriente de alimentación a 10000 Lb m, y 130 °F, que contiene 47.0 Lb de FeSO 4/100 Lb de agua total, se enfría a 80 °F, para extraer cristales de FeSO 4.7H20. La solubilidad de la sal es 30.5 Lb de FeS0 4/100 Lb de agua total. La capacidad calorífica promedio de la corriente de alimentación es de 0.70 Btu/ Lb m °F. El calor de disolución a 18 °C es -4.4 Kcal/gmol (-18.4 KJ/gmol) de FeSO 4 *7H20.
4.
Calcule el rendimiento de cristales y establezca el balance de calor (q). Suponga que no se vaporiza agua. 5. Empleando las condiciones del ejercicio 2 pero enfriando la solución a 283.2 K (50 °F), la solubilidad es de 30.9 kg MgSO 4/100 kg de agua total. Calcule el efecto sobre el rendimiento y el calor absorbido a 283.2 K en lugar de a 293.2 K para la cristalización.
6. Una solución salina que pesa 10 000 kg y tiene 30 % en peso de Na 2CO3, se enfría hasta 293 °K. La sal cristaliza como decahidrato. ¿Cuál será la cantidad de cristales de Na 2CO3 10H2O si la solubilidad es 21 kg de Na2CO3 anhidro/100 kg de agua? Proceda a los cálculos para los siguientes casos: •
a) Suponga que no se evapora agua. b) Suponga que el 3% del peso total de la solución se pierde por evaporación durante el enfriamiento.
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En un proceso que produce KNO 3, el evaporador se alimenta con 1 000 kg/h de una solución que contiene 20% de KNO 3 de sólidos en peso y se concentra a 422 K para obtener una solución de KNO 3 al 50% de sólidos en peso. Esta solución se alimenta a un cristalizador a 311 K, donde se obtiene cristales de KNO 3 al 96% de sólidos en peso. La solución saturada que contiene 37.5% de KNO 3 de sólidos en peso se recircula al evaporador. Calcule la cantidad de corriente de recirculación R en kg/h y la corriente de salida P en kg/h. 7.
150 Kg de solución acuosa saturada de AgNO 3 a 100oC se enfrían hasta 20 °C, formando así cristales de AgNO 3, los cuales se filtran de la solución restante. La torta de filtración húmeda que contiene 80% de cristales sólidos y 20 % de solución saturada por masa, pasa a un secador, donde se vaporiza el agua restante. Calcule la fracción de AgNO 3 en la corriente de alimentación que se recupera al final en forma de cristales secos y la cantidad de agua que debe eliminarse en la etapa del secado. 8.
Datos: Las composiciones de las soluciones saturadas de nitrato de plata a 100°C y 20 °C: 100 g de agua a 20 °C pueden disolver 222 g de AgNO 3, y a 100 °C pueden disolver 952 g de AgNO 3. Una disolución de 30% de MgSO 4 y 70% de agua, se enfría a 60 °F. Durante el enfriamiento se evapora un 5 % de agua total del sistema. ¿Cuántos kg se obtendrá de cristales por cada kg de mezcla inicial? 9.
La solubilidad del sulfato de magnesio anhidro a 20 °C es 35.5 g/100 g de H 2O ¿Cuánto MgSO 4 7H2O se debe disolver en 100 kg de H 2O? 10.
•
Si se disuelven 100 g de Na 2SO4 en 200 g de agua y la solución se enfría hasta obtenerse 100 g de Na2SO4 10H2O; encontrar: 11.
•
a) composición de la solución residual (licor madre) b) g de cristales que se recuperan por 100 g iniciales de la solución.
Una solución de MgSO 4 que contiene 53 g de sólido por cada 100 g de agua entra como alimentación de un cristalizador al vacío a 210 °F. El vacío en el cristalizador corresponde a una temperatura de ebullición de H2O de 41 °F, y la solución saturada de MgSO 4 tiene una elevación de la temperatura de ebullición de 2 °F. ¿Cuánta alimentación debe introducirse en el cristalizador para producir 900 kg de sal de Epson (MgSO4 7H2O) por hora? 12.
•
En un proceso en estado estacionario se quiere recuperar cromato de potasio cristalino (K 2CrO4) de una solución acuosa de sal (ver figura). 13.
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En el proceso, 4500 kg/h de una solución que contiene un tercio de K 2CrO4 se unen a una corriente de recirculación con 36.4 % K 2CrO4, y se alimenta la corriente combinada a un evaporador. La corriente concentrada que sale del evaporador contiene 49.4 % K 2CrO4; dicha corriente se alimenta a un cristalizador en el cual se enfría (haciendo que los cristales de K 2CrO4 se separen de la solución) y después se filtra. La torta de filtración consta de cristales de K 2CrO4 y una solución que contiene 36.4 % de K 2CrO4 por masa; los cristales constituyen 95 % de la masa total de la torta de filtración. La solución que atraviesa el filtro, constituye la corriente de recirculación. Calcule la velocidad de evaporación (agua evaporada), la velocidad de producción de K 2CrO4 cristalino, las velocidades de alimentación a las que el evaporador y el cristalizador deben estar diseñados y la relación de recirculación (masa recirculada)/(masa de alimentación fresca)
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