TALLER BALANCE CON Y SIN REACCIÓN QUÍMICA
1. El secado por aspersión es un proceso en el cual un líquido que contiene sólidos disueltos o en suspensión se inyecta a una cámara a través de un aspersor o atomizador centrífugo de disco. La niebla entra en contacto con aire caliente, el cual evapora la mayoría o la totalidad del líquido, dejando que los sólidos secos caigan sobre una banda transportadora ubicada en el fondo de la cámara. e produce lec!e en polvo en un secador por aspersión que mide " metros de diámetro por " metros de altura. El aire entra a #"$ %& y # atm. La lec!e alimentada al atomizador centrífugo de disco contiene $'( de agua en peso )b.!.*, la cual se evapora por completo. El +ujo de gas de salida es de ## m-mi a %& y # atm. abs. y la velocidad de evaporación de agua es de //$ 0g-!r. &alcular1 a* La producción de lec!e en polvo en 0g-!r. Rta: 97,28 kg/h. b* El +ujo volumétrico de aire de alimentación. Rta: 22607,56 m3/h 2. El diagrama muestra el proceso para la recuperación de cromato de potasio
)2 /&r34* a partir de una solución acuosa de ésta sal.
e alimentan al proceso #' ''' lb-!r de una solución que contiene /5( en peso de 2 /&r34. La corriente de reciclo contiene 5( en peso de 2 /&r34. La solución concentrada que abandona el evaporador, la cual contiene 5'( de 2 /&r34, se alimenta a un cristalizador y 6ltro donde se enfría cristalizando parte del 2 /&r34. La torta del 6ltrado está formada por cristales de 2 /&r34 y una solución que contiene 5( de 2 /&r34 en peso7 los cristales forman 85( de la masa total de la torta de 6ltrado. La solución que pasa a través del 6ltro, con una concentración de 5( de 2 /&r34 es la corriente de recirculación. &alcular
el +ujo de agua eliminada en el evaporador en lb-!r, el +ujo de cristales en lb-!r, la relación de recirculación )masa de reciclo-masa de alimento fresco* y el +ujo de alimento combinado al evaporador. Rta: 7416, lb/h; 2454,8 lb/h; 0,8053; 18053 lb/h 3. 9os tanques se encuentran inicialmente aislados uno del otro por medio de
una válvula :. El tanque ; contiene en un comienzo # pie de aire a #'' psia y #5' o<. El tanque ;; contiene inicialmente una mezcla de 3 / y = / formada por un 85( molar de = / a /'' psia y /'' o<. La válvula : se abre permitiendo que se mezcle el contenido de los dos tanques. Luego de completar el mezclado, se determinó que el gas contenía 5( molar de =/. &alcular el volumen de ;;. Rta: 0,325 ft3
4. &ierto gas a "'
o
< y #./ pulg >g +uye por un ducto irregular. &on el propósito de determinar la velocidad de +ujo del gas, se introduce &3 / en la corriente gaseosa. El análisis del gas resultante es1 &3 / .4( en volumen. El contenido original de &3 / era de #./( en volumen. El tanque de &3 / se colocó en una balanza y se determinó una pérdida en peso de #5 lb en ' minutos. 9etermine la velocidad de +ujo del gas en pies -mi. Rta: 181, 5 pies3/mi
5. ?na solución que contiene '( en peso de sal en agua se alimenta a un
evaporador. &alcular el porcentaje de agua evaporada si la solución concentrada que sale del evaporador contiene "/( en peso de sal. Rta: 73,74%
6. ?na solución acuosa contiene /5( en peso de sal. a* E@presar la composición como lb de sal-lb de agua y porcentaje en peso de agua. Rta: 0,333 b* A&uál es la composición en peso, si el 4'( del agua presente inicialmente es evaporadaB Rta: 35,71% c* A&uál es la composición si una cantidad de agua igual al 4'( del peso de la solución original es evaporadaB Rta: 41,66% d* A&uánta agua deberá evaporarse de #'' lb de la solución si su composición 6nal es del 4'( en peso de aguaB Rta: 58,34 lb
7. ?n lodo formado por &a&3 y >/3 contiene 4$( de > /3 )b.!.*. e pretende reducir el contenido de agua !asta un 4( )b.!.*. 9etermine el porcentaje de agua que debe retirarse. El problema puede resolverse utilizando el método de base !Cmeda o de base seca. !t"#" #e $ase &me#a1 D.&.1 #'' 0g de lodo inicial
8. 9urante las etapas iniciales de un secado, un material pierde agua a velocidad constante. i el material !Cmedo contiene 5' lb de sólido seco y tiene un área de /'' pies / y pierde agua a velocidad de '. lb de agua-)!r @ pie/*7 A qué tiempo será necesario para secar el material desde un ''( de agua )b.s.* !asta un #5'( de agua )b.s.* B Rta: 1,25 h
9. Para formar 4 500 lb de FeSO 4 se necesitó 1 tonelada de hierro. Si se suministran 335 galones de H2SO4 uro cu!a densidad es 1"# g$cm3. %alcular& a' (l reacti)o limitante. b' (l orcenta*e e+ceso. Rta: 30, c' (l grado de finali-ación. Rta: 5, d' /os ilogramos de H2 obtenidos ! su )olumen en m3 a condiciones normales. Rta: 2"# g 301 m3 Fe H2SO4
FeSO4 H2
10. na me-cla de H2 ! 2 con una relación molar de 4 6moles de H 2$mol 2'" se alimenta a un reactor de amoniaco. Si el grado de finali-ación es del 30," calcular los ilogramos de amoniaco roducidos or ilogramo de me-cla inicial ! el orcenta*e de H2 en e+ceso. Rta: 0"2#3 g 33.3,. 3 H2 2
2 H3
11. /a cali-a es una me-cla de carbonatos de magnesio ! calcio" adem7s de material inerte. /a cal se obtiene calcinando los carbonatos" esto es" calentando hasta retirar el %O 2 de acuerdo a las reacciones&
%a%O3
%aO %O2
8g%O3
8gO %O2
9l calcinar la cali-a ura" consistente en carbonatos :nicamente" se obtienen 44"# lb de %O2 or cada 100 lb de cali-a. ;%u7l es la comosición de la cali-a< Rta: ="#, 8g%O3 =0"22, %a%O3
12. /os rocesos modernos ara roducir 7cido n>trico se basan en la o+idación de amoniaco sinteti-ado or la reacción de Haber. (l rimer aso en el roceso de o+idación es la reacción de H3 con O2 sobre un catali-ador de latino" ara roducir ó+ido n>trico. 4 H3 5 O2
4 O H2O
?a*o un con*unto determinado de condiciones" se obtiene una con)ersión de =0, de H 3" con una alimentación de 40 g@mol$hr de H 3 ! 0 gmol$hr de O 2. %alcular el flu*o de salida del reactor ara cada comonente.
13. (l clorobenceno se fabrica haciendo reaccionar cloro seco con benceno l>Auido" utili-ando cloruro fBrrico como catali-ador. (+isten dos reacciones donde se forma mono ! diclorobenceno& %H %l2 %H5%l %l2
%H5%l H%l 61' %H4%l2 H%l 62'
(l =0, del benceno forma monoclorobenceno ! 15, de Bste reacciona ara formar diclorobenceno. (l %l2 se suministra en un 20, en e+ceso del necesario ara la monocloración. (l H%l ! el %l 2 en e+ceso abandonan el reactor como gases. (l roducto l>Auido obtenido contiene benceno sin reaccionar" mono ! diclorobenceno. Sobre la base de 100 lb de benceno alimentado" calcular& a' /a masa ! comosición del roducto l>Auido. b' /a masa ! comosición de los gases Aue abandonan el reactor.
14. (n un determinado roceso se sucede la siguiente reacción& 2 %r 2O3 3 %S2 C 2 %r 2S3 3 %O2 Por cada ilogramo de %r2O3 se roducen 2=1 gramos de %O2 ! salen sin reaccionar 30 gramos de %S2. Determinar& a' (l reacti)o limitante. b' (l grado de finali-ación. c' (l orcenta*e en e+ceso.
15. (l ó+ido de hierro se reduce a hierro en un horno elBctrico seg:n la reacción& 4 Fe2O3 = % C # Fe %O 3 %O 2
Si el carbono se encuentra en un 1 20, en e+ceso ! sólo el #3, del Fe2O3 reacciona" calcular& a' /a relación en eso 6Fe2O3$%' alimentada al horno. b' /os ilogramos de Fe2O3 alimentados al horno ara roducir 1 tonelada de Fe.
16. (l aluminio se reduce con carbono seg:n la reacción& 9l2O3 3 % C 3 %O 2 9l Se suministra carbono en un 200, en e+ceso ! el grado de finali-ación de la reacción es del =0,. %alcular los ilogramos de carbono en la carga final or cada ilogramo de aluminio roducido.
