EJERCICIOS

1. Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Química
Química de Procesos
QUI-024
Hoja de Ejercicios Nº4
1. La Figura 1 esquematiza un proceso continuo en estado estacionario, para el cual se desconocen varios valores
de w ( fracciones en masa) El estudiante J. afirma que en base a la información disponible, el problema tiene una
solución única para los valores desconocidos de w. Por otro lado, el estudiante L. mantiene que faltan cuatro
valores de w, que es posible escribir tres balances de materia de los componentes y que se pueden usar tres
relaciones para Σw = 1, una para cada corriente, lo que da un total de seis ecuaciones, de manera que no existe
una solución única para el problema. Analice ambas posiciones y establezca la visión correcta.
{sobre
A = 6 [Kg]
especificado}
Figura 1
w1 = 0,30
w2 = ?
w2 = 0,20
F = 10 [Kg]
w1 = 0,10
w2 = ?
P = 16 [Kg]
w1 = 0,175
w2 = ?
w2 = ?
Proceso
2. Se extrae un soluto A desde una solución acuosa (corriente 2) con un solvente no-acuoso (corriente 1). Se
alimentan ambas corrientes a un mezclador-separador en una razón de 2,00 [lb] de solvente no-acuoso por cada
[lb] de solución acuosa. Salen 2260 [lb/h] de fase solvente no-acuoso del mezclador-separador (corriente 3). La
fase acuosa que sale del mezclador-separador (corriente 4) contiene un 7,67 % del soluto A. Si el soluto A se
extrae en el solvente no-acuoso de manera que la relación de fracciones en masa de A en ambas fases es de
w3A = 1,5 • w4A , donde w3A = [lb] de A / [lb] de solución de solvente no-acuoso y w4A = [lb] de A / [lb] de solución
acuosa, calcular:
1
1
F
Solvente
No-acuoso puro
3
F =2260 [lb/h]
3
wA
3
2
4
4
Mezclador
2
F
4
w A=0,0767
Separador
F
2
wA
a. El número de grados de libertad del proceso.
{0}
b. Resuelva y complete los valores de composición y flujo en planilla EXCEL según Tabla con información dada.
A
B
1
C
D
E
F
Datos
2
F3
3
4
w
A
G
H
I
J
Relaciones
F1/F 2
2260
3
A
0,0767
w /wA
2
4
1,5
4
5
6
7
Linea Nº
8
Corriente
9
Componente
A
1
2
Sol. no ac. puro
wi
Wi* F1
3
Sol. Ac.. Aliment.
wi
4
Sol. no ac. con A
Sol. Ac. Gastada
wi*F2
wi
wi*F3
wi
wi*F4
0
=D13*C10 {=(H10+J10)/F13}
{=E10*F13}
=F3*C3
=H13*G10
=C3
{=I10*J13}
0
=D13*C11
{=1-E10}
{=E11*F13}
0
=H13*G11
=1-I10
{=I11*J13}
1
=D13*C12
0
=E12*F13
=1-G10
=H13*G12
0
{=I12*J13}
1
=H12
1
=D13/F2
1
=C2
1
{=D13+F13H13}
10
Agua
11
Solvente noacuoso
12
Total
13
3. Un gas A que contiene 79,10% N2, 1,70% O2, y 19,20% SO2 se mezcla con otro gas B que contiene 43,47% N2,
6,53% O2, y 50,0% SO2, para producir una mezcla final gaseosa C que contiene 76,50% N2, 2,05% O2, y 21,45%
SO2. Todas las composiciones están expresadas como porcentajes molares. Determine:
a. el número de variables de corrientes independientes que hay en el problema
{9}
b. el número de balances de materia que pueden plantearse y cuántos serán independientes {indep. 3}c. la
proporción en que deben mezclarse las corrientes de A y de B
{NA/NB=12,7}
4. Típicamente se utilizan evaporadores para concentrar soluciones, eliminando por ebullición algo del solvente.
Para economizar energía, frecuentemente se efectúa la evaporación en varias etapas empleando el vapor
generado en una etapa como agente calefactor de la próxima (que naturalmente opera a menor presión). En la
operación de evaporación multietapa que se muestra en la Figura P2.22, se concentra una solución de azúcar
que tiene originalmente un 50% en peso, hasta un 65%, evaporando cantidades iguales de agua en cada uno de
los cuatro evaporadores incluidos en el circuito. Para una alimentación fresca total de 50000 [lbm/h], determine
las concentraciones de las corrientes intermedias {waz(1-2)=0,531; waz(2-3)=0,565; waz(3-4)=0,605}

2. 5. Una lechada compuesta de un precipitado de TiO2 en una solución de agua salada se va a lavar en tres etapas,
como se muestra en la Figura P2.21. Si la lechada de alimentación consiste de 1000 [lbm/h] de 20% en peso
de TiO2, 30% de sal, y el resto agua, calcule la alimentación de agua de lavado a cada etapa. Considere que
la operación se realiza de tal manera que:
{F2=1200; F3= 1600; F4=1600}
(i) el 80% de la sal alimentada a cada etapa sale con la solución de desperdicio
(ii) la lechada de salida de cada etapa contiene una tercera parte de sólidos
(iii) en cada etapa, la concentración de sal en su solución de desperdicio es igual a la concentración de sal
acarreada con la lechada de salida de la etapa
6. Puede extraerse el ácido benzoico de una solución acuosa diluida, mediante el contacto de la solución con
benceno en una unidad extractora simple. La mezcla se separará en dos corrientes: una que contiene ácido
benzoico y benceno y otra que contiene a los tres componentes, como lo muestra el diagrama de la Figura P2.18.
El benceno es ligeramente soluble en agua, de modo que la corriente 4 contendrá 0,07 [Kg de benceno / Kg de
agua]. El ácido benzoico se distribuirá ente las corrientes 3 y 4 de la siguiente manera:
[masa ácido benzoico / masa benceno]3 = 4 [masa ácido benzoico / (masa benceno + masa agua)]4
La solución de alimentación, corriente 1, contiene 2 .10–2 [Kg de ácido / Kg de agua] y se opera con un flujo de
104 [Kg/h]
a. Demuestre que el problema está subespecificado
b. Suponga que el ácido benzoico extraído en la corriente 3 vale 1,0 [US$ /Kg] y que el benceno fresco ( corriente
2) cuesta 0,03 [US$ /Kg]. Construya una gráfica que represente la utilidad neta del proceso versus el flujo de
benceno y seleccione el flujo óptimo del solvente empleado como extractante (benceno)
{2203[kg/h]}
7. Un fabricante mezcla tres aleaciones para obtener 10000 [lbm/h] de una aleación requerida. En la siguiente tabla
se informan las composiciones de las aleaciones (porcentajes en peso)
componentes
Aleación 1
Aleación 2
Aleación 3
Aleación deseada
60
20
20
25
A
20
60
0
25
B
20
0
60
25
C
0
20
20
25
D
a. Calcule los flujos de alimentación de las tres aleaciones. Analice si efectivamente pueden cumplirse todas las
condiciones
{sobre especificado y no-consistente}
b. Suponga que también puede emplearse una cuarta aleación, que contiene un 20% de B, 20% de C, y un 60%
de D. Calcule los flujos de alimentación de las cuatro aleaciones
{2500;2500;2500;2500}
c. Suponga que sólo se requiere que la aleación final tenga un 40% de A y cantidades iguales de B y C (no se
especifica el porcentaje en peso de D). Determine en que proporciones deberían mezclarse las cuatro
aleaciones disponibles, y calcule la composición de la aleación final que se obtendría en estas condiciones.
{subespecificado}
MOO/ PRO/pro/qui-024/g4