Actividad 6 Balances de Materia y Energía PDF

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i Actividad 6 Balances de Materia y Energía Fecha de entrega: 25 de febrero de 2018 Instrucciones: Resuelve los siguientes problemas. kg 1. A un tanque de 2 m3 se alimenta agua a una velocidad de 6 s y se retira a un velocidad de 3 kg s . En el inicio, el tanque está lleno hasta la mitad. a) Indique...

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Actividad 6 Balances de Materia y Energía Fecha de entrega: 25 de febrero de 2018 Instrucciones: Resuelve los siguientes problemas. 1. A un tanque de 2 m3 se alimenta agua a una velocidad de 6 3 kg . En el inicio, el tanque está lleno hasta la mitad. s

kg s

y se retira a un velocidad de

a) Indique si el proceso es continuo, intermitente o semicontinuo. ¿Se encuentra en estado transitorio o estacionario? b) Escriba el balance de masa para el proceso e indique cuáles términos de la ecuación general del balance se pueden omitir y por qué. c) ¿Cuánto tardará el tanque en derramar su contenido? 2. En un reactor tipo tanque agitado, se lleva a cabo la reacción A → B. La concentración de A . En el tanque y en la corriente de salida la concentración es en la alimentación es CA0 [=] mol m3 . Ninguna concentración varía con el tiempo. El volumen del contenido del tanque CA [=] mol m3 3 es V [=] m y la velocidad de flujo volumétrico de las corrientes de entrada y de salida es V˙ 3 [=] ms . La velocidad de reacción, que se define como la velocidad a la cual se consume A en la reacción dentro del tanque, está dada por la expresión: rA (mol A consumidos/s) = kV CA donde k es una constante.

a) Diga si el proceso es contínuo, intermitente o semicontínuo, y si su estado es estacionario o transitorio. b) ¿Cuál sería la probable concentración CA del reactivo si k = 0 (no hay reacción)? ¿Cuál sería la concentración en caso de que k → ∞ (reacción infinitamente rápida)? c) Escriba un balance diferencial para A, indicando qué términos de la ecuación general de balance descartaría y por qué. Use el balance para obtener la siguiente relación entre las CA0 concentraciones de reactivo en la entrada y la salida: CA = 1+kV . Verifique que esta /V˙ relación prediga los resultados del inciso b). 3. Una mezcla líquida de benceno y tolueno contiene 55 % mol de benceno en masa. Parte de la mezcla se va a evaporar para generar un vapor que contenga 85 % de benceno y un líquido residual con 10.6 % de benceno en masa. Suponga que el proceso se va a efectuar de manera contínua y en estado estacionario, con una velocidad de alimentación de 100 kg/h de la mezcla al 55 %. Sean m ˙ v (kg/h) y m ˙ l (kg/h) las velocidades de flujo másico de las corrientes de producto gaseoso y líquido, respectivamente. Dibuje y etiquete el diagrama de flujo de proceso, y después encuentre los valores de m ˙v ym ˙ l.

ii 4. Una columna de destilación es una unidad de proceso en la cual la mezcla de alimentación se separa mediante múltiples vaporizaciones y condensaciones parciales para formar dos o más corrientes de producto. La corriente de producto ligero es rica en los componentes más volátiles de la mezcla de alimentación (aquellos que se vaporizan con mayor facilidad) y la corriente de producto pesado es rica en los componentes menos volátiles. El siguiente diagrama muestra una columna de destilación con dos corrientes de alimentación y tres de producto:

a) ¿Cuántos balances de materia independientes pueden escribirse para este sistema? b) Efectúe un análsis de grados de libertad y mencione si es posible encontrar las incógnitas del proceso. c) Suponga que se dan valores para m ˙ 1 y x2 . Escriba una estrategia de resolución para obtener las demás incógnitas. 5. La extracción líquida es una operación que se usa para separar los componentes de una mezcla formada por dos o más especies de líquidos. En el caso más simple, la mezcla contiene dos componentes: un soluto (A) y un solvente líquido (B). La mezcla se pone en contacto, en un recipiente con agitación, con un segundo solvente líquido (C), el cual tiene dos propiedades fundamentales: A se disuelve en él y B es inmiscible o casi inmiscible en él. Parte de A se transfiere de B a C, y después la fase rica en B (el refinado) se separa de la fase rica en C (el extracto) en un tanque de decantación. Si, en otra etapa, el refinado se pone en contacto con C fresco, se transferirá más A hacia él. Este proceso pude repetirse hasta que se extrae casi toda la sustancia A de B. A continuación aparece el diagrama de flujo de un proceso en el cual se extrae ácido acético (A) de una mezcla de este ácido y agua (B), usando 1-hexanol (C), un líquido inmiscible con agua.

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a) ¿Cuál es el número máximo de balances independientes de materia que pueden escribirse para este proceso? b) Efectúe un análisis de sensibilidad y comente si es posible encontrar las incógnitas del proceso. c) Calcule m ˙ C, m ˙E ym ˙ R. d ) Calcule la diferencia entre la cantidad de ácido acético en la mezcla de alimentación y en la mezcla al 0.5 %, y demuestre que es igual a la cantidad que sale en la mezcla al 9.6 %. 6. Resuelva los problemas 4.10, 4.11, 4.12, 4.13 y 4.14 del libro: Felder, Richard M. & Rousseau, R. W. Principios elementales de los procesos químicos. Wiley, 3ra edición.

c Dr. Edgar Omar Castrejón González

Departamento de Ingeniería Química Tecnológico Nacional de México en Celaya Enero-Junio, 2018...