ejercicios de b.m.e

Balance de materia y energía

EJERCICIO # 1.

Una planta conduce una solución de C2HSOH hay 90% mol

a) Determine la fracción masa de las componentes b) Si la producción de la planta es de 1000 lb mol/h calcule la producción equivalente kg/min. c) Para la producción de B calcule la producción molares de la corriente de Kmol/h

90% mol N= 1000 lbmolh

C2H2OH .90

Xn H2O .10

Sustancia %mol PM (g/mol) Xn Xw

CH2H2OH 90 46 90/100 .90 0.9583

H2O 10 18 10/1000 .10 0.0417

a)

Xw CH2H2OH = .90(46)

.90 (46 )+.10 (18) = 0.9583

Xw H2O = .90 (18)

.90 (46 )+.10 (18) = 0.427

Pm = 1

∑Xw1pm 5

Pm = 1

0.950346

+0.041718

= 43.1978

Pm ∑Xnj Pm Pm= 0.90 (46) + 0.10 (18) = 43.2

Conversión.

1000 lbmolh

= 43.2 lbmlbmol

= 43.200 lbh

h

60min . = 0.4536kglbm

= 326.592 kgmin .

c) NJ = NXnj

N C2H2OH = 100 100lbmol

h 0.4536kglbm

= 408.24 kgh


N H2O = 100 lbmolh

0.4536kglbmol

= 45.36 kgh


EJERCICIO # 2.

Una corriente contiene la siguiente composición en fracción peso

Xw la cual es alimentada en una columna de

H2O 0.4 destilación en razón de 100 lb/h determinar.

C2H5OH 0.3

CH3OH 0.1 a) Nombre de los compuestos

CH3COOH 0.2 b) Flujo molar de c/componente

c) fracción mol de c/componente

d) peso molecular dela mezcla

a)

1000 lb/h

H2O -4 a) agua

CH3OH -1 b) etanol

C2H5OH -3 c) metanol

CH3COOH -2 d) ácido acético

b)

Mj = MXnj MX n5

1000 X .4 =

M H2O = 400

M C2H3OH = 300

M CH3 OH = 100

M CH3COOH = 2001000

lb/h


c) = Nj = mjPmj

N H2O = 40018

= 22.222

N C2H3OH = 30046

= 6.5217

N CH3 COOH 10032

= 3.125

N CH3COOH 20060

= 3.333

35.1791 lb mol/h

d) Pm 1

0.418

+0.346

+0.132

+0.260

= 28.5714 g/mol


EJERCICIO # 3.

Calcule el peso molecular promedio del aire si sabemos que está formado por 21% de Oxigeno y el resto de Nitrógeno. (79%)

Aire .21 O2 36 g/mol

.79 N2 28 g/mol

Pm = ∑ Xnj Pmj para fracción mol

Pm = (.21 x 36) + (.79 x 28) = 29.68 g/mol

EJERCICIO # 4.

Se tiene un volumen de 100 ml de una mezcla a 26° C y 76 mm Hg con la con la siguiente composición en % Volumen Oxigeno 20% Nitrógeno 78.2% CO2 0.42% van H2O 1.38%

Determinar

a) lb masa de c/componente

b) g/mol de c/componente

c) composición en % masa y peso molecular promedio

Pv = nRT

T = PvRT

nT = 1atm100m 3

82.057 x102(248) = 0.4089 Kg/mol

c) Pm 1

∑Xw1Pm5

100 m2

25° C760 mm Hg

(1 atm)


Pm = 1

2032

+78228

+0.004244

+0.13818

= 28.53 g/mol

XwO2 = .20 (32)

.20 (32 )+.782 (28 )+0.0042 (44 )+0.138 (18) = 0.2227

XwN2 = .782(44)

.20 (32 )+782 (28 )+0.0042 (44 )+0.138 (18) = 0.7621

XwCO2 = 0.042(44)

.20 (32 )+782 (28 )+0.0042 (44 )+0.138 (18) = 0.00643

XwH2O = 0.0138(18)

0.20 (32 )+782 (28 )+0.0042 (44 )+0.138 (18) =

b) NO2 = 1atm20m3

82.057 x10−2m3atm

kg mol ° K(298) = 0.08178 kg mol

N N2 = 1atm78.2m3

82.057 x10−2 m3atmkgmol ° K

(298) 0.3197 kg mol

N CO2 = 1atm0.42

82.057 x10−2 m3atmkgmol ° K

(298) = 0.001717 Kg mol

N H2O = 1atm1.38m3

82.057 x102m3

kgmol ° K(298)

= 0.00564 Kg mol

a) Conversión

81 gmol 1lb

453.595 = 0.18029 kg mol

31.97 0.07048 kg mol

0.1717 0.000378 kg mol

0.564 0.001243 kg mol


EJERCICIO # 5.

En una industria de shampoo se procesa 1735 lb/h de producto con la densidad de 0.944 g/cc

determina

a) cuantos galones se procesan al año considerando 254 días laborales al año y 2 turnos de trabajo por día 5 hrs 1 de 6 hrs.

b) Cuantas botellas se requieren anualmente si cada recipiente tiene un volumen de 355 ml y se llenan al 95% de su capacidad.

c) La industria en cuestión tiene una requisición de 740,000 botellas para entregar en un mes lograra una producción. Considere que la planta producirá trabajo 21 días al mes acaso voluntario q pueda para cumplir con la solicitud del cliente.

a) 8 hrs

1735 lb/h 453.5351lb

8hrs1dia

254dias1año

= 1578929086 g/año cc

0.944 g igual

3785.4cc = 44,750.946

gal/año.

6 hrs

1735 lb/h 453.53 g1 lb

6hrs1dia

264dias1año

= 1199196814 g/año cc

0.9449g

igual3785.4cc

=

335,588.2095 gal/año.

Se produce al año en los turnos = 783039.1555 gal/año.

b)

v= 355 ml (0.95) = 337.25 ml 1l

1000ml 1000cc1l

= 337.25 cc

2,798,125,900 g/año cc

0.9445 = 2,964,116,419 cc/año

1botella337.25cc

= 8,789,078 botellas/año.

8,789,078 botellas/año 1año12meses

= 732,423.1667 botellas/mes.

Para cumplir el objetivo hacen falta 7577 botellas yo opino que aumentara la alimentación de todo mi proceso y el 2º turno igual dejarlo en 8 hrs.


EJERCICIO # 6.

Una planta produce puré de tomate (J 1.5 kg/l) procesa 1.5 ton/h de tomate con aprovechamiento de 85% en proceso (el restante 15% corresponde a la piel y las semillas de tomate rol de trabajo de la planta es de 8 hrs c/uno a 5 días laborales a la semana el producto final del producto se envasa en un recipiente de 8 cm de diámetro y 12 cm de altura y se llenan a 90% de su capacidad una vez enlatado, el producto debe pasteurizarse a una °T entre 90 y 92. Determine

a) Que cantidad de masa de tomate se obtendrá en una semana de trabajo.b) Cuantos envases se requerirán para envasar el producto obtenido en un mes considere 4

semanas x mes.c) Que cantidad de desperdicio se ganara en un día de trabajo.

a)

Vpure = 1.5 ton/h 1000g1 ton

8hrs .1dia

5dias1 semana

= 51,000 g/semana

603.185 cc (0.90) = 542.8672 cc

1 envase

b)

204,000 g/mes 1h1500g

1000cc1l

1envace542.8672cc

= 250.5216 envases.

c)

0.225 tun/h 1000g1 ton

8hrs.1dia

= 1800 g de residuos /día.


EJERCICIO # 7.

Las fresas contienen 15% en sólidos y 85% H2O para fabricar mermelada de fresa se mezclan fresas trituradas y azúcar sólidos en una proporción de 45.55% la mezcla se calentara para evaporar agua

hasta que el producto contenga 13

parte H2O.

a) Elabore el respectivo diagrama.b) Cuantos kilos de fresas se requerirán para fabricar 1 litro de mermelada.

M2

M1 Xw fresaXw sol. .15 Xw azúcarXw H2O .85

M4

Xw H2O

M3 = 1 kg

Xw = 0.666

XwH2O = 0.333

B.C.

M1 +M2 = M3 + M4.

M1 (Xw sol) + M2 = 0.6660.8181

= 0.814081.

B.G p/sol

M1 + 0.814081 = 1 + 0.05876 M1 = 0.244679 kg/h.

B.p

H 2O

M1 (XwH2O) = M3 (XwH2O) + (XwH2O)

M1 0.85 = 1 (0.333) + M4 (1)

M1 0.85 = 0.28305 + M4 (0.85)

M4 = 0.05876 kg/h.


EJERCICIO # 8.

Se tiene una solución de carbonato de sodio le cual está a 35° C pasa a una solubilidad de

0.75 tons

tonH 2O es alimentada en razón de 350 kg/h. determina.

a) El % de los componentes al entrarb) El flujo mezclado en kg/h de cada una de los componentes c) Peso molecular de la mezcla

350 kg/h

H2O 100

H2O

Xw wCO2 = 0.751.75

= 0.4285

Xw N2 CO2 = 0.4285 (83)

0.4285 (83 )+0.5715(18) = 0.7756

Xw H2O = 0.5715 (18)

0.4285 (83 )+0.5715(18) = 0.2243

Pm = 0.7756 (83) + 0.2245 (18) = 68.4122

M.S = MXwj

Mj N2 CO2 = 350 kg/h (0.4285) = 149.975 kg/h

Mj H2O = 350 (0.5715) = 200.025 kg/h

0.75


EJERCICIO # 9.

A un evaporador se alimenta 250 kg/h de una solución de nitrato de sodio a 20° C sabiendo que la

solubilidad del nitrato de sodio es de 0.88lbH 2O

calcular

a) Los kg/min. Que entran al evaporarse b) Los kg/min. De nitratos disolventes en H2O

250 kg/h M2 (H2O)

M3

H2O

H2O = 1 lb NaNO3 = 0.88 lb NaNO3

1.88lb = 0.4681

Xw H2O = 1 – 0.4681 = 0.5319

Mj H2O = (250 kg/h) (0.5319) = 136.475 kg/h 1h

60min . 2.2162 kg/min.

Mj NaNO3 = (250 kg/h) (0.4681) = 117.025

117.025 kg/h 1h

60min . = 1.909 kg/min.


EJERCICIO # 10

La alimentación a un quemador debe contener 8% de mol de Chq para producir esta alimentación se mezcla aire seco con gases ricos en metano el cual contiene 85% de peso de metano y 15% de peso de etano C2H2 el aire contiene 21% mol oxígeno y 79% N2 elabore el diagrama de flujo y determine la relación moles de gas rico a metano /moles de aire.

N1

Xn CH4 = 0.85 N3

Xn C2H6 = 0.15 Xn CH4 = 0.02

Xn C2H6 = 0.92

Propuesta

Valor de 1000 g/L

PM = (0.08 x 16) + (0.92 x 30) = 28.88 g/mol

N3 = MPM

N1 (Xn CH4 * 1) = N3 (Xn CH4 -3)

N1 = 2.770080.85

= 3.258917 molA

N3 – N1 = N2 N2 = 31.367083

N1N 2

= 3.25891731.367083

= 9.6250 mol.

Mezclador

Quemador


EJERCICIO # 11

Se tienen 2 corrientes de gas las cuales se mezclan para obtener un gas con ciertas características la corriente “A” tiene 10% mol de N2 y 90% mol de H2, la corriente “B” contiene N2 e Hidrogeno a proporción esquitiometrios. Calcule el flujo molar Ibmol/min y las corrientes “A” y”B” si fuera a procesar 1000 Ib/h de la mezcla de los gases el gas C3 25% mol H2.

PM = (0.75) (2) + (0.25) (28) = 8.5 g/mol

N = M/PM 1000lb /h8.50

= 117.6470 lbm/h

Xw = 0.50

X = 0.50

M1 N3

117.64170 lbm/h

= 0.10 Xn H2 = 0.75 = 0.90 Xn N2 = 0.25

B. General N1 + M2 = N3

B.P/H2

-90 N1 – 0.50 N2 = 88.2353 -50 N1 + 0.50 N2 = 58.8235

-40 N1 = 23.5295 lbm/h

N1 + N2 = M3 N1 – N3 = N2 : . M2 = 44.1175 lbm/h


EJERCICIO # 12

Considerando el siguiente diagrama.

a) El # de sistemas inmenso ¿Cuál es el flujo de recirculación?

Alimentación 10,000 kg/h

Xw KNO3 = 0.20

Xn H2O = 0.80

Disolución saturada 0.6kg KNO3kg H 2O

H2O = KNO31.6kg

= 62.5%

KNO3 = 0.6KgH 2O1.6Kg

= 37.5%

B. Clobel M1 = M3 + M6

10,000 = M3 + M6 M3 = 7916.67 Kgh

B. C P/ Cristalizador

M4 = M5 + M6 M4 2083.33 + M6

B. P/ especie por el cristalizador

(Xw4 KNO3) (M4) = (Xw5 KNO3) (M5) + (Xw6 M3) (M6)

0.5 M4 = 2083.33 (0.96) + 0.375 M6

0.5 M4 = 2083.33 (0.96) + 0.375 M6

0.5 (2083.33 + M6) = 1999.996 + 0.3 + 5M6

1041.6650 + 0.5M6 = 199.996 + 0.35 M6

1041.6650 -1999.96 = 0.375 M6 – 0.3 M6

Cristalizador

Evaporador


- 958.3318 = -125 M6 M6 = 958.33180.125

= 7666.654 Kg/h

B. P/ Cristalización

M4 = M5 + M6 M4 = 2083.33 + 1666.654 = 9749.984 kg/h

B. P/ recirculación

M2 = M1 + M6 M2 = 1,000 + 7666.654 M2 17666.654 Kg/h

B. P/ M2 en KNO3

(Xw2-KNO3) M2 = M1 (XW-KNO3) + M6 (Kw6 KNO3)

17666.654 (Xw2-KNO3) = 1,000 (0.2) + 7666.654 (0.375)

Xw2-KNO3 = 2000+2874.7717666.6

= 0.275

Xw2-H2O = 1 - 0.2759 = 0.724


EJERCICIO # 13

Una columna de destila se separa una mezcla equimolor de etanol proponol Butanol de destilación determinada que tiene 66.6 mol y nada de butanol en lo fondos no hay nada de etano A) calcular las cantidades y composiciones de las corrientes de destilado en el donde si se alimentan 1,000 mol/h

N1 = 1,000 N2 = 500 mol/h

Xn prop = 0.333

Xn But 0.333 Xn etan = 0.666

Xn Etan 0.333

Xn propa 0.333

N3 = 500 mol/h

Xn But = 0.666

Xn prop = 0.333

B. G

N1 = N2 + N3

B. G P/ dicloroetileno B. G

N1 (Xnc + -1) = N2 (Xnet -2) N1 = N2 + N3

1,000 (0.333) = N2 (0.666) 1,000 mol/h = 500 mol/h + N3

N2 = 0.3330.666

500mol/h N3 = 100 – 500 = 500 mol/h

B. 6 P/Butamol

N1 (Xnbur -1) = N3 (Xnbur -3)

1,000 (0.333) = 500 (Xnbut -3)

Xn but -3 = 333500

= 0.666


EJERCICIO # 14

Se alimenta una columna de destilación 100 mol/h de una solución de tol que contiene 40% mol de diclorometano el destilado contiene 95% mol de diclorometano y el residuo 10% de diclorometano determine las fugas molares del residuo y del destilado

N = 100 m*l/h N

Xndi = 0.40 Xn di = 0.95

Xntol = 0.6 Xn tol = 0.5

B.C

N1 = N2 + N3

B.C p/ diclorometano

N1 (Xn-101)=N2 (Xn-2 tol) + N3 (Xn-3tol)

Xn dic = 0.10

Xn tol = 0.90

B.G p/tolueno

N1 (Xn – 1 tol) = N2 (xn – 2 tol) + N3 (Xn – 3tol)

B p/diclorometano sust.

100 mol/h (0.4) = N2 (0.95) + N3 (0.10) 2-57 = 0.855 N3 +5x10-

3

40 mol/h = 0.95 N2 + 0.10 N3 - 55 = 0.85 N3

1.- N2 = 40 – 0.1N 30.95

N2 = 0.05 (40 – 0.10 N3) N2 = 2 – 5x10-3 N3 N3 = 64.30 mol/h

B. p/tolveno B.C

100 (0.60) = N2 = (0.05) + N3 (0.90) N1 = N2 + N3


60 mol/h = 0.05 N2 (0.05) + N3 (0.90) 100mol/h = N2 + 64.70 mol/h

2.- N2 60−0.90N 2

0.05 N2 = 0.95 (60 – 90 N3) N2 57 – 0.855 N3 N2 = 35.30 mol/h

EJERCICIO # 15

Una pulgada de madera húmeda contiene 68% y después de sacarla se determina que se a eliminado el 55% del H2O original de la pulpa calcúlese la composición de la pulpa seca y su peso para una alimentación de 1,000 Kg/min. De pulpa húmeda.

M2

M1 = 1,000 kg/min Xw H2O = 1

M3

Xw H2O = 0.6

Xw pulpa = 0.32

55% H2O = 1,000 (0.68) = 680 (0.55)

M2 = 372 Kg/h

B. G

M1 = M2 + M3 M1 – M2 = M3

100 – 372 = 628 Kg/h

B. P/ especie pulpa

M1 = M3

1,000 (0.32) = 628 (Xw H2O)


Xw H2O = 320628

= 0.5095

B. P / H2O M2

1 – 0.595 = 0.4905

EJERCICIO # 16

Para preparar una solución de cada sulfúrico el 50% de masa se usa un ácido diluido que contiene 28% de H2SO4 el cual se [ ] con un ácido que está al 96% ¿Cuántos Kg de este acido [ ] se desean añadir por cada 100 kg de ácido diluido?

M3

Xw H2SO4 = 0.50

X H2O = 0.50

M1 = 100 Kg

Xw H2SO4 = 0.28

Xw H2O = 0.72

M2

Xw acido = 0.96

Xw H2O = 0.04

B. G

M1 + M2 = M3

B. P/especie H2SO4

100 (0.28) = 0.96 M2 +0.50 M3

28 = 0.96 M2 + 0.50 M3

-(0.50) 100 = M2 +M3

28 – 0.96142 + 0.50 M3

-50 = 0.50 M2 + 0.50 M3

28 = 0.16 M2 + 0.50 M3

22 = 0.46 M2


M2 = 47.8260 = M2

B. C M1 + M2 = M3 100 Kg + 47.8260 = M3

M3 = 147.8260 Kg.

EJERCICIO # 17

Considerando el siguiente diagrama para un proceso de destilación en regima permanente c/flujo

contiene 2 corrientes “A” y ”B” en diferente proporciones los 3 flujos que se desconocen debe da ser determinados tanto su flujo como su composición al final reporte datos de todas las corrientes en la tabla indicada.

40 Kg/h 30 Kg/h

0.90 Kg A 0.60 Kg A0.10 Kg B 0.40 Kg

B

100 Kg/h 0.50 Kg A 30 Kg/h

0.50 Kg B 0.30 Kg A 60Kg/h

0.70 Kg B

B. evep p/D-1

M1 = M2 + M3 100 = 40 + M3 M3 = 60 Kg/h

B. P/ especie a D-1 (A)

M1 (Xw A-1) = M2 (Xw A-2) + M3 (Xw A-3)

100 (0.50) = 40 (0.90) + 60 (Xw A-2) Xw A-3 = M60

= 0.2333

Xw B-3 = 1 – 0.2333 = 0.7666

B. p/especie a mezclador (A)

M3 (XwA -2) + M4 (XWA - 4) = M5 (XwA -5) XwA -5 =

60 (0.6979) + 30 (0.30) = 90 (XwA -5)

D-1 D-2

No. Kg/h

corriente

Xn Xb

1 100 0.50 0.50

2 40 0.90 0.10

3 60 0.233 0.766

4 30 0.30 0.70

5 90 0.565 0.435

6 30 0.60 0.40

7 60 0.547 0.452


B. p/ especie a D - 2 (A)

M5 = M6 +M7 M5 (XwA -5) = M6 (XwA -6) + M7 (XwA -2)

90 (0.5652) = 30 (0.60) + 60 (XwA -2)

XwA -2 = 32.86860

= 0.5478

B. C

M1 + M4 = M2 + M6 + M7

100 Kg/h + 30 Kg/h = 40 Kg/h + 30 Kg/h +M7

M7 Kg/h

B. C p/0-2

M5 = M6 + M7 M5 = 90 Kg/h


SEGUNDO PARCIAL

EJERCICIO # 1

Se prepara un gas ilagante por calentamiento de 60g de nitrato de amonio .

a) Cantidad de moles y masa del gas ilaganteb) Moles y masa que se obtiene agua

NH4HO3- N2O + 2 H2O

A) 60 NH4HO3MOLNH 4NO380NHN 03

= 0.75 MOL NHNO3 44 H 2O = 33 g H20

B) 1.5 mol h2O 1.8gh2omolh2o

= 27 g h2o.

C)

EJERCICIO # 2

considerando las sig. Reacción cuantos moles de oxigeno se necesitan para preparar 142 g de producto, que cantodad de oxigeno representa estando en moles.

Cuantos gramos de moles se concentran en el fosforo blanco cual es el volumen oxigeno si el trabajo es a 1atm 3 k.

P4 + o2 - p4o10

R= 0.082 L.atmmol k

142 gMOL p4 o21028g p4 o210

= 0.5 p4o10 mol

0.5 mol p4o10 24 g p 4o10p4 o10

= 62 g p4o10 mol

2.5 mol o2 32go2molo2

= 80 g o2

Pv= NRT

V= 2.54Kmol

0.0841J

L.atm1atm

(300) = 61.5 L.


EJERCICIO # 3

considerando la reacción del ejemplo 1 gas ilagante determine cuanto se requiere de nitrato de amonio si deseamos producir 7 moles de gas ilagante.

NH4HO3- N2O + 2 H2O

7 mol nh4no3 80g nh4no3nh4 no3

= 560 gmol nh4no3

14 mol h2o 18h2omolh2o

= 252 g h2o

7 mol No2 44 g N 20mol No2

= 308 g No2

EJERCICIO # 4

C6H12O6+6o 2-- 6CO2 + 6H2O

856C6H12O6 MOLC 6H 12O 6180GC6H 12O6

= 4.75 mol C6H12O6

28.53 MOL CO2 44 gCO2molCO 2

= 1,255.32 gco2

856C6H12O6 molc 6h12o 6180gc 6h12o 6

6molh2o1mol c6h12o6

44 gco2mol co2

= 1255.46 gco2

856C6H12O6 molc 6h12o 6180gc 6h12o 6

6molh2o1mol c6h12o6

18gco 2molco2

= 513.6 g h2o

EJERCICIO # 5

2LI + H2O --- 2LIOH+ H2


9.89g molh22gh2

2mol1molh2

7g LImol

= 69.23 gLI

EJERCICIO # 6

2 NO+O2---- 2NO2

2.21g NO2 mol h246 gh2

2mol1mol h2

32gO 2mol

= 0.76 g O2

EJERCICIO # 7

la urea produce a partir de amoniaco con dióxido de carbono como se muestra en la reacción.

2NH3+CO2 -- NH2 CO + H2O

Se hace raccionar 637.2 g de amoniaco con 1142 g de dióxido de carbono determinar

a) R. limitante y exeso b) Masa de urea que se forma

c) Cuanto el reactivo en exeso g quedara sin reaccionar el termino de la reacción.

637.3 g nh3 molnh317g nh3

= 37.48 mol nh3 molnh2co22molnh3

= 18.74 mol (nh2) co2

1142 g co2 mol co244 gco2

= 25.95 mol co2

25.95 mol de co2 molnh2co21molnh3

= 25.95 mol co2

18.74 g nh3 1mol o2molnh2

44 g co21mol co2

= 824.56 g co2

1142g co2 --- 824.56 g co2 = 317.44 g co2


EJERCICIO # 8

En un horno se queman 100 kg/h de propano con 2571 y con 5571.8 kg/h de aire si del total del propano es alimentado el 95 % reacciona a dióxido de carbono y el resto de monóxido de carbono caulcule el reactivo exeso porcentaje en exeso por medio de un diagrama represente las entradas

y salidas del reactor.

C3h8+o2+n2--- 3co2 + 4h2o

reactor

Co2 no2

H2o n2

(0.21 ) (32 )(0.21 ) (32 )+ (0.79 )(28)

= 0.23

(0.79 ) (28 )(0.21 ) (32 )+ (0.79 )(28)

= 0.76

0.23/2571.8 kg/h=591.514 kg/h

0.76/2571.8 kg/h = 1954.56

PR 100kg/kmol44 kmol

= 2.27 kg 591.5kg/kmol32kmol

= 18.48 R.E


5915kg/kmol160kmol

= 3.69

100 kg/h c3h8 160kgo244 kgc3h8

= 363.63 kg co2

59.5 kg/h 44 kgco3160kgo2

= 162.66 kg/c3h8

591.5-363.63/363.63 = 0.62.55%

EJERCICIO # 9

Se lleva a cabo la combustión de 90% mol de metano 8% mol de etano y el resto de propano determinar el oxigeno teórico el oxigeno que se alimenta el flujo de aire que se alimenta y el análisis orsat base húmeda si se alimentan 1000 kmnol/h de esta mezcla para que se lleve a cabo la combustión completa se alimenta 135% de exceso.

N1= 1000 Kmol/h N3= 2545.52 Kmol/h

CH4 = 90% N2= 2439.52kmol/h CO2= 112 Kmol/h C2H6 = 8% 135%aire en ex H2O= 212 Kmol/h C3H8 = 2% O2=512.3 O2= 294.3 Kmol/h N2=1927.22 N2= 1927.22 Kmol/h

Ch4 + 2O2 Co2 + 2h2o 90 180 90 180 C2h6 + 3.5O2 2Co2 + 3h2o 8 28 16 24 C3h8 + 5O2 3Co2 + 4h2o 2 10 6 8

100%


Balance para reactivos. Balance Para productos Ch4 = Ch4 1- Ch4 c CO2 = CO2 1+ CO2fR1+CO2fR2+CO2fR3 0 = 90 - 90 112 = 0+ 90 + 16 + 6C2h6 = C2h6 1- C2h6 c H2O = H2O 1 +H2OfR1+H2OfR2+H2OfR3 0 = 8 - 8 212 = 0 + 180 + 24 + 8 C3h8 = C3h8 1- C3h8 c 0 = 2 – 2O2 = O2 2-O2cR1-O2cR2-O2cR3 294.3 = 512.3 – 180 - 28 – 10

N02- teórico = 2/1(90)+3.5/1(8) =218 Kmol/h análisis orsat base húmeda NO2-2= 218 (1+ 1.35) = 512.3 Kmol/h N2-2 = 0.79 (512.3) = 1927.22 Kmol/h N2= 1927.22 Kmol/h 75.7% 8.15 CO2= 112 Kmol/h 4.4% H2O= 212 Kmol/h 8.3% O2= 294.3 Kmol/h 11.6%

EJERCICIO # 10

se alimenta 150 kmol/h en una corriente que contiene 24.5% mol de nitrógeno 73.5% mol de hidorgeno e inertes 2 % si se desea producir 58 kmol/h de amoniaco determinar el flujo moral ala salida asi como si composición % mol

24.5% mol h n2= 92 kmol/h

73.5% mol h nh3= 58 kmol/h

I= 2% h2= 23.25 kmol/h

N1= 150 kmol/h I= 2 %

B/reactivos

Nn2, sal = Nn2, E --- Nn2, c

60.2 mol/h 172 mol/s 111.8 mol/s ……………. 1

Nh2, sal = Nh2, E --- Nh2, c

180.6 mol/s 516 mol/s 335.4 mol/s………….2

Balance de p/ producto

NNH3, sal = NNH3,E + NNH3,F…………………3


%

58/92(100)=63.04

7.75/92(100)=8.42

23.25/92(100)=25.27

2/92(100)= 2

EJERCICIO # 11

Reaccionan 172 mol/s de nitrógeno y 516 mol/s de hidrogeno para formar amoniaco (NH3) se saben que la conversión es del 65%, determinar los respectivos flujos de salida.

N2 + 3H2 ----------> 2NH3

Balance de p/reactivo

Nn2, sal = Nn2, E --- Nn2, c

60.2 mol/h 172 mol/s 111.8 mol/s ……………. 1

Nh2, sal = Nh2, E --- Nh2, c

180.6 mol/s 516 mol/s 335.4 mol/s………….2

Balance de p/ producto

NNH3, sal = NNH3,E + NNH3,F…………………3

Reactor X= 65%

172 N2 mol/s H2= 180.6 mol/s NH3= 233.6 mol/s


H2 516 mol/s N2= 60.2 mol/s

5516-335.4 = 180.6 m/s

172-1118 m/s = 60.2 mol/s (172)(0.65) = 111.8 mol/s

N2 + 3H2 ----------> 2NH3

60.2 mol/s 335.4 mol/s 223.6 mol/s (111.8)(3) = 335.4

(2) = 223.6

TERCER PARCIAL

EJERCICIO # 1

Considerando la siguiente reacción y diagrama realizar el análisis orsat base seca y base humedad considere que se está alimentando 150% de aire para evitar que se forme.

N1= 100 Kmol/h Ch4 N3= 2481 Kmol/h N2= 2381 Kmol/h O2= 300 Kmol/h Aire: N2= 1881 Kmol/h Co2= 100 Kmol/h H2o= 200 Kmol/h

Ch4 + 2O2 Co2 + 2h2o

Balance para reactivos. Balance Para productos Ch4 = Ch4 1- Ch4 c CO2 = CO2 1+ CO2f0 = 100-100 100 = 0+100O2 = O2 1- O2c N2 = N2 1+ N2f 300 = 500-200 1881= H2O = H2O 1 + H2Of 200 = 0+200Análisis orsat base humedad Análisis orsat base seca O2 = 12.09 O2 = 13.15

100%


N2 = 75.81 N2 =82.46CO2 = 4.03 CO2 = 4.38H2O = 8.06

EJERCICIO # 2

Se combustiona 300 kmol/h de heptano con un 180% aire para que se combustione completamente el heptano de aire se alimenta 7143 kmol/h determine el análisis base seca.

N1= 300 Kmol/h C7h16 N3=

N2= 7143 Kmol/h

Aire:

C7h16 + 11O2 7CO2 + 8H2O

300 3300 2100 2400

Balance para reactivos. Balance Para productos

C7h16 = C7h16 1- C7h16 c CO2 = CO2 1+ CO2f

0 = 300-300 100 = 0+100

O2 = O2 1- O2c N2 = N2 1+ N2f

= 1500-3300

100%


R= se tiene combustible en exceso

EJERCICIO # 3

Se quema gas Lp (propano y butano) con aire en exceso los gases de combustión muestran en el análisis base humedad la siguiente composición Co2 0.5% mol H2O 6.3% mol O2 12% mol N2 76.5% mol considérese que la corriente de estos gases tienen un flujo molar de 100 Kmol/h calcular la composición del combustible etiquetar completamente el diagrama con los resultados obtenidos.

N1= 1.3 Kmol/h N3= 100 Kmol/h N2= CO2= 5 Kmol/h C3H8=0.2 Aire: H2O= 6.3 Kmol/h C3H8=0.2 O2=21% O2= 12.2 Kmol/h N2=79% N2= 76.5 Kmol/h

C3h8 + 5O2 3Co2 + 4h2o 0.2 1 0.6 0.8 C4h10 + 6.5O2 4Co2 + 5h2o 1.1 7.15 4.4 5.5

Balance para reactivos. Balance Para productos C3h8 = C2h8 1- C2h8 c CO2 = CO2 1+ CO2fR1+CO2fR20 = 0.2-0.2 5= 0+0.6+4.4

100%


C4h10 = C4h10 1- C4h10 c H2O = H2O 1 + H2Of0= 1.1-1.1 6.3 = 0+0.8+5.3O2 = O2 2-O2cR1-O2cR2 12.2 = 20.35-1-7.15

N2-3 = N2-276.5=76.5 N02- teórico = 5/1(0.2)+6.5/1(1.1) =8.15

O2-2=8.15 (1+fracción ex)

20.35=8.15+8.15 fracción

F.E = 20.35-8.15= 1.4969 (100)=149.69% 8.15

EJERCICIO # 4

Se lleva a cabo la combustión de 90% mol de metano 8% mol de etano y el resto de propano determinar el oxigeno teórico el oxigeno que se alimenta el flujo de aire que se alimenta y el análisis orsat base húmeda si se alimentan 1000 kmnol/h de esta mezcla para que se lleve a cabo la combustión completa se alimenta 135% de exceso.

N1= 1000 Kmol/h N3= 2545.52 Kmol/h

CH4 = 90% N2= 2439.52kmol/h CO2= 112 Kmol/h C2H6 = 8% 135%aire en ex H2O= 212 Kmol/h C3H8 = 2% O2=512.3 O2= 294.3 Kmol/h N2=1927.22 N2= 1927.22 Kmol/h

Ch4 + 2O2 Co2 + 2h2o 90 180 90 180 C2h6 + 3.5O2 2Co2 + 3h2o 8 28 16 24 C3h8 + 5O2 3Co2 + 4h2o 2 10 6 8

Balance para reactivos. Balance Para productos Ch4 = Ch4 1- Ch4 c CO2 = CO2 1+ CO2fR1+CO2fR2+CO2fR3 0 = 90 - 90 112 = 0+ 90 + 16 + 6

100%


C2h6 = C2h6 1- C2h6 c H2O = H2O 1 +H2OfR1+H2OfR2+H2OfR3 0 = 8 - 8 212 = 0 + 180 + 24 + 8 C3h8 = C3h8 1- C3h8 c 0 = 2 – 2O2 = O2 2-O2cR1-O2cR2-O2cR3 294.3 = 512.3 – 180 - 28 – 10

N02- teórico = 2/1(90)+3.5/1(8) =218 Kmol/h análisis orsat base húmeda NO2-2= 218 (1+ 1.35) = 512.3 Kmol/h N2-2 = 0.79 (512.3) = 1927.22 Kmol/h N2= 1927.22 Kmol/h 75.7% 8.15 CO2= 112 Kmol/h 4.4% H2O= 212 Kmol/h 8.3% O2= 294.3 Kmol/h 11.6%

EJERCICIO # 5

Se quema butano con un exceso de aire en un horno el análisis orsat de los gases de combustión indico los siguientes resultados: 8.1% mol de dióxido de carbono 7.4 % mol de oxígeno y 84.5 % mol de nitrógeno en un flujo molar de 100 Kmol/h a la salida del horno calcular el % de aire en exceso que se debe alimentar.

N1= N3= 100 Kmol/h

N2= O2= Aire: N2= Co2=

C4H10 + 6.5O2 4Co2 + 5h2o

100%


Análisis orsat base seca O2 = 7.4% N2 = 84.5 CO2 = 8.1%

EJERCICIO # 6

Cp=∫TI

TF

a+bT+c T2+dT 3dt=aT+ bT2

2+ cT

3

3+ d T

4

4¿

¿

Cp.= [8268+1152+89.1648-13.5490] - [7716.8+1003.52+72.4942-10.2815]

Cp.= [9495.6158] - [8782.5327] = 713.08 KJ

KmolK

EJERCICIO # 7

considerando que se tiene una muestra de vapor saturado a una presión de 8 kpa determine.

a) liquido de vs

b) entalpia del líquido saturado

c) entalpia del vs

d) energía necesaria para ser el cambio de la fase liquida a


Xr = (8−7.375 ) (2577.9−2574.4 )

8.198−7.375+2574.4=¿ 2577.058

KJKg

Hvs= 2577.058KJKg

Xr = (8−7.375 ) (175.8−167.5 )

8.198−7.375+167.5=¿ 173.803

KJKg

Hls=173.803KJKg

λ = 2577.058KJKg

- 173.803KJKg

= 2403.255KJKg

Xr = (8−7.375 ) (315.15−313.15 )

8.198−7.375+313.15=¿ 314.66 K

T = 314.66 K

EJERCICIO # 8

Calcule la entalpia del benceno el cual se encuentra a 323.15K cuando se encuentra en condiciones estándar si el cp. Del benceno a esa temperatura es de 0.0862KJ/mol K exprese el resultado en SI y SGS

Hlc = 0.0862KJmolK

(323.15K – 273.15K) = 4.31KJmol

4.31KJmol

1000 J1KJ

1mol

0.001Kmol =4310000

JKmol

4310000J

Kmol0.000948Btu

1J 1Kmol

2.2046 lbmol = 1853.52

Btulbmol

4310000 JKmol

1 x107 erg1J

1Kmol

2.2046gmol = 4.31X10^10

erggmol


EJERCICIO # 9

determine la entalpia del agua a 100°C cuando el cp de esta es de 4.184KJ/g cuando el agua está a punto de cambiar de fase Hvs cuando tenemos una mezcla liquida con una calidad del 63%

4.184KJg1000g1Kg

= 4184KJKg

Hvs = 4184KJKg

(100°C - 0) + 2256.9 KJKg

= 420656.9 KJKg

Hvs = 420656.9 KJKg

HLv = 4.184KJKg

(100°C - 0) + 2256.9 KJKg

(0.63) = 419821.847 KJKg

HLv = 419821.847 KJKg

EJERCICIOS EXTRAS

Típicamente se utilizan los evaporadores para concentrar solucione, eliminando por ebullición algo de solvente. Para economizar en las necesidades de energía en la evaporación por etapas múltiples que se muestra en la figura, se concentra una solución de azúcar con 50%w hasta 65%w, evaporando cantidades iguales de agua en cada una de las cuatro etapas para una alimentación total de 50,000 lb/h, determine las concentraciones de las corrientes intermedias.

M1= 50,000lb/h

50%w az.

50%w H2o

M3. Xaz

0.46

XH2O

0.54

M5. Xaz

0.42

XH2O

0.58

M7. Xaz

0.37

XH2O

0.63

M9.

Xaz

0.65

XH2O

0.35

M2. Mn= 2884.61

M4. M6 M4.

M8.


B.G

M1 = M2 + M4 + M6 + M8 + M9 = M1 = 4 Mn + M9.

M2 = M4 = M6 = M8 = Mn = 4Mn

B.G p/Azu

M1 Xw az = M9Xw-9az

50,000 (0.50) = M9 (0.65) = M9

M9 = 50,000(0.50)

0.65 = 38461.53

M1 4 Mn + M9

50,000 = Mn+M 9

4 Mn =

50,000−3841.534

= 2884.61

B.G p/Eva 2.

M1 = M2 + M3

M3 = 50,000 – 2884.61 = 47115.39

B. P/azucar

M1 Xn = M2 Xn2 + M3 Xn

50,000 (0.50) = 2884.61 (Xn2) + 47115.39 (Xn3)

Xn3 = M1 X1−M 2 Xn2

M 3

= 0.46

Resto es de H2O = 0.54


B.G P/Eva. 3

M3 = M4 + M5

M5 = M3 + M4

M5 = 47115.39 – 2884.61 = 44230.78

B p/azucar

M3 Xn3 = M4 Xn4 + M5 Xn5

Xn5 = M3 Xn3−M 4

Xn4M 5

= Xn5 = 47115.39 (0.46 )−2884.61

44230.78 = 0.042

B. G p/evapor. 4

M5 = M6 + M7 M7 = M5 – M6

M7 = 44230.78 – 2884.61 = 41346.17

M7 = 41346.17

B. p/azucar

M5 Xn5 = M6Xn6 + M7Xn7

Xn7 = M5 Xn5−M 6 Xn6

M 7

= Xn7 = 44230.78 (0.42 )−2884.61

41346.17 = 0.37

Una planta productora de puré de tomate () procesa 1.5 toneladashr

de tomate con un

aprovechamiento del 85% y el restante corresponde a la piel y las semillas de tomate en la en plan de trabajo de la planta es de 2 turnos de 8 hrs cada uno y 5 días laborales a la semana el producto final se envasa en recipientes de 8 cm de diámetro y 12 cm de altura se llena al 90% de su capacidad.

a) Cantidad de masa de puré de tomate que se obtiene en una semana de trabajo.b) Numero de vasos que se requieran para envasar el producto obtenido en un mes

considerar 4 semanas por mes.c) Cantidades de desperdicio que se genera a un día de trabajo.


Vpure = 1.5 tons/h (0.85) = 1.275 tons/h

Vresiduos = 1.5 tons/h (1.5) = 0.225 tons/h

a)

1.2575 tons/h 1000g1 ton

8hrs1dia

5dias1 semana

= 51,000 g/semana

V = π r2 h π 42 12 = 603.185 cc (0.90) = 542.8672cc1envase

b) 204,000 g/mes 1l

1500g 1000cc1l

1envase542.8672cc

= 250.5216 envases

c) 0.225 ton/h 1000g1tons

8hrs1dia

= 1800 residuos/día

ejercicios de b.m.e

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