PROCESOS DE GAS I (PRG 300) PRACTICO N° 1

[pic 1]PROCESOS DE GAS I (PRG 300)

PRACTICO N° 1

BALANCE DE MATERIALES SIN REACCION QUIMICA

1. Se destilan 1000 kg/h de una mezcla que contiene partes iguales en peso de benceno y tolueno.  El producto destilado contiene 95% en peso de benceno, mientras que el flujo de fondos es de 512 kg/h

1. Representar y rotular un diagrama de flujo de la operación
2. Calculos los flujos de benceno y tolueno en la corriente de fondos
3. ¿Cuál es la fracción másica de benceno en la corriente de fondo?
4. ¿Cuál es la fracción molar de benceno en la corriente de fondo?

Base de Calculo M1= 1000 kg/h

[pic 2]

SOLUCION

Encontrar los grados libertad

Variables independientes desconocidas :M2, Xw benceno  =  2

Ecuaciones independientes desconocidas : Ec. 1(balance global),   Ec. 2(En función del Benceno)  = 2

2-2 = 0 Grados de Libertad   (Puedo resolver el problema)

Ec. Balance General

MEntrada = MSalida

M1 =  M2 + M3     Ec. 1  (Independiente)

Ec. En función del Benceno

M1*0,50 = M2*0,95 + M3*Xw benceno,3  Ec.2  (Independiente)

Ec. En función del Tolueno

M1*0,50 =  M2*0,05 + M3 *(1-Xw benceno,3)   Ec.3  (Dependiente)  

 XT, 3 = 1-XB,3

b) Reemplazando

En la Ec. 1

1000 =  M2 + 512

M2= 1000 -  512 = 488 kg/h    

De la Ec. 2

1000*0,50 = 488*0,95 + 512*XB,3  

500 = 463,6 +  512* Xw benceno,3

36,4/512 = XB,3

c) Fracción Másica de fondo

Xwbenceno, 3 = 0,071

Xwtolueno = 1- 0,071 = 0,9289

Flujos másicos de benceno y tolueno en el fondo

mbenceno+mtolueno= 512 kg/h

mbenceno,3 = 0,071* 512= 36,352 kg/h

mtolueno, 3= 0,9289 * 512 = 475,5968 kg/h

d)Fracción  Molar del fondo

PM Benceno = 78 Kg/kmol

PM Tolueno= 92 Kg/kmol

nBenceno= 0,071 / 78 = 9,1025x10-4

nTolueno = 0,9289/ 92 = 0,01009

ntotal = 9,1025x10-4+ 0,01009 = 0,011

XnBenceno = nBenceno/ ntotal

XnBenceno = 9,1025x10-4/ 0,011 = 0,08275

XnTolueno = 0,01009/0,011 = 0,9172

Xntotal = XnBenceno + Xntolueno

Xntotal= 0,08275+0,9172 =   1

( para convertir las fracciones  molar a masico)

XwBenceno = 0,08275 * 78 = 0,071

Comprobar

Ec. En función del Tolueno

M1*0,50 =  M2*0,05 + M3 *(1-Xw benceno,3)   Ec.3  (Dependiente)  

1000*0,50= 488*0,05 + 512* (1-0,071)

1-0,071 = 0,9289 = Xw Tolueno,3

500 = 24,4 + 475,64

500 = 500

Respta.: b) mbenceno,3 = 36,4 kg/h; mtolueno, 3= 475,6 kg/h; c) Xwbenceno, 3= 0,071, Xw tolueno, 3= 0,929. d) Xnbenceno,3 = 0,0826

2.- Se desean producir 100 kg/h de una solución acuosa de amoníaco que contenga el 5% en masa de NH3, para esto se dispone de una absorbedor, donde, el amoniaco se pone en contacto con el  H2O en contracorriente. Entra una corriente gaseosa que contiene 18% masa de amoniaco y 82% masa de aire.  Determine la masa de agua que deberá alimentarse al absorbedor y la cantidad del gas rico en amoniaco.

Base de Cálculo M4 100 kg/h

[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

Solución

Grados de Libertad

Variables independientes desconocidas :   M1, M2 y M3 = 3

Ecuaciones independientes desconocidas: Ec.1, Ec.2 y Ec. 3  = 3

3-3=0 grados de libertad

Balance General

M1 + M2 = M3 + M4         Ec. 1 (Independiente)

En función del aire

0,82*M1 = 0,94*M3          Ec. 2 (Independiente)

En función del agua

M2*1 = mH20

M2*1 = M4*0,95               Ec. 3 (Independiente)

En función del amoniaco

0,18*M1 = 0,06*M3 + 0,05*M4        Ec. 4 (Dependiente)

Despejo M4 de la Ec. 3

M2*1 = 100*0,95  

M2 = 95 kg/h

   95*1 = mH20

mH2O= 95 kg/h

Reemplazando la Ec. 4

    0,18*M1 = 0,06*M3 + 0,05*M4        

0,18*M1 = 0,06*M3 + 5

0,18*M1 – 0,06 * M3 = 5   Ec. 5

De la Ec 2

     0,82*M1 = 0,94*M3

0,82*M1 - 0,94*M3= 0     Ec. 6

Sumando Ec. 5 y Ec. 6

0,18*M1 – 0,06 * M3 = 5      (-0,82)

0,82*M1 - 0,94*M3= 0          (0,18)[pic 8][pic 9]

• 0,1476    +   0,0492 * M3   = -  4,1

+ 0,1476      -  0,1692 * M3  =  0[pic 10]

                 -  0,12* M3 = - 4,1       (* -1)

                         0,12* M3 =  4,1  

M3 = 4,1 / 0,12

M3= 34,17 kg/h     

Reemplazando en la Ec. 2

0,82*M1 = 0,94*M3

0,82*M1 = 0,94*34,17

M1 =  39,17 kg/h

Comprobando en la Ec. 4 dependiente

0,18*39,17 = 0,06*34,17 + 0,05*100

7,0506=2,0502 + 5

7,0506 =7,0502

   
Respta.: M2= 95 kg/h, M1=39,1667 kg/h, M3= 34,1667 kg/h

3.- Para producir KNO3, una solución acuosa al 20%w se alimenta a un evaporador, la solución concentrada que sale del evaporador se introduce a un sistema de cristalizador-filtro en donde se enfría, produciendo la precipitación de cristales de KNO3, el filtrado que abandona el sistema contiene 37,5% w de KNO3, los cristales húmedos está formada por un 96% de cristales y 4% de una solución con 37,5% en masa de KNO3. Calcule la producción de cristales húmedos.

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