Control 1 Procesos Industriales
Enviado por Benjabon • 25 de Abril de 2023 • Examen • 1.318 Palabras (6 Páginas) • 48 Visitas
Ejercicios Resueltos
Control 1
Problema 1
Una mezcla líquida que contiene 15% de benceno, 40% de tolueno y el resto de xileno alimenta una columna
de destilación. El producto pesado de esta columna contiene 25% de xileno y nada de benceno, sabiéndose
además que esta corriente recupera el 87% de tolueno proveniente de la alimentación. El producto ligero se
envía a otra parte del proceso (que no analizaremos). El flujo molar de la corriente de alimentación es de 1500
mol/h.
a) Realizar el diagrama de flujo correspondiente.
b) Realizar el análisis de grados de libertad para este problema, para verificar que es posible resolverlo.
c) Determinar los valores de todas las variables desconocidas del proceso.
Nota: lo amarillo es lo que debería haber dicho, en lugar de “75% de xileno”
Diagrama de flujo
Columna de destilación
UNIVERSIDAD ANDRES BELLO
FACULTAD DE INGENIERIA
CURSO: PROCESOS INDUSTRIALES
202210
Incógnitas 5 Dos flujos molares y tres concentraciones
Ecuaciones
independientes
3+2 Tres balances de masa
Relación entre las concentraciones: 𝑥𝐿,𝑋 = 1 − 𝑥𝐿,𝐵 − 𝑥𝐿,𝑇
Relación de recuperación del Tolueno:
0,87 × (0,4 × 1500
𝑚𝑜𝑙
ℎ
) = 0,75 × 𝑛̇𝑃
Grados de
libertad
0
Relación de recuperación del Tolueno:
0,87 × (0,4 × 1500
𝑚𝑜𝑙
ℎ
) = 0,75 × 𝑛̇𝑃
Balance de masa general:
𝑛̇𝐴 = 𝑛̇𝐿 + 𝑛̇𝑃
1500
𝑚𝑜𝑙
ℎ
= 𝑛̇𝐿 + 696
𝑚𝑜𝑙
ℎ
Balance benceno
𝑥𝐴,𝐵𝑛̇𝐴 = 𝑥𝐿,𝐵𝑛̇𝐿 + 𝑥𝑃,𝐵𝑛̇𝑃
0,15 × 1500
𝑚𝑜𝑙
ℎ
= 𝑥𝐿,𝐵 × 804
𝑚𝑜𝑙
ℎ
+ 0 × 696
𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑥𝐿,𝐵 = 0,28
Balance tolueno
𝑥𝐴,𝑇𝑛̇𝐴 = 𝑥𝐿,𝑇𝑛̇𝐿 + 𝑥𝑃,𝑇𝑛̇𝑃
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CURSO: PROCESOS INDUSTRIALES
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0,4 × 1500
𝑚𝑜𝑙
ℎ
= 𝑥𝐿,𝐴 × 804
𝑚𝑜𝑙
ℎ
+ 0,75 × 696
𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑥𝐿,𝐴 = 0,097
Balance xileno
(1 − 𝑥𝐴,𝐵 − 𝑥𝑃,𝑇)𝑛̇𝐴 = (1 − 𝑥𝐿,𝐵 − 𝑥𝐿,𝑇)𝑛̇𝐿 + (1 − 𝑥𝑃,𝐵 − 𝑥𝑃,𝑇)𝑛̇𝑃
0,45 × 1500
𝑚𝑜𝑙
ℎ
= 𝑥𝐿,𝑋 × 804
𝑚𝑜𝑙
ℎ
+ 0,25 × 696
𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝑥𝐿,𝑋 = 0,623
Problema 2
Una corriente A conteniendo 75% de agua y 25% de sólido es alimentada a un granulador a una velocidad de flujo de
4.000 kg/h. La alimentación es mezclada antes de ingresar al granulador con producto reciclado (R) desde el secador. El
objetivo de esto es reducir la cantidad de agua en la alimentación que ingresa al granulador al 50%.
Al secador ingresa una corriente S de aire para reducir la cantidad de humedad de los sólidos. El aire húmedo que ingresa
al secador contiene 3% de agua y abandona el mismo (H) con un contenido del 6 % de agua. El producto (P) que abandona
el secador tiene 16,7% de agua.
a) Realice el diagrama de flujo del proceso. Puede completar el esquema presentado con la información
necesaria.
b) Realice el análisis de grados de libertad para este proceso.
c) De acuerdo a la información obtenida en (b), calcule el flujo másico de la corriente recirculada (𝑚̇𝑅) y el flujo
de aire húmedo que ingresa al secador (𝑚̇𝑆
).
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Resolución:
Para tener una buena base de trabajo para analizar el proceso y calcular lo solicitado, vamos a completar el diagrama
de flujo con la información que tenemos y las incógnitas
Análisis de grados de libertad
Como incógnitas hay cinco flujos desconocidos para cinco corrientes: 𝑚̇ 𝐺, 𝑚̇ 𝐻, 𝑚̇𝑆
, 𝑚̇ 𝑃𝑦 𝑚̇𝑅. Todas las concentraciones
de las corrientes son conocidas.
R (reciclado)
sólido 83,3%
agua 16,7%
𝑚̇ 𝑅
𝑚̇𝑆
𝑚̇ 𝑃
𝑚̇ 𝐻
𝑚̇ 𝐺
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Corrientes
involucradas
Incógnitas Ecuaciones independientes AGL
Sistema total A, P, H y S 3
𝑚̇ 𝐻, 𝑚̇𝑆
, 𝑚̇ 𝑃
3 (de Balance de masa) 0
Secador G, P, H y S 4
𝑚̇ 𝐺, 𝑚̇ 𝐻, 𝑚̇𝑆
, 𝑚̇ 𝑃
3 (de Balance de masa) 1
Punto de mezcla A, R y G 2
𝑚̇ 𝐺, 𝑚̇𝑅
2 (de Balance de masas) 0
Podemos comenzar a resolver partiendo por el punto de mezcla, en el que podremos calcular 𝑚̇𝑅 , y luego plantear para
el sistema total para calcular 𝑚̇𝑆
Para el punto de mezcla
Balance general:
4000
𝑘𝑔
ℎ
+ 𝑚̇𝑅 = 𝑚̇ 𝐺
Para el agua:
0,75 × 4000
𝑘𝑔
ℎ
+ 0,167 × 𝑚̇𝑅 = 0,5 × 𝑚̇ 𝐺
Para el sólido:
0,25 × 4000
𝑘𝑔
ℎ
+ 0,833 × 𝑚̇𝑅 = 0,5 × 𝑚̇ 𝐺
Resolviendo, considerando cualquier par de ecuaciones entre estas tres nos queda que:
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𝑚̇𝑅 = 3003,003
𝑘𝑔
ℎ
𝑚̇ 𝐺 = 7003,003
𝑘𝑔
ℎ
Para el sistema completo
Balance general:
4000
𝑘𝑔
ℎ
+ 𝑚̇𝑆 = 𝑚̇ 𝐻 + 𝑚̇ 𝑃
Para el agua:
0,75 × 4000
𝑘𝑔
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