Análisis de un condensador
Una corriente de aire húmedo entra a un condensador en el cual se condensa 95% del vapor de aire. Se mide la velocidad de flujo del condensado (el líquido que sale del condensador) y se determina que es 225 L/h. Es posible considerar que el aire seco contiene 21% mol de oxígeno y, que el resto es nitrógeno. Cabe mencionar que el aire de entrada contiene 10% mol de agua. Calcule la velocidad de flujo de la corriente de gas que sale del condensador y las fracciones molares de oxígeno, nitrógeno y agua en esa esa corriente.
1. Industria productora de champú
En una industria productora de champú se procesan 1 735 lb/hora de producto con una densidad de 0.944 gr/cm3 . Determine:
a) ¿Cuántos galones se procesan al año considerando 254 días laborables al año y dos turnos de trabajo por día, uno de 8 horas y uno de 6 horas?
b) ¿Cuántas 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 un pedido de 740 000 botellas para entregar en un mes, ¿logrará dicha producción? Considere que la planta productora trabaja 21 días al mes. En caso contrario, ¿Qué haría usted para cumplir con lo solicitado por el cliente?
2. Limpiador de tuberías
Un limpiador de tuberías contiene 5 lb de agua y 6 lb de hidróxido de sodio (NaOH). Determine:
a) ¿Cuál es la composición de los compuestos que integran el limpiador en por ciento en peso?
b) Si se tienen en el almacén 17 850 kg de NaOH, ¿qué cantidad de limpiador podría elaborarse y cuánta agua se requeriría?
c) ¿Cuántos recipientes de un galón podrán llenarse al 90% de su capacidad si la densidad de la solución de NaOH es 1.25 g/cm3?
3. Planta productora de puré de tomate
Una planta productora de puré de tomate (densidad = 1.5 kg/L ) procesa 1.5 toneladas/hora de tomate, con un aprovechamiento de 85% en peso (el restante 15% corresponde a la piel y a las semillas del tomate). El plan de trabajo de la planta es de dos turnos de 8 horas cada uno y 5 días laborables a la semana. El producto final se envasa en recipientes de 8 cm de diámetro y 12 cm de altura, y se llena a 90% de su capacidad, una vez enlatado, el producto debe pasteurizarse a una temperatura entre 90 °C y 92 °C. Determine:
a) ¿Qué cantidad en masa de puré de tomate se obtendrá en una semana de trabajo?
b) ¿Cuántos envases se requerirán para envasar el producto obtenido en un mes, considere cuatro semanas por mes?
c) ¿Qué cantidad de desperdicio se genera en un día de trabajo?
d) El laboratorio de control de calidad reporta que el equipo de pasteurización se halla trabajando a una temperatura de 205 °F. Demuestre si cubre la especificación deseada y qué haría usted en caso de algún error.
4. Destilación del benceno
Una columna de destilación produce vapores de benceno a razón de 500 m3/h, a la presión de 250 mmHg y 50ºC. ¿Cuánto peso de benceno se destila por hora?
5. Salida de una torre de absorción
A la salida de una torre de absorción, se tiene una concentración de 3% mol de H2S en la solución de dietanolamina (DEA). La composición de la solución de DEA, en % peso, es de 50, 30 y 20% de agua, etanol y DEA respectivamente. El peso molecular de la DEA es de 105. g/mol La densidad de la mezcla es de 980 g/L. Determine:
a) El peso molecular de la solución de DEA
b) El peso molecular de la mezcla H2S-DEA que sale de la torre de absorción
Exprese la concentración de H2S a la salida de la torre de absorción en las siguientes unidades:
c) La fracción molar de H2S
d) ppm (mol) de H2S
d) % mol de H2S
e) Fracción peso de H2S
f) % peso de H2S
g) ppm en peso de H2S
h) Concentración molar de H2S
Pesos moleculares: H2S: 34 g/mol, Etanol: 46 g/mol, Agua: 18 g/mol.
6. Salida de una torre de desorción
A la salida de una torre de desorción se utiliza una mezcla de H2/Cl2 (gas inerte) para remover HCl de una solución acuosa. La composición de la corriente gaseosa a la salida de la torre, en %volumen, es de 30, 40 y 30 de HCl, H2 y Cl2 respectivamente.
a) El peso molecular del gas inerte (H2/Cl2).
b) El peso molecular de corriente gaseosa a la salida de la torre de absorción.
c) La fracción molar de HCl .
d) ppm (mol) de HCl.
e) % mol de HCl.
f) fracción peso de HCl.
g) % peso de HCl.
h) ppm en peso de HCl.
i) Concentración molar de HCl .
j) Presión parcial de HCl.
k) Densidad de la mezcla a 80ºC y 585 mmHg.
l) Densidad del HCl a 25ºC y 1 atm.
m) Concentración molar de la mezcla.
n) Concentración molar de HCl.
PM HCl: 36.45 g/mol
PM H2: 2.0 g/mol
PM Cl2: 70.9 g/mol
7. Velocidad de un gas en una tubería
Por una tubería de 6 pulgadas de diámetro interior, viajan 2000 kg/min de una mezcla de 20% de CO2, 45% de C2H4, 20% de CO y 15% de N2 en volumen a 3000 psig (libras por pulgada cuadrada manométricas) y 140 ºF. ¿Cuál será la velocidad de los gases dentro de la tubería en m/s? La presión atmosférica es de 760 mm Hg.
8. Balance de materia en un absorbedor de CO2
Se tienen dos corrientes de mezclas de gases que se alimentan en un absorbedor, donde se separa 50% peso del CO2 y 25% peso del CO por absorción. La primera corriente que se alimenta al absorbedor es de 1500 lb/h de una mezcla gaseosa que tiene la siguiente composición en porciento mol: 15% de CO2, 30% de CO, 20% de N2 y el resto de O2. La segunda línea que alimenta al absorbedor es de 43 000 L/h de aire con una composición de 79% mol de N2 y 21 % mol de O2.
Las condiciones de la primera línea son: T = 140 ºF y P = 27 lbf/in2
Las condiciones de la segunda línea son: T = 37 ºC y P = 80 mmHg
Calcular:
- La cantidad de CO2 y CO que se eliminan en el absorbedor en kg/h
- El peso molecular promedio de la mezcla gaseosa a la entrada de cada línea
- El peso molecular promedio de la mezcla a la salida del absorbedor
- El volumen a la salida del absorbedor si la mezcla gaseosa tiene una temperatura de 25ºC y una presión de 1.05 atm
- La densidad del gas a la salida del absorbedor
- Las presiones y los volúmenes parciales a la salida del absorbedor
9. Flujo másico en tuberías
Por una tubería fluyen 200 l/min a 5 atm y 170 ºC de una mezcla de CO, CO2, N2, y O2 con la composición en peso siguiente: 30% de CO, 7% de CO2, 28% de N2 y 35% de O2, la cual se mezcla con otra línea de aire que contiene 21% mol de O2 y 79% mol de N2, que maneja 129 l/min a 30ºC y 2.8 atm; se conoce que la mezcla de salida está a 110ºC y 3 atm. Con esta información responda las siguientes preguntas:
a). ¿Cuál es el peso molecular promedio de las mezclas a la entrada y a la salida de los gases?
b). ¿Cuál es la densidad a la entrada y a la salida de los gases?
c). ¿Cuáles son las presiones parciales a la salida del mezclador?
d). ¿Cuál es la composición en peso de la mezcla resultante?
e). ¿Cuáles son los volúmenes parciales a la salida del mezclador?
f). ¿Cuál es el por ciento en mol de la salida del mezclador?
g). Generar la tabla de entrada y salida de masa.
10. Proceso de humidificación y oxigenación del aire
Un experimento sobre la velocidad de crecimiento de ciertos organismos requiere un medio de aire húmedo enriquecido con oxígeno. Se alimentan tres corrientes de entrada en una cámara de evaporación para producir una corriente de salida con la composición deseada:
a) Agua líquida que se alimenta a velocidad de 20.0 cm3/min.
b) Aire (21 %mol de O2 y 79 %mol de N2)
c) Oxígeno puro, con velocidad de flujo molar equivalente a la quinta parte de la velocidad de flujo molar de la corriente B.
Se analiza el gas de salida y se encuentra que contiene 1.5% mol de agua.
Calcule los flujos molares de las entradas y el de la salida. Asimismo las fracciones molares del O2 y N2 a la salida.
11. Solución de NaOH
Una solución acuosa de hidróxido de sodio contiene 20.0% de NaOH por masa. Se desea producir una solución de NaOH al 8.0% diluyendo la corriente de la solución al 20% con una corriente de agua pura. Calcule las proporciones (litros H2O/kg solución de alimentación) y (kg solución del producto/kg solución alimentación).
12. Masas molares y fracciones molares
Calcule las masas de las corrientes uno y dos. Asimismo, calcule las fracciones molares del producto A y C a la salida del equipo.
13. Solución acuosa de amoniaco
Se desean producir 100 kg/hr de una solución acuosa de amoníaco (NH3) que contenga el 5% en masa de NH3. Para esto se dispone de un absorbedor, donde, el amoníaco se pone en contacto con el H2O a contracorriente. Entra una corriente gaseosa que contiene 18% masa de amoníaco y 82% masa aire. Asimismo, se nos informa que el NH3 sale en forma gaseosa de la columna del absorbedor al 6% masa. Calcule la masa de agua que deberá alimentarse al absorbedor y la cantidad de gas rico en amoníaco.
14. Producción de KNO3
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 están formados por un 96%w de cristales y 4% de una solución con 37.5%w de KNO3. Calcule la producción de cristales húmedos.
15. Producción de cristales de KNO3
A partir de la información mostrada en la siguiente figura, determine la
composición de la corriente 6.
16. Análisis de un condensador
Una corriente de aire húmedo entra a un condensador en el cual se condensa 95% del vapor de aire. Se mide la velocidad de flujo del condensado (el líquido que sale del condensador) y se determina que es 225 L/h. Es posible considerar que el aire seco contiene 21% mol de oxígeno y, que el resto es nitrógeno. Cabe mencionar que el aire de entrada contiene 10% mol de agua. Calcule la velocidad de flujo de la corriente de gas que sale del condensador y las fracciones molares de oxígeno, nitrógeno y agua en esa esa corriente.
17. Proceso de destilación continua
Cada hora se separan, por destilación continua en dos fracciones, 1000 kg de una mezcla de benceno y tolueno que contiene 50% de benceno en masa. La velocidad de flujo másico del benceno en la corriente superior es de 450 kg/h y la del tolueno en la corriente inferior es de 475 kg/h. La operación se encuentra en estado estacionario. Escriba los balances del benceno y del tolueno para calcular las velocidades desconocidas de los componentes en las corrientes de salida.
Referencias
R. Felder, R. W. Rousseau (2004). Principios elementales de los procesos químicos. 3ra Edición