Balance De Materia Sin Reaccion Quimica Ejercicios Resueltos

Balance De Materia Sin Reacción Química: Ejercicios Resueltos

El balance de materia es una herramienta fundamental en la ingeniería química para analizar y diseñar procesos. En esta entrada del blog, resolveremos algunos ejercicios de balance de materia sin reacción química para reforzar nuestra comprensión de este concepto.

1. Destilación Flash

Una corriente de alimentación de 100 kg/h que contiene 50% de benceno y 50% de tolueno se alimenta a una columna de destilación flash. La columna produce dos corrientes de salida, una corriente de destilado que contiene 90% de benceno y 10% de tolueno, y una corriente de residuo que contiene 10% de benceno y 90% de tolueno. Calcule las tasas de flujo de las corrientes de destilado y residuo.

Solución:

• Balance general de materia:
  Entrada: 100 kg/h
  Salida: Destilado + Residuo
• Balance de materia para el benceno:
  Entrada: 50 kg/h
  Salida: Destilado + Residuo
• Balance de materia para el tolueno:
  Entrada: 50 kg/h
  Salida: Destilado + Residuo

Resolviendo este sistema de ecuaciones, obtenemos:

• Tasa de flujo de destilado: 60 kg/h
• Tasa de flujo de residuo: 40 kg/h

2. Evaporación

Una corriente de alimentación de 100 kg/h de una solución acuosa de sal al 10% en peso se alimenta a un evaporador. El evaporador produce dos corrientes de salida, una corriente de vapor de agua y una corriente de solución concentrada. La corriente de vapor de agua contiene 99% de agua y 1% de sal, mientras que la corriente de solución concentrada contiene 20% de sal y 80% de agua. Calcule las tasas de flujo de las corrientes de vapor de agua y solución concentrada.

Solución:

• Balance general de materia:
  Entrada: 100 kg/h
  Salida: Vapor de agua + Solución concentrada
• Balance de materia para el agua:
  Entrada: 90 kg/h
  Salida: Vapor de agua + Solución concentrada
• Balance de materia para la sal:
  Entrada: 10 kg/h
  Salida: Vapor de agua + Solución concentrada

Resolviendo este sistema de ecuaciones, obtenemos:

• Tasa de flujo de vapor de agua: 91 kg/h
• Tasa de flujo de solución concentrada: 9 kg/h

3. Mezclado

Dos corrientes de alimentación, una de 50 kg/h de agua pura y otra de 100 kg/h de una solución acuosa de sal al 10% en peso, se mezclan en un tanque. Calcule la concentración de sal en la corriente de salida.

Solución:

• Balance general de materia:
  Entrada: 50 kg/h + 100 kg/h = 150 kg/h
  Salida: Corriente de salida
• Balance de materia para el agua:
  Entrada: 50 kg/h + 100 kg/h * 0.9 = 140 kg/h
  Salida: Corriente de salida
• Balance de materia para la sal:
  Entrada: 100 kg/h * 0.1 = 10 kg/h
  Salida: Corriente de salida

Resolviendo este sistema de ecuaciones, obtenemos:

• Concentración de sal en la corriente de salida: 7.14% en peso

4. Cristalización

Una corriente de alimentación de 100 kg/h de una solución acuosa de sal al 20% en peso se alimenta a un cristalizador. El cristalizador produce dos corrientes de salida, una corriente de cristales de sal y una corriente de agua madre. Los cristales de sal contienen 90% de sal y 10% de agua, mientras que el agua madre contiene 5% de sal y 95% de agua. Calcule las tasas de flujo de las corrientes de cristales de sal y agua madre.

Solución:

• Balance general de materia:
  Entrada: 100 kg/h
  Salida: Cristales de sal + Agua madre
• Balance de materia para el agua:
  Entrada: 80 kg/h
  Salida: Cristales de sal + Agua madre
• Balance de materia para la sal:
  Entrada: 20 kg/h
  Salida: Cristales de sal + Agua madre

Resolviendo este sistema de ecuaciones, obtenemos:

• Tasa de flujo de cristales de sal: 36.36 kg/h
• Tasa de flujo de agua madre: 63.64 kg/h

El balance de materia sin reacción química es una herramienta muy útil para analizar y diseñar procesos químicos. Al aplicar los principios básicos del balance de materia, podemos determinar las tasas de flujo de las corrientes de entrada y salida, así como las concentraciones de los componentes en estas corrientes.