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• Lizxitha Cinthya Quispe Rafaele

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Ejemplos Una pirita de hierro tiene la siguiente composición en peso: Fe 40,0%; S 43,6%; 16,4% material inerte. Esta pirita se quema con un 100% de exceso de aire sobre la cantidad requerida para quemar todo el hierro a Fe2O3 y todo el azufre a SO2. Supónganos que no se forma nada de SO3 en el horno. Los gases formados pasan al convertidor, donde se oxida el 95% del SO2 a SO3. Calcular la composición de los gases que entraron y que abandonaron el convertidor. PASOS

1º) Identificar las operaciones básicas que se están llevando a cabo y dibujarlo. 2º) Identificar las distintas corrientes que participan en él y dibujarlo, escribiendo su valor en caso de ser conocido. 3º) Identificar los distintos compuestos que participa en cada corriente, indicando su porcentaje o valor. 4º) Escoger una base de cálculo y referir a ella todos los términos del balance. Elegiremos como base de cálculo 100 kg de pirita, ya que la composición de éste está expresada en porcentaje en peso y nos facilitará los cálculos. 5º) Escribir las ecuaciones correspondientes y resolver el balance de materia. Base de cálculo: 100 kg de pirita. ENTRADAS AL HORNO Fe que entra en el horno: 40 kg (hay que pasarlos a moles para posteriormente calcular la composición de los gases que entran en el convertidor). 40/55,85 = 0,715 kmol S que entra al horno 43,6 kg; 43,6/32 = 1,362 kmol O2 teórico (para la formación de Fe2O3) = 0,715 * 3/4 = 0,566 kmol O2 teórico (para la formación de SO2) = 1,362 kmol O2 teórico total = 1,898 kmol. O2 exceso = O2 teórico + %exceso de aire * O2 teórico = 1,898 + 100/100 * 1,898= 3,787 kmol N2 que entra en el aire (3,787)*79/21 = 14,28 kmol.

Mat inerte: 16,4 kg. SALIDA DEL HORNO SO2 formado en el horno = 1,362 kmol O2 que sale sin reaccionar = 3,787 – 1,898 = 1,898 kmol N2 que sale del horno = 14,28 kmol Mat inerte = 16,4 kg. Total de gases que salen del horno = 1,362 + 1,898 + 14,28 = 17,54 kmol Composición de los gases que entran en el convertidor %SO2 = 1,362/17,54*100 = 17,54% %O2 = 1,898/17,54*100 = 10,83% %N2 = 14,28/17,54*100 = 81,40% SALIDA DEL CONVERTIDOR SO3 formado en el convertidor = 1,362 * 95/100 = 1,294 kmol SO2 sin reaccionar en el convertidor = 1,362 * 5/100 = 0,0681 kmol O2 consumido en el convertidor = 1,362/2 * 95/100 = 0,64695 kmol O2 sin reaccionar = 1,898 – 0,6495 = 1,25105 kmol N2 que pasa sin reaccionar = 14,28 kmol Total de gases que salen del convertidor: 1,2939+0,0681 + 1,25105 + 14,28 = 16,89305 kmol %SO3 = 1,2939/16,89305*100= 7,660% %SO2 = 0,0681/16,89305*100 = 0,403% %O2 = 1,25105/16,89305*100 = 7,406% %N2 = 14,28/16,89305*100 = 84,53% A la cámara de combustión de una caldera se alimenta una mezcla gaseosa formada por propano y oxígeno, con un 80% del primero, que se quema con un 200% de exceso en aire. Sabiendo que un 80% del propano se transforma en CO2, un 10% en CO y el resto permanece sin quemarse, se desea calcular la composición del gas de combustión. C3H8+5O2 -> 3CO2 + 4 H2O C3H8 + 7/2O2 -> 3CO + 4H2O

Base de cálculo 100 kmoles mezcla gaseosa Entra a la caldera: 20 kmoles O2 80 kmoles de C3H8 AIRE: O2t = 5*80 – 20 = 380 kmoles (O2 necesario para comb completa). O2r = O2t + 200%O2t = 380 + 2*380 = 1140 kmol N2 = 1140 * 79/21 = 4289 kmol Balance de CO2 E – S + G = A; S = G 3*80*80% = 192 kmol Balance de CO E – S + G = A; S = G 3*80*10% = 24 kmol Balance de H2O E – S + G = A; S = G 4*80*80% + 4*80*10% = 288 kmol Balance de C3H8 10%*80 = 8 kmol Balance de N2

4289 kmol Balance de O2 20 + 1140 – (5*80*80% + 7/2*80*10%) = 812 kmol Número totales de moles = 5613 kmol Porcentajes: %CO2 = 192/5613 = 3,42% %CO = 24/5613 =0,43% %H2O = 288/5613 = 5,13% %C3H8 = 8/5613 = 0,14% %O2 = 812/5613 = 14,47% %N2 = 4289/5613 = 76,41% Considérese un sistema de evaporador y cristalizador como el de la figura posterior en el que se tratan 10000 kg/h de una disolución que contiene un 20% de soluto en peso. La disolución concentrada con un 50% en peso sólido que sale del evaporador se lleva al cristalizador donde se enfría, cristalizando el sólido y extrayéndose los cristales con un 4% de agua. La disolución saturada, conteniendo 0,6 kg de sólido por kg de agua, se recircula, incorporándose a la corriente de alimento del evaporador. Se desea calcular los caudales de sal húmeda producida de disolución recirculada y de agua evaporada.

Base de cálculo: 1 hora Balance en el sistema entero Balance total (kg) 10000 = C + W Balance soluto (kg)

20%10000 = 96%C C = 2083,33 kg W = 7916,67 kg Balance evaporador Balance total (kg) 10000 + R = W + D; 2083,33 + R = D Balance soluto (kg) 20%10000 + X * R = 50%D; Siendo X un valor de concentración en peso, 0,6 de soluto por cada 1,6 de disolución (0,6 de soluto + 1 de disolvente de agua), o sea, 0,6/1,6. D = 9751 kg R = 7668 kg

Un recipiente contiene 600 l de una disolución de detergente al 25% en volumen. se desea reducir la concentración al 20% añadiendo otra disolución del mismo detergente al 5%. a.¿qué volumen (l) de disolución al 5% se debe añadir Datos:

Soluto + Solvente = 600 l (i)

(ii)

Por lo que, despejando de (ii) :

Soluto= 0,25 (Solvente) (iii)

Sustituyendo (iii) en (i)

(0,25) Solvente + Solvente = 600l

(1,25) Solvente = 600l Solvente= 480 l

Soluto= 600-480= 120 l

Esas serían las cantidades de soluto y solvente de la solución original que tenemos.

Queremos diluir dicha mezcla con una solución al 5% por lo que para la solución 2:

Soluto2= 0,05 Solvente. (iv)

y Nuestra solución final debe tener una concentración v/v de 20%.

(v)

Sustituyendo (iv) en (v) :

(0,2)(Solvente1+Solvente2)= Soluto1+(0,05)Solvente2 (0,2) (480 + Solvente2) = 120 + (0,05)Solvente 2. 96 + 0,2 Solvente2= 120 + (0,05) Solvente2. (0,15) Solvente 2= 24 Solvente2= 160 l

Soluto2= 0,05 (160)= 8 l

a.¿qué volumen (l) de disolución al 5% se debe añadir?

R= Soluto2+Solvente2= 8 + 160= 168 litros.

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Se concentran por congelación 1000 kg/h de zumo de fruta desde el 10 hasta el 40% de sólidos. Para ello, el zumo se alimenta a un congelador (donde se

forman los cristales de hielo que posteriormente se separan en un sistema de separación centrífuga) del que se obtiene zumo concentrado y hielo. Calcular los caudales másicos de hielo y concentrado producidos

En un proceso de manufactura de jugos de fruta, se necesita del empleo de un evaporador, el cual recibe una alimentación de 4500 kg/día de zumo, con una concentración del 21%. Si se desea concentrar los sólidos hasta el 60%, calcule la cantidad de agua evaporada.

Solución: 4500*21/100 kg de sólidos (4500-4500*0,21) Kg de agua en el jugo diluido. el 60 % de jugo concentrado es sólido----------> 4500*0,21 kg el 40 % es agua en jugo concentrado------------>x= 630 Kg Luego agua a evaporar por día= (4500 - 4500×,21 - 630) Kg = 2925 Kg Se evaporan 2,925 kg/día de agua y se obtienen 1,575 kg/día de solución concentrada.

Se concentran por congelación 1000 kg/h de zumo de fruta desde el 10 hasta el 40% de sólidos. Para ello, el zumo se alimenta a un congelador (donde se

forman los cristales de hielo que posteriormente se separan en un sistema de separación centrífuga) del que se obtiene zumo concentrado y hielo. Calcular los caudales másicos de hielo y concentrado producidos Inicialmente en los 1000 Kg/h zumo de fruta al 10%, se encuentran 100 grs de sólidos y 900 Kg/h de agua.

- Asumiendo que cuando se somete a congelamiento el agua se separa de los sólidos del zumo de fruta. En el zumo de fruta concentrado quedan los mismos 100 gr de sólidos que se tenían en el zumo de fruta inicial, que representan una concentración del 40%, entonces la cantidad de agua que queda en el zumo concentrado, será:

Caudal de agua en el zumo de jugo al 40 % = 100 Kg/h / 0,40 = 250 Kg/h

- Y, la Cantidad de hielo (agua) producido, es igual a la diferencia de agua que se tenía inicialmente - la cantidad de agua que se tiene en el zumo concentrado:

900 kg/h - 250 Kg/h = 650 Kg/h

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