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Primera IPP correspondiente a balances de masa utilizando soluciones directas a través de técnicas algebraicas.

IPP II

[Investigación Práctica Programatica]

 

Presentar la IPP el lunes 27 de Febrero a las 7:00 AM

 

En todos los casos deben seguirse las reglas para desarrollar un caso de balance [Excepción el caso 1 y 2] [entenderlo, elaborar diagrama de bloque, dimensionarlo con todas sus corrientes y composiciones, incluir las relaciones adicionales, describir el plan de ataque, seleccionar el sistema, analizar los grados de libertad de la forma en que se presenta en la Web: Explicación, tabla y ecuación, resolver el caso, indicando base de calculo, si el balance es total o por componente. Si existiera cambio de sistema es necesario realizar otro análisis de grados de libertad de la misma forma.

 

Cualquier cálculo debe estar consistentemente dimensionado.

 

Chequear los diagramas de flujo si están bien elaborados y dimensionados.

 

Solo el caso 1 no tiene respuesta por ser elemental.

CASO 1

Determine el rango de las siguientes matrices:

CASO 2

Se han elaborado cuatro balances de masa:

 

0.25 NaCl + 0.35 KCl + 0.55 H2O = 0.30

0.35 NaCl + 0.20 KCl + 0.40 H2O = 0.30

0.40 NaCl + 0.45 KCl + 0.05 H2O = 0.40

1.00 NaCl + 1.00 KCl + 1.00 H2O = 1.00

 

Quien las elaboro dice que como las cuatro ecuaciones exceden el numero de incógnitas, tres, no hay solución. ¿Está en lo correcto? Explique si es posible o no obtener una solución única.

 

Respuesta: No, Solo hay tres ecuaciones independientes.

 

CASO 3

La extracción liquida es una operación que se usa para separar los componentes de una mezcla formada por dos o mas especies de líquidos. En el caso mas simple, la mezcla contiene dos componentes: un soluto [A] y un solvente liquido [B]. La mezcla se pone en contacto, en un recipiente con agitación, con un segundo solvente liquido [C], el cual tiene dos propiedades fundamentales: A se disuelve en el y B es inmiscible o casi inmiscible en el. [Por ejemplo, B puede ser agua, C puede ser un aceite de hidrocarburo y A una especie soluble en agua o en aceite] Parte de A se transfiere de B a C, y después la fase rica en B [el refinado] se separa de la fase rica en C [el extracto] en un tanque de decantación. Si, en otra etapa, el refinado se pone en contacto con C fresco, se transferirá mas A hacia el. Este proceso puede repetirse hasta que se extrae casi toda la sustancia A de la B. A continuación se presenta un diagrama de flujo de un proceso en el cual se extrae acido acético [A] de una mezcla de este acido y agua [B], usando 1-hexanol [C], un liquido inmiscible en agua.

 

1.      ¿Cual es el número de balances independientes de materia que pueden escribirse para este proceso.

2.      Calcule mc, mE, y mR empleando como base la velocidad de alimentación dada de la mezcla y escribiendo los balances en orden tal que nunca tenga una ecuación que incluya mas de una incógnita.

3.      Calcule la diferencia entre la cantidad de acido acético en la mezcla de alimentación y en la mezcla al 0.5% y demuestre que es igual a la cantidad que sale en la mezcla al 9.6%.

Respuesta: 

 

1.  tres balances independientes, uno para cada especie.

      2.  mR = 356 g/min.  mE = 417 g/min

      3.  44 g/min

CASO 4

El dióxido de titanio es un pigmento utilizado en la industria de pintura. Se requiere diseñar una planta de pigmento con capacidad de 4,000 lb/h de dióxido de titanio seco, se obtiene en el proceso una corriente intermedia de precipitado de dióxido de titanio en solución salina acuosa, este debe ser purificado para que el producto final no contenga agua y menos de 100 ppm de sal [1 ppm = 10-6 fracción en masa]. La remoción de la sal debe realizarse lavando el precipitado con agua. Si la corriente de pigmento crudo contiene 40% de dióxido de titanio, 20% de sal y el resto agua [porcentaje en masa] y el pigmento lavado cuando se sedimenta o precipita contiene 50% de sólidos de dióxido de titanio en masa, ¿cual va a ser la composición de la corriente de agua de desecho y su composición en función de la sal? La respuesta a esta pregunta es muy importante si esta agua va a descargarse a un río cercano.

Respuesta:  m4 = 61,993.8 lb/h,  x4 = 0.0323 lb sal/lb

CASO 5

Después de completar el diseño del sistema de lavado a partir de los cálculos realizados en el caso anterior, el Gerente de Proyecto entrega su proyecto a la oficina de regulación para tramitar el permiso para utilizar 60,000 lb/h de agua del río y descargar una corriente de 62,000 lb/h de agua conteniendo 3.23% de sal. La oficina reguladora rechaza el permiso bajo la base de que tal descarga afectaría significativamente la potabilidad del agua río abajo [un limite aceptable para el consumo humano es 0.02%]. La oficina dictamina que deben utilizar un máximo de 30,000 lb/h de descarga con un contenido salino máximo de 0.5%. El Gerente de Proyecto que debió haber previsto el problema de contaminación actualiza la nueva información en su diagrama de planta [diagrama de bloque]. Recuerde que las especificaciones del producto deben de cumplirse en otras palabras una composición de sal máxima de 0.01% y un flujo de producto seco de 4,000 lb/h. Determinar  m1, m2, m3 y chequear el balance de sal y comentarlo.

Respuesta:  m1 = 9,999 lb/h    m2 = 28,000.2 lb/h    m3 = 7,999.2 lb/h

CASO 6

El método para separar alcohol etílico de una mezcla alcohol agua es por destilación. Sin embargo el destilado puede contener un máximo de 95% de alcohol por volumen, debido a que la mezcla alcohol y agua forman una mezcla de punto de ebullición constante, llamada mezcla azeotrópica. La destilación simple no puede eliminar el azeotropo. Pero debe obtenerse alcohol puro, por lo que se agrega benceno a la solución. El benceno forma un azeotropo con el agua, pero este tiene un punto de ebullición mas bajo que el alcohol y por lo tanto el alcohol puede purificarse. Suponga que se desea producir 1,000 lb/h de alcohol etílico puro destilando una solución de 60% agua y 40% alcohol en masa. Si la composición del destilado en masa es de 75% benceno y 24% agua y el resto alcohol, Determinar la alimentación de la mezcla alcohol-agua a la columna y cuanto benceno debe alimentarse a la columna de destilación. Asumir una base de 2,000 lb/h de destilado

Respuesta: m1 = 800 lb/h  m2 = 1,500 lb/h  m3 = 2,000 lb/h   m4 = 300 lb/h

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