Presentación 6
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Procesos Industriales PROCESOS INDUSTRIALES PROCESOS INDUSTRIALES PROCESOS INDUSTRIALES PROCESOS INDUSTRIALES 1 OPERACIONES UNITARIAS Héctor Fabio Padilla Mesa Tecnología Industrial Facultad de Ingeniería Universidad Santiago de Cali
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PROCESOS INDUSTRIALESPROCESOS INDUSTRIALESPROCESOS INDUSTRIALESPROCESOS INDUSTRIALES
1
OPERACIONES UNITARIAS
Héctor Fabio Padilla Mesa
Tecnología Industrial Facultad de Ingeniería
Universidad Santiago de Cali
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Todos los insumos que entran a un proceso u operación, salen
como productos y como residuos.
En este sentido un balance de masa se define como la
verificación de la igualdad cuantitativa de masas que debe existir
entre los insumos de entrada y los productos y residuos de salida.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Los materiales de salida no identificados se atribuyen a pérdidas
de insumos y productos por derrames, fugas y otras causas
similares.
Para realizar el balance de masa, se requiere de toda la
información asociada al manejo de los datos de entradas y
salidas, incluyendo parámetros de operación, así como de
información existente a nivel de la administración.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Los materiales de salida no identificados se atribuyen a pérdidas
de insumos y productos por derrames, fugas y otras causas
similares.
Para realizar el balance de masa, se requiere de toda la
información asociada al manejo de los datos de entradas y
salidas, incluyendo parámetros de operación, así como de
información existente a nivel de la administración.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
1. Definir el sistema. Dibujar un diagrama de proceso.
2. Colocar en el diagrama los datos disponibles.
3. Observar cuales son las composiciones que se conocen, o que
pueden calcularse fácilmente para cada corriente.
4. Determinar las masas (pesos) que se conocen, o que pueden
definirse fácilmente, para cada corriente. Una de estas masas
puede usarse como base de cálculo.
5. Seleccionar una base de cálculo adecuada. Cada adición o
sustracción deberá hacerse tomando el material sobre la misma
base.
6. Asegurarse de que el sistema esté bien definido.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Si una solución diluida de nutrientes es bombeada a un recipiente
de tierra con caudal de 1.5 kg/h, y se recupera a la salida una
solución con caudal de 1.2 kg/h, ¿Cuál es el valor de acumulación
por hora?
In Out
Hr
KgA
Hr
Kg
Hr
KgA
AHr
Kg
Hr
Kg
nAcumulacióSalidaEntrada
3,0
2,1 5,1
2,1 5,1
=
−=
+=
+=
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Si un litro de alcohol etílico se mezcla don 1L de agua, ¿cuantos
Kg de solución resultan? ¿Cuántos litros?
Las densidades del alcohol y el agua a 20°C son 0.7 89 y 0.998
g/cm3, respectivamente.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Dos mezclas metanol – agua se encuentran en dos tanques separados.
La primera mezcla contiene 40% en peso de metanol, y la segunda
contiene 70% en peso del mismo. Si se combinan 200 g de la primera
mezcla con 150 g de la segunda, ¿cuál es la masa y la composición del
producto?
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Su trabajo es diseñar un mezclador para producir 200 kg/día de ácido
para baterías. El mezclador operará continuamente. El producto ácido
para baterías debe contener un 18.6% en peso de H2SO4 en agua. Las
materias primas disponibles incluyen una disolución de ácido sulfúrico
concentrado al 77% en peso de H2SO4 en agua, y agua pura. ¿cuál será
la velocidad de flujo de cada materia prima en el mezclador?
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Una disolución acuosa de hidróxido de sodio contiene 20% en masa de
NaOH. Se desea producir una disolución al 8% de NaOH diluyendo un
flujo de la disolución al 20 % con un flujo de agua pura.
Determinar las velocidades de alimentación de la disolución al 20% y el
agua para dilución necesarias para producir 2.310 lb/min de la disolución
al 8%
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Una columna de destilación se alimenta con una mezcla que contiene
45% de benceno y 55% de Tolueno y contiene dos flujos de salida, uno
en la parte superior y otro en la parte inferior. Se produce un flujo en la
parte superior que contiene 95% en peso de Benceno, y 8% del benceno
que alimentó la columna sale con el flujo inferior. La velocidad de
alimentación es de 2.000 Kg/h. Determinar la velocidad del flujo superior
y las velocidades del flujo másico del benceno y del tolueno en el flujo
inferior.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Una solución compuesta de 50% de etanol, 10% metanol, y 40% agua
es ingresada a 100 kg/h a un separador que produce una corriente de 60
kg/h con la siguiente composición: 80% Etanol, 15% Metanol, y 5% H2O,
y una segunda corriente de composición desconocida.
Calcular la composición (en %) de los tres componentes en la corriente
desconocida y el caudal en kg/h.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
3 Kg de pulpa de papel tiene 71% de peso en agua. Después de un
proceso de secado se determina que se había eliminado el 60% del
agua original. Calcular la cantidad de producto final obtenido después
del proceso de secado y su composición en % de pulpa de papel y de
agua. Igualmente, calcule el peso del agua eliminada en el proceso.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Un líquido adhesivo consiste en un polímero disuelto en un solvente. Un
vendedor recibe un pedido de 3.000 kg de este líquido adhesivo que
contenga 13% en peso de polímero. Para preparar este pedido, se
cuenta con 500 kg de una solución con 10% en peso de polímero, una
gran cantidad de solución con 20% en peso de polímero, y una gran
cantidad de solvente puro. Calcular el peso de cada uno de los tres
componentes que deben mezclarse para cumplir con el pedido, sabiendo
que se debe usar toda la solución de 10% en peso de polímero.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Se añade H2SO4 diluido a las baterías que se han agotado para
activarlas. Un tanque viejo contiene una solución de 12.43% de H2SO4
(el resto es agua pura). Si se agregan 200 Kg de una solución de H2SO4
al 77% y la solución final contiene 18.63% de H2SO4. ¿Cuántos Kg de
ácido había inicialmente en el tanque? ¿Cuántos Kg de ácido se habrán
preparado?
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Con el fin de obtener pulpa de mango, los mangos se cortan en
rebanadas, las cuales se secan utilizando un secador de pulpa de fruta.
Si al ingresar al proceso, la fruta contiene un 13% de sólidos totales y al
final del proceso de secado se llega a 88% de sólidos totales. Hallar la
cantidad de agua eliminada y la cantidad de producto que se obtiene por
cada 225 kg de mango que entran al proceso, sabiendo que se pierde el
7% de peso en el pelado y eliminación de semilla.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Un proceso de destilación continua se lleva a cabo a través de tres
unidades. Cada flujo contiene dos componentes A y B en diferentes
proporciones. Calcule las velocidades de flujo desconocidas y sus
composiciones.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
Una mezcla que contiene 50% en peso de Acetona y 50% en peso de
agua se separa en sus componentes. El proceso de separación consiste
en extraer la acetona del agua con una sustancia que la disuelve y que
es prácticamente inmiscible con el agua; después se somete a una
destilación para separar la acetona del disolvente. El disolvente que se
utiliza es la metil isobutil cetona (MIBC) y el proceso se describe a
continuación:
La mezcla acetona-agua se pone en contacto con la MIBC en un
mezclador. En este paso la mayor parte de la acetona en el flujo de
alimentación se separa del agua y se mezcla con la MIBC, dando lugar a
dos flujos de salida; el primero es un extracto con alto contenido de
MIBC y el segundo es un residuo con alto contenido de agua.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
El residuo se pasa a una segunda etapa de extracción, donde se mezcla
con un segundo flujo de MIBC y se produce de nuevo dos flujos de
salida; un extracto y un residuo. El residuo en esta segunda etapa se
elimina; mientras que el extracto se une al extracto de la primera etapa
en un nuevo mezclador.
Una vez mezclados estos dos extractos se alimenta una columna de
destilación, en la cual se produce un vapor (en la cabeza de la torre),
rico en acetona y es el producto deseado del proceso. Por la parte
inferior de la columna de destilación se obtiene un desecho del proceso.
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Operaciones Unitarias Balance de Masa
En un estudio de una planta piloto de este tipo, se procesan 100 Kg de
mezcla acetona-agua, para lo cual se envían 100 Kg de MIBC al primer
extractor y 75 Kg al segundo. El extracto de la primera etapa contiene
27,5% de acetona. El residuo de la segunda etapa tiene una masa de
43,1 Kg, y consiste en 5,3% de acetona, 1,6% de MIBC y 93,1% de
agua, y el extracto de la segunda etapa contiene 9% de acetona, 88% de
MIBC y 3% de agua. El producto de la parte superior de la columna de
destilación contiene 2% de MIBC, 1% de agua y el resto de acetona,
mientras que el desecho de la parte inferior de la columna contiene tan
solo el 1,5% de acetona.
Calcular las masas y las composiciones restantes del proceso.
