PROBLEMAS DE PROCESOS QUĂ?MICOS El mĂŠtodo general para resolver balances de masa (BM) es simple: 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 fĂĄcilmente para cada corriente. 4. Determinar las masas (pesos) que se conocen, o que pueden definirse fĂĄcilmente, para cada corriente. Una de estas masas puede usarse como base de cĂĄlculo. 5. Seleccionar una base de cĂĄlculo adecuada. Cada adiciĂłn o sustracciĂłn deberĂĄ hacerse tomando el material sobre la misma base. 6. Asegurarse de que el sistema estĂŠ bien definido. 1. Se tiene una madera con 20% de agua y se seca en un secador, en el cual se lleva la madera a tener sĂłlo el 2% del agua que tenia inicialmente. Si entran 100Kg/h de madera al secador, calcular el peso de la madera que sale y la cantidad de agua que se obtiene.
Agua Madera
đ?‘Šđ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž = 20Kg đ?‘Šđ?‘šđ?‘Žđ?‘‘đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ž = 80đ??žđ?‘”
đ?‘Šđ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž = 20Kgx2% đ?‘Šđ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž = 0.4đ??žđ?‘”
đ?‘Šđ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž = 80.4Kg đ?‘Šđ?‘šđ?‘Žđ?‘‘đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ž = 0.4đ??žđ?‘”
2. En un reactor ocurre la reacciĂłn de dimerizaciĂłn siguiente: 2đ??ś2 đ??ť4
đ??ś4 đ??ť8
Al reaccionar entran 250 moles, de los cuales el 60% es de etileno (eteno) y el resto es nitrĂłgeno. Si la conversiĂłn en el reactor es del 70% del etileno, calcular la composiciĂłn de la corriente de salida del reactor. ÂżCuĂĄntos moles totales salen? Desarrollo 2đ??ś2 đ??ť4 molesetileno = 250x60% = 150 molesnitrĂłgeno = 100
đ??ś4 đ??ť8  molesbuteno = 75 Sin la eficiencia es del 70% molesbuteno = 75x70% = 52.5  molesnitrĂłgeno = 100  molesetileno = 150x30%=45
Las moles de totales es de 197.5 3. Se tiene un reactor con reciclo en el cual se produce etano a partir de eteno (etileno) y agua. La reacciĂłn es: đ??‚đ?&#x;? đ??‡ đ?&#x;’ + đ??‡ đ?&#x;? đ??Ž
đ??‚đ?&#x;? đ??‡đ?&#x;“ đ??Žđ??‡
La conversiĂłn del etileno en el reactor es del 50%, entran en el proceso 50 mol/h de etileno y 50 mol/h de agua y se recircula todo el etileno que no reacciona. Calcular la cantidad de etileno que se recircula, la corriente de productos, su composiciĂłn y la corriente de entrada al reactor. El diagrama es: Desarrollo RecirculaciĂłn puro đ??ś2 đ??ť4 đ?‘šđ?‘œđ?‘™ đ??ś2 đ??ť4 â„Ž đ?‘šđ?‘œđ?‘™ 50 đ?‘Žđ?‘”đ?‘˘đ?‘Ž â„Ž 50
Producto
Velocidad de flujo mĂĄsico y flujo volumĂŠtrico La mayorĂa de los procesos implican el paso de material de un punto a otro - en ocasiones, entre unidades de proceso, o de una instalaciĂłn de producciĂłn a una bodega. La velocidad a la cual se transporta el material a travĂŠs de una lĂnea de proceso constituye la velocidad de flujo de este La velocidad de flujo de una corriente de proceso puede expresarse como velocidad de flujo mĂĄsico (masa/lĂquido), o como velocidad de flujo volumĂŠtrico (volumen/tiempo). Suponga que un fluido (gas o lĂquido) se desplaza por la tuberĂa cilĂndrica.
Es preciso conocer las velocidades de flujo mĂĄsico de las corrientes del proceso para realizar muchos cĂĄlculos de dicho proceso 4. Varios flujos se mezclan como se muestra en la figura. Calcule la velocidad de cada flujo en kg/min. Calcule, tambiĂŠn, el flujo de agua que entra en la corriente E y de cloruro de hidrĂłgeno que entra en la corriente D (en Kg/min) % 2.0 HCl 2.0 H2SO4 96.0 H2O
% 4.0 NaCl 5.0 HCl 4.0 H2SO4 87.0 H2O
% 9.0 inertes 91.0 H2O
Desarrollo  4%A=1.38%x290 đ??Šđ?? A = đ?&#x;?đ?&#x;Žđ?&#x;Ž. đ?&#x;Žđ?&#x;“ đ??Śđ??˘đ??§ 

9%B=1.55%x290 đ??Šđ?? B=49.94đ??Śđ??˘đ??§ Para HCl 2.55%x290= 2%D + 1.5%E + 5%A 2D + 1.5E=239.25 D + 0.75E= 119.625 ‌ (1)
% 1.5HCl 1.5 H2SO4 97.0 H2O
% 1.38 NaCl 2.55 HCl 2.20 H2SO4 92.32 H2O 1.55 inertes
F=290Kg/min
Para agua 92.32%x290 = 97%E + 96%D + 87%A +91%B 140.87=1.01E + D‌ (2) Restando (2) – (1) 21.245 = 0.26E đ??Šđ?? E= 81.71đ??Śđ??˘đ??§ đ??Šđ??
D=58.34đ??Śđ??˘đ??§
Desarrollo Flujo de agua en E Kg 97%xE = 79.26min Flujo HCl en D Kg
2%xD = 1.17min 5. El proceso que se muestra en la figura es la deshidrogenaciĂłn de propano (đ??ś3 đ??ť8 ) a propileno (đ??ś3 đ??ť6 ) de acuerdo con la reacciĂłn. C3 H8
C3 H6 + H2
La conversiĂłn de propano en propileno basada en el total de propano alimentado al reactor en F2 es de 40%. La velocidad del flujo de producto F5 es de 50Kg mol/h. Calcule las velocidades de flujo restantes, en Kg mol/h
đ??‡đ?&#x;?
AlimentaciĂłn Fresca de đ??‚đ?&#x;‘ đ??‡đ?&#x;–
đ??‚đ?&#x;‘ đ??‡đ?&#x;” % 80.0 đ??‚đ?&#x;‘ đ??‡đ?&#x;– 20.0 đ??‚đ?&#x;‘ đ??‡đ?&#x;”
Resolución 
C3 H8 44 x
CĂĄlculo del procesamiento del propano
C3 H6 + H2 42 50 x= F1=52.38 Kg-mol/h
 Cålculo del reciclo La conversión por el paso de propileno por el total propano alimentado y lo que recircula es del 40% y pasa al reactor F2 , es decir, (52.38+80%F6) llega a F2 y la conversión se realiza al 40% por lo tanto la6.expresión final es (52.38+80%F6)x40%
 Cålculo del reciclo El 50Kgmol/H es lo que procesa al margen de lo que recircula
C3 H8
C3 H6 + H2
44 42 (52+80%F6)x40% 50 52.38 = 52.38x40% + 0.32F6 F6 = 98.21 Kg-mol/h F2 = (52.38+80%F6) = 130.95 Kg-mol/h F3 = (52.38+80%F6)x40% = 52.38 Kg-mol/h

CĂĄlculo de la producciĂłn de hidrĂłgeno
C3 H8
C3 H6 + H2
44 52.38 y = F4 = 2.38 Kg-mol/h
2 y
6. Se puede determinar tricloruro de boro(BCl3) gaseoso a una corriente de gas y usarlo para contaminar silicio. La reacciĂłn mĂĄs simple(pero no la Ăşnica) es: 4BCl3 + 3Si
3SiCl4 + 4B
Si todo el BCl3 que no reaccionĂł se recicla(vĂŠase la figura), cual serĂĄ la razĂłn molar entre el reciclaje y el SiCl4 que sale del separador? La conversiĂłn en una pasada por el reactor es 87% y se alimenta 1 mol de BCl3 por hora en el reactor. 100% BCl3(g)
SiCl4(g)
BCl3
Desarrollo 4BCl3 + 3Si 4mol 1mol
3SiCl4 + 4B 3mol x = 0.75 mol --------- 100% y --------- 87% y= 0.65mol de SiCl4
Las moles que no reacciono de BCl3 1molx13%= 0.13mol de BCl3 Entonces la razon entre las moles de BCl3 que no reacciono y las moles de SiCl4 que sale del separado es: đ??Ť=
đ?&#x;Ž. đ?&#x;?đ?&#x;‘ = đ?&#x;Ž. đ?&#x;? đ?&#x;Ž. đ?&#x;”đ?&#x;“