Examen 2 Balance de materia y energia

EXAMEN 2

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA 25- Febrero-2009

ALUMNO:___________________________________ CAL:____________

1. ( 40 puntos ) Actualmente, las baterías de los automóviles funcionan con una solución de ácido sulfúrico al 18.6% en peso. Esta solución se prepara mezclando una corriente de ácido diluido al 12.4 % de H₂SO₄ (el resto es agua pura) con ácido sulfúrico concentrado al 77.7%. Si se alimentan 200 kg/hr de solución concentrada al sistema de mezclado, cuantos kilogramos de solución diluida se requieren y que cantidad de ácido para las baterías se produce?

El problema se resuelve fácilmente si contesta las siguiente preguntas en orden

a) Dibuje un diagrama detallado del proceso y etiquételo correctamente.

b) Cuantas variables conocidas tiene? Cuales son?

c) Cuantas variables desconocidas tiene? Cuales son?

d) Cuantos componentes identifica en el proceso.

e) Indique claramente el numero de ecuaciones balance de materia que Usted puede plantear

f) Ahora escriba correctamente las ecuaciones de balance de materia y obtenga la respuesta al problema.

2. ( 60 puntos ) A continuación se presenta un diagrama de un proceso de destilación de benceno-tolueno con una descripción simplificada de lo que ocurre en el mismo.

El vapor que sale por la parte superior de la columna, que contiene 97 % mol de benceno, se condensa por completo y se divide en dos corrientes iguales: una de ellas se recircula a la torre de destilación, la otra es el producto ligero. Esta corriente contiene el 89.2 % del benceno alimentado a la columna.

El liquido que sale por la parte inferior de la columna se alimenta a un calentador parcial en donde se vaporiza el 45 % del mismo . El vapor generado en el calentador se recircula a la torre de destilación tal como lo indica el diagrama. El liquido sale del sistema y esta etiquetado como producto pesado . El liquido y el vapor que salen del calentador están en equilibrio físico. Por lo que las fracciones de esas corrientes se relacionan mediante la ecuación.

Con esta información se le pide contestar las siguientes preguntas:

a) Etiquete completamente el diagrama del proceso y defina los cuatro subsistemas

b) Haga el análisis de grados de libertad para cada uno de los subsistemas e identifique con cual podría iniciar en forma adecuada la solución a los balances de materia que describen el proceso.

c) Escriba en orden las ecuaciones que resolvería para calcular todas las variables desconocidas del diagrama de flujo. De ser posible, encierre en un circulo la variable que despejaría en cada ecuación.

d) Si aún tiene tiempo, calcule el flujo molar de los productos ligero y pesado, la fracción molar de benceno en el liquido y en el vapor que salen del condensador