Problemas de Ingeniería Química

Problemas de Ingeniería Química
Hoja 1.- Introducción a los Balances de Materia
1.- Determínese el peso molecular promedio del aire.
2.- A partir de una concentración de 0,25 ppm de SO2 en el aire se ha observado un pronunciado efecto
de este gas sobre la salud de la población. La concentración media de SO2 en una ciudad es de 415
µg/m3 en condiciones estándar (25ºC y 1 atm) ¿Se sobrepasaría el valor comentado anteriormente?
3.- El porcentaje de sales en el mar Mediterráneo es del 3,87 %. De estas sales el 77,07% es NaCl, el
8,76% de MgCl2 y el 8,34% de MgSO4 ¿Qué peso de agua es necesario evaporar para obtener 1 kg de
magnesio?
4.- En una salina, en la que se dispone de balsas de 20 m3 de volumen, se evapora agua de mar con un
contenido en NaCl del 3,52%. Se desea obtener un producto cristalizado con un 25% de humedad.
Sabiendo que la densidad del agua salada es 1.028 kg/m3. Calcúlese la cantidad de agua evaporada en
cada balsa.
5.- Se desea preparar una pintura al agua con la siguiente composición: 7% de pigmento, 20% de resina
y 73% de agua. La pintura se prepara a partir de una pasta de pigmento con un 50% de agua, una
resina con un 10% de agua y una corriente adicional de agua. Calcular el consumo de materias
primas por cada 100 kg de pintura producida.
6.- Se desea llenar una piscina de agua utilizando un caudal de 5 l/s. Si la piscina tiene 25 m de largo por
10 metros de ancho con una profundidad media de 2 m, determínese el tiempo que tardaría en
llenarse la piscina.
7.- Se alimenta a una columna de destilación una mezcla equimolar de propano y butano con un caudal
de 67 mol/s. El 90% de propano alimentado se recupera por la parte superior de la columna, la
composición de este destilado es del 95% en el compuesto más ligero. Calcúlese el caudal y la
composición de las distintas corrientes que abandonan el destilador.
8.- En un sistema formado por un evaporador y un cristalizador se tratan 10.000 kg/h de una disolución
con un 20% de sal en peso. A la salida del evaporador la disolución, que se ha concentrado hasta
alcanzar un 50% en peso de sal, se introduce en el cristalizador, del cual se extraen unos cristales con
un 4% de agua. La disolución saturada, conteniendo 0,6 kg sal/kg de agua, se recircula
incorporándose a la corriente de alimento del evaporador. Calcúlense los caudales de sal húmeda
producida, de disolución recirculada y de agua evaporada.
9.- En un motor de explosión se quema octano (C8H18) utilizando aire como comburente. La relación
molar aire/combustible es de 88,9. Determínese la composición de los gases de escape, sabiendo que
únicamente se han detectado los siguientes compuestos: H2O, CO2, O2, N2.
10.- En un motor de explosión se quema octano con aire seco. Se ha realizado un análisis Orsat sobre los
gases de combustión, obteniéndose los siguientes resultados: 10,02% de CO2, 5,62% de O2, 0,88% de
CO y 83,48% de N2. Calcúlese:
a) Relación aire/combustible.
b) Porcentaje de aire en exceso.
11.- En una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) existe un tanque de hormigón perfectamente
agitado que contiene inicialmente 440 m3 de agua con 2 t de sólidos en suspensión. Para arrastrar los
sólidos del tanque se bombea agua al mismo con un caudal de 40 m3/h. Suponiendo que esta
operación se realiza en estado estacionario, determinar la concentración de sólidos en suspensión en
el tanque al cabo de 12 h de operación.
12.-Se desea clorar el agua contenida en una pequeña piscina de 10 m3. Inicialmente el agua no contiene
cloro y se desea añadir este compuesto hasta que se alcance una concentración de 0,5 mg/L. Para
lograrlo se recircula, de manera continua, una corriente de 500 L/h que se introduce a la piscina tras
aumentar la concentración de cloro hasta 10 mg/L. Si el volumen de la piscina permanece constante
gracias a un rebosadero practicado a tal efecto, y se considera que el agua de la piscina está
perfectamente agitada, determinar:
a) El tiempo necesario para que el agua del tanque alcance la concentración deseada.
b) Una vez alcanzada la concentración de 0,5 mg/L se corta la corriente de suministro y se permite el
baño en la piscina, observándose que la concentración de cloro disminuye a una velocidad de 0,4
mg/L.h ¿Cuánto tiempo tardaría en disminuir la concentración de cloro hasta 0,02 mg/L?
c) A la vista de esto, una vez alcanzada la concentración de 0,5 mg/L, se decide mantener una
corriente de suministro de cloro mientras se permite el baño, con el mismo caudal (500 L/h), pero con
una concentración adecuada para que el cloro se mantenga constante en la piscina en 0,5 mg/L ¿Qué
concentración debe tener en este caso la corriente continua de alimentación?
SOLUCIONES
1.
28,84 g aire/mol-g aire
2.
No se sobrepasa.
3.
662,3 kg
4.
19.595,7 kg
5.
Resina: 22,2 kg; Pigmento: 14 kg; Agua: 63,8 kg
6.
27,8 h
7.
Dest.; 31,8 moles/s; Res.: 35,2 moles; xR: 0,094
8.
Sal: 2.083 kg/h; Recirc.: 7.668 kg/h; Agua evap.: 7.917 kg/h
9.
H2O: 9,6%; CO2: 8,6%; O2: 6,6%; N2: 75,2%
654,8 g/m3
10. a) A/C: 77,7 kmoles aire/kmoles octano
11. 1,54 kg/m3
12. a) 1,026 horas
b) 1,2 horas
c) 8,5 mg/L
b) Aire exceso: 30,53%