PROBLEMARIO2

Problema introductorio de balance de materia.
A un proceso de producción de metano a partir de gas de síntesis y vapor de

agua, se alimentan 6 kgmol/min de un gas que contiene 50% de H2, 33% de CO
y el resto de CH4 (todos en base molar), así como 72 kg/min de H2O en forma
de vapor. Los productos obtenidos son 3 kgmol/min de agua líquida y 96
kg/min de un gas que contiene 25% de CH4, 25% de CO2 y el resto de H2 (todos
en base molar).
(a) Se conserva la masa total?
(b) Se conserva los moles totales?
(c) Se conserva la masa de cada tipo de sustancia química?
(d) Se conserva el número de átomos de cada elemento?
(e) Que puede concluirse que ocurre en este proceso?
WH2O =1
0.50 H2
0.33 CO
0.17 CH4 0.50 H2
0.25 CO2
0.25 CH4
xH2O =1
Problema 1. Puede recuperarse acetona de un gas portador disolviéndola en
una corriente de agua pura en una unidad llamada absorbedor. En el diagrama
siguiente 200 lbm/h de una corriente con 20% de acetona se tratan con 1000
lbm/h de una corriente de agua pura, lo que produce un gas de descarga libre
de acetona y una solución de acetona en agua. Supóngase que el gas portador
no se disuelve en el agua y determine:
(a) El número de ecuaciones independientes
(b) El número de balances de materia
(c) Todas las variables de las corrientes desconocidas.
F2=1000 lb/h F3=? lb/h
Ww=1 WG=1
F1=200 lb/h F4=? lb/h

WA=0.20
WA=?
WG=0.80
WW=?
Problema 2. A continuación, se muestra un diagrama de flujo etiquetado para

un proceso de extracción en el cual se transfiere soluto (A) de un disolvente
(S) a otro disolvente (T) en el cual es más soluble.
W g T/min
Q (g/min)
400 g/min
0.02 g A/g
0.1 g A/g 0.98 g S/g
0.9 g S/g
R (g/min)
0.2 g A/g
0.8 g T/g
(a) Calcula el máximo número de balance de materia independiente que

pueden escribirse para este proceso
(b) Calcule el valor de F
(c) Calcule Q, W, R utilizando la alimentación que se proporciona como base
(d) Calcule la diferencia entre la cantidad de A en la disolución de
alimentación y en la disolución al 2% y muestra que es igual a la cantidad que
sale en la disolución al 20%.
(e) Calcula el cociente (g de A en la disolución final/g de A en la disolución
de alimentación)
Problema 3. Supóngase que se desea producir 1000 kg/h de alcohol etílico

puro destilando una mezcla de alimentación que contiene 60% de agua y 40%
de alcohol. Si la composición del residuo es 75% benceno, 25% agua y el resto
alcohol. Determine:
(a) Número de ecuaciones independientes
(b) Número de balances de materia
(c) Grados de libertad
(d) Los valores de las variables desconocidas
Problema 4. Se destilan 1000 kg/h de una mezcla que contiene partes iguales
en masa de benceno y tolueno. La velocidad de flujo del producto en la cabeza
de la columna es de 488 kg/h y el residuo de la destilación contiene 7.11% en
peso de benceno. Calcula las fracciones en masa y las fracciones molares del
benceno y las velocidades de flujo molar del benceno y tolueno en el flujo de
productos de la destilación.
F3= 488 kg/h
WB=?
WT=?
F1=1000 kg/h
WB=0.5
WT=0.5
F2=? kg/h
WB=0.0711
WT
Problema 5. Examine el proceso de la figura siguiente. No ocurren reacciones
químicas y X denota una fracción molar. ¿Cuántas variables son desconocidas?
¿Cuántas son concentraciones?, ¿es posible obtener una solución única para
las incógnitas?.
P
F
xA=0.3
xA=0.2 XB=?
XB=0.8
W
xA=0.1
XB=?
Problema 6. La alimentación a una columna de destilación contiene 36% en

masa de benceno y el resto de tolueno. El destilado deberá contener 52% en
masa de benceno mientras que los fondos contendrán 5% en masa de
benceno. Calcule:
(a) El porcentaje de la alimentación de benceno que contiene el destilado
(b) El porcentaje de la alimentación que sale como destilad
F2
WB=0.52
WT=0.48
F1
WB=0.36
WT=0.64
F3
WB=0.05
WT=0.95
Problema 7. Un método para determinar el flujo volumétrico de una corriente
de proceso en flujo turbulento consiste en un inyectar cantidades pequeñas y
medibles de algún fluido que se disperse con facilidad para luego medir la
concentración de este fluido en una muestra de la corriente mezclada
obtenida en algún punto adecuado corriente abajo. Supóngase que una
corriente que contiene 95% mol de butano y 5% mol de oxígeno se le inyectan
16.3 moles de oxígeno por hora. Corriente abajo el porcentaje de O2 es del
10%. Calcule el flujo de la corriente.
n1 = mol/h n3 = mol/h
0.10 O2
0.95 C4H10
0.05 O2
n2 =16.3 mol O2/h
Problema 8. Se tiene el siguiente diagrama. Determine los grados de libertad

y determine los valores de W y P.
P
F=100 kg
50% EtOH 80% EtOH
40% H2O 5% H2O
10% MeOH 15% MeOH
W
5% EtOH
92.5% H2O
2.5% MeOH
Problema 9. Para el proceso que se muestra en la figura siguiente determine
los grados de libertad y determine los valores de las variables desconocidas.
F2
0.50 A
0.50 C
P=100 kg/h
F1 0.35 A
0.10 A 0.10 B
0.20 B 0.55 C
0.70 C
F3
0.20 A
0.30 B
0.50 C
Problema 10. Tres mezclas gaseosas n1, n2, y n3 con las composiciones
especificadas en la tabla siguiente son mezcladas para obtener una mezcla
simple:
Gas n1 n2 n3
CH4 25 25 60
C2H6 35 30 25
C3H8 40 45 15
Total 100 100 100
Un nuevo análisis indica que la composición alcanzada en la mezcla es 25%
CH4, 25% C2H6 y 50% C3H8. Sin la necesidad de realizar cálculos a detalle,
explique cómo sabría que el análisis de la mezcla es incorrecto.
Problema 11. El ácido agotado de un proceso de nitración contiene 43% de

H2SO4 y 36% de HNO3. La concentración de este ácido diluido se incrementa
mediante la adición de H2SO4 concentrado que contiene 91% de H2SO4 y ácido
nítrico concentrado que contiene 88% de HNO3. El producto deberá contener
41.8% de H2SO4 y 40% de HNO3. Calcule las cantidades de ácido agotado y
ácidos concentrados que deberá mezclarse para obtener 10 lbm del ácido
mezclado reforzado.
Problema 12. Un gas que contiene 80% de CH4 y 20% de He se hace pasar por
un tubo de difusión de cuarzo como se muestra en la figura siguiente con la
finalidad de recuperar el helio. Se recupera el 20% en peso del gas original y su
composición es de 50% de He. Calcule la composición del gas de desecho si
cada minuto se procesan 100 kgmol de gas.
Gas de
desecho
80% CH4
20% He
Gas recuperado
50% He
Problema 13. Un flujo de agua y aire entran a una cámara humectadora en la

que el agua se evapora por completo y se incorpora a la corriente de aire. El
aire a la entrada contiene 1% mol de H2O (v), 20.8% de O2 y el resto de N2 y el
aire húmedo contiene 10% mol de H2O. Calcula la velocidad de flujo
volumétrico (ft3/min) del líquido requerido para humedecer 200 lbmol/min de
aire de entrada.
Problema 14. Una mezcla de pintura que contiene 25% de un pigmento y el

resto de agua se vende a $12.00 /kg y una mezcla que contiene 10% de
pigmento se vende a $7.00/kg. Si un fabricante de pintura produce una mezcla
que contiene 15% de pigmento, en cuanto debe venderla para tener una
ganancia de 10%.

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Problema introductorio de balance de materia.

A un proceso de producción de metano a partir de gas de síntesis y vapor de

F1=200 lb/h F4=? lb/h

Problema 2. A continuación, se muestra un diagrama de flujo etiquetado para

(a) Calcula el máximo número de balance de materia independiente que

Problema 3. Supóngase que se desea producir 1000 kg/h de alcohol etílico

F3= 488 kg/h

Problema 6. La alimentación a una columna de destilación contiene 36% en

n2 =16.3 mol O2/h

Problema 8. Se tiene el siguiente diagrama. Determine los grados de libertad

Problema 11. El ácido agotado de un proceso de nitración contiene 43% de

Problema 13. Un flujo de agua y aire entran a una cámara humectadora en la

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