Docsity
Docsity
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity

Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium

Orientación Universidad
Orientación Universidad
Vende en Docsity
Vende en Docsity
Docsity AI
Docsity AI
Inicia sesiónRegístrate

Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity

Busca documentos

Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity

Busca tu universidad

Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad

Video Cursos

Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades

Quiz

Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación

Docsity AINEW

Resume tus documentos, hazles preguntas, conviértelos en quiz y mapas conceptuales

Ver preguntas

Despeja tus dudas leyendo las respuestas a las preguntas que realizaron otros estudiantes como tú

Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium

Compartir documentos
download point icon20 Puntos

Por cada documento subido

Responde a las preguntas
download point icon5 Puntos

por cada respuesta dada (máx. 1 al día)

Todos los modos para conseguir puntos gratis
Consigue puntos de inmediato

Elige un plan Premium con todos los puntos que necesitas.

Oportunidades de estudio

Elige tu próximo programa de estudio

Ponte en contacto inmediatamente con las mejores universidades del mundo. Busca entre miles de universidades en todo el mundo. Busca entre miles de universidades partner oficiales

Comunidad

Pregúntale a la comunidad

Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio

Ebooks gratuitos

¡Nuestros e-books salva-estudiantes!

Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity

Ejercicios balance químico, Ejercicios de Química

Química

Ejercicios para practicar balances

Tipo: Ejercicios

2024/2025

Subido el 06/10/2024

marc-rodriguez-17
marc-rodriguez-17 🇪🇸

1 documento

1 / 10

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
ENGINYERIA BIOQUÍMICA
TE MA 2.- BALANÇOS DE MATÈRIA
Part 1: Estat estacionari
1) D’ un fermentador s’obtenen 2000 kg h-1 d’una solució aquosa d’etanol (10% en
pes). Es vol separar en una columna de destil·lació en continu, per obtenir un
destil·lat amb un 90% en pes d’etanol i un residu amb una proporció d’etanol no
superior al 0,5% en pes. Calcula els cabals que s’obtindran de les dues fraccions.
D = 212 kg·h-1R = 1788 kg·h-1
Esquema procés
Esquema funcionament
2) Una bateria de membranes cilíndriques de fibra buida s’utilitza per a concentrar una suspensió bacteriana
procedent d’un fermentador. Del fermentador surten 350 kg/min de suspensió que són bombejats cap al sistema
de membranes (corrent 1). Aquest corrent conté un 1% de bacteris mentre que la resta es pot considerar aigua. Per
l’espai extern al voltant de la membrana circula a contracorrent 80 kg/min de solució tamponant (corrent 3) que
recullen l’aigua filtrada i surt pel corrent 4.
Esquema procés Esquema funcionament
Si es vol aconseguir que la suspensió sigui d’un 6% de biomassa en el corrent 2,
a) Quin és el cabal màssic de la suspensió bacteriana concentrada (corrent 2)?
b) Quin és el cabal màssic de solució tampó a la sortida (corrent 4)?
c) Quina quantitat d’aigua travessa la membrana (corrent 5)?
Dades i Notes: suposa que els bacteris no estan actius durant l’operació i per tant que no hi ha creixement.
a) 58,3 kg/min b) 371,7 kg/min c) 291,67 kg/min
3) Es vol aconseguir etanol pur (100%) a partir d’una mescla 95% etanol i 5% aigua mitjançant destil·lació afegint-hi
un tercer component com és el benzè. Aquest compost provoca la baixada de la volatilitat de l’alcohol. En aquestes
condicions s’obté com a destil·lat una mescla amb un 74,1% benzè, 18,5% d’etanol i un 7,4% d’aigua i com a residu
(fase líquida) s’obté alcohol pur.
Calcula el volum de benzè que s’ha d’alimentar a la columna per a produir 250 L d’alcohol absolut.
Densitat etanol: 0,785 kg.·L-1 ; Densitat benzè: 0,872 kg·L-1 R: 136,4 L de benzè
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Ejercicios balance químico y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity!

TEMA 2.- BALANÇOS DE MATÈRIA

Part 1: Estat estacionari

  1. D’ un fermentador s’obtenen 2000 kg h-1^ d’una solució aquosa d’etanol (10% en pes). Es vol separar en una columna de destil·lació en continu, per obtenir un destil·lat amb un 90% en pes d’etanol i un residu amb una proporció d’etanol no superior al 0,5% en pes. Calcula els cabals que s’obtindran de les dues fraccions. D = 212 kg·h-^1 R = 1788 kg·h-^1 Esquema procés Esquema funcionament
  2. Una bateria de membranes cilíndriques de fibra buida s’utilitza per a concentrar una suspensió bacteriana procedent d’un fermentador. Del fermentador surten 350 kg/min de suspensió que són bombejats cap al sistema de membranes (corrent 1). Aquest corrent conté un 1% de bacteris mentre que la resta es pot considerar aigua. Per l’espai extern al voltant de la membrana circula a contracorrent 80 kg/min de solució tamponant (corrent 3) que recullen l’aigua filtrada i surt pel corrent 4. Esquema procés Esquema funcionament Si es vol aconseguir que la suspensió sigui d’un 6% de biomassa en el corrent 2, a) Quin és el cabal màssic de la suspensió bacteriana concentrada (corrent 2)? b) Quin és el cabal màssic de solució tampó a la sortida (corrent 4)? c) Quina quantitat d’aigua travessa la membrana (corrent 5)? Dades i Notes: suposa que els bacteris no estan actius durant l’operació i per tant que no hi ha creixement. a) 58,3 kg/min b) 371,7 kg/min c) 291,67 kg/min
  3. Es vol aconseguir etanol pur (100%) a partir d’una mescla 95% etanol i 5% aigua mitjançant destil·lació afegint-hi un tercer component com és el benzè. Aquest compost provoca la baixada de la volatilitat de l’alcohol. En aquestes condicions s’obté com a destil·lat una mescla amb un 74,1% benzè, 18,5% d’etanol i un 7,4% d’aigua i com a residu (fase líquida) s’obté alcohol pur. Calcula el volum de benzè que s’ha d’alimentar a la columna per a produir 250 L d’alcohol absolut. Densitat etanol: 0,785 kg.·L-1^ ; Densitat benzè: 0,872 kg·L-1^ R: 136,4 L de benzè

recicle de salmorra aigua de mar 1000 kg/h 3.1 % sal aigua desalinitzada 500 ppm de sal cel·la d’òsmosi inversa salmorra residual 4.0 % sal 5.25 % sal

  1. Es vol desalinitzar aigua de mar per osmosi inversa utilitzant l’esquema de procés que s’indica en l’esquema del procés. Determinar: A. El cabal màssic de salmorra residual B. La producció d’aigua desalinitzada (kg/h) C. Cabal màssic de salmorra recirculat a) 586,5 kg/h b) 413,5 kg/h c) 720 kg/h Esquema del procés
  2. El suc de taronja fresc conté un 12% de sòlids en suspensió aquosa (percentatge en massa); aquests sòlids són principalment sucres. Per tal de reduir els costos de trasllat, sovint es concentra el suc abans d’embarcar-se i llavors es reconstitueix a l'arribar al seu destí. El procés de concentració s’efectua en evaporadors de disseny especial, de temps de residència curt, que operen a pressions menors a l’atmosfèrica per reduir les pèrdues dels components de sabor i aroma, presents en quantitats molt petites i que són molt volàtils i sensibles al calor. Com que generalment no es pot evitar algunes pèrdues d’aquests components, la pràctica més comú és concentrar el suc un xic més del necessari, i després agregar una petita quantitat de suc fresc al concentrat per obtenir un producte de millor aroma i sabor. Suposant que s’utilitza un 10% de l’alimentació per la reconstitució, que s’opera l’evaporador per obtenir un suc de descàrrega que contingui un 80% de sòlids en solució i que el procés s’alimenta amb 4500 kg/h de suc fresc, calcular la quantitat d’aigua evaporada i la composició del producte final. a) 3442.5 Kg H 2 O/h. b) 51% sòlids
  3. La fabricació de certs productes requereix la separació dels sòlids en suspensió del seu licor mare per centrifugació, seguit per una etapa de filtració per reduir la humitat aconseguint un sòlid amb un 4% d’aigua. El líquid recollit en la filtració es

La composició d’aquests dos corrents està en equilibri, i be donat pel gràfic adjunt. En aquest gràfic es presenta la fracció molar de metanol en el fase vapor en funció de la fracció màssica de metanol en el líquid. Si s’alimenten 1000 kg/h, calcula la quantitat de metanol que es perdrà pel corrent líquid (L) expressat en kmols/h de metanol, % de metanol perdut. 6,7 kmols·h-1^ ; 70% de metanol perdut per L

  1. Del corrent de sortida d’un fermentador es vol separar selectivament el butanol per adsorció en carbó actiu (CA, sòlid). Es disposa d’un sistema d’adsorció de contacte en continu tipus tanc agitat seguit de la separació sòlid líquid. El sistema s’alimenta amb un corrent de 2000 kg h-1^ de sortida del fermentador amb una concentració de 10 g L-1^ de butanol (corrent 1). Si es vol recuperar el 95% del butanol alimentat (adsorbit en el carbó actiu). Calcula la dosificació de carbó activat (CA) necessària en kg de CA/h (corrent 2), considerant que l’eficiència de la separació ve governada per l’equilibri que s’estableix entre la fase sòlida i la líquida (corrents 3 i 4 estan en equilibri). L’equilibri ve donat per la isoterma de Langmuir, segons la següent expressió: On q representa la quantitat de butanol adsorbit (g butanol/Kg CA, corrent 3), C és la concentració de butanol en el líquid en equilibri amb la fase sòlida o adsorbent (corrent 4). Les dues constants a i b, obtingudes experimentalment pel sistema butanol-carbó actiu, tenen valors de a= 110 g/kg i b=29. Nota: Com indicació per resoldre aquest problema tingueu en compte que q també pot tenir les unitats de g butanol·h-1/Kg CA·h-1. A més, com que el cabal de CA que entra pel corrent 2 surt pel corrent 3, en aquest problema heu de determinar el denominador de q (Kg CA·h-1) 184,64 kg CA/h
  2. Cal separar el 99% del metà contingut en 200 m^3 h-1^ d’aire (1 atm, 20ºC) amb un 20% (molar) de CH 4 per absorció en aigua. Calcula la mínima quantitat d’aigua ( en m^3 /h) necessària si la solubilitat del CH 4 ve donada per la lley de Henry ( PCH4 = H’·x), essent el valor de la constant H’ a 20ºC treballant a 1 atm de 37,6 atm. El cabal d’aigua serà de 446 m^3 /h

Ae As

Absorció

We Ws

Part 2: estat no estacionari

  1. En una empresa del sector farmacèutic vol millorar les característiques d’un producte comercial A, barrejant-lo amb un corrent d’un producte similar, anomenat A aromatitzat, i que consta d’una solució pura d’A a la que se li ha addicionat un compost aromàtic B fins a una concentració de 10 gr/l. Per tal de fer-ho a escala industrial s’ha dissenyat el següent procés: 1.- Inicialment s’omple completament un dipòsit de 60 m^3 amb el producte A pur. 2.- En un instant donat es comença a introduir contínuament A aromatitzat (es a dir, A pur + B dissolt en la concentració abans esmentada de 10 gr/l ), alhora que es comença a descarregar solució cap a la secció d’envasat. El cabal dels corrents d’entrada i sortida seran de 60 l/min. 3.- El procés s’aturarà quan la concentració de B al corrent de sortida sigui de 5 gr/l. Durant l’operació el líquid contingut en el dipòsit és agitat contínuament, de manera que es pot admetre que la concentració de compost aromàtic és uniforme a tots el punts. Admeteu que les densitats de A i B són pràcticament iguals. a) Calculeu l’estona que hem de tenir el procés en marxa, és a dir, el temps que ha de transcórrer perquè la concentració del compost aromàtic (B) en el corrent que surt del tanc sigui de 5 gr/l. b) Quina serà la concentració del compost B al corrent de sortida si no aturéssim el sistema en cap moment i permetéssim que arribés a l’estat estacionari? a) t = 693. 15 minuts; b) cB = 10 gr/l.
  2. El fum de les cigarretes fa plorar els ulls perquè en la combustió es forma formaldehid que provoca irritació als ulls. Per sobre de 0.05 ppm de formaldehid els ulls s’irriten. El formaldehid té una constant de descomposició de 0.4 h - en una cinètica de primer ordre. Si entren 1000 m^3 /h d’aire net al bar a 25ºC i hi ha 50 fumadors dins el local de 500 m^3 que fumen 2 cigarretes per hora, de mitjana i cada cigarreta desprèn 1.40 mg de formaldehid, quina concentració de formaldehid hi haurà al bar a l’estat estacionari? Si inicialment la concentració de formaldehid és zero i el bar obren a les 23 h, quina concentració hi haurà a les 0:00 h? Solució: CEE = 0.117 mg formaldehid/m^3. C (1 hora) = 0.106 mg/m^3.
  1. En les plantes de tractament d’aigües residuals urbanes, abans del tractament biològic aerobi, es requereix d’una sèrie d’etapes prèvies per eliminar els sòlids que conté l’aigua. Es vol fer el manteniment d’una d’aquestes etapes, pel que es requereix buidar el tanc que conté 440.000 L de líquid i 10.000 kg de sòlids en suspensió. Abans de buidar, però, es requereix diluir la concentració de sòlids que hi ha dins del tanc. Amb aquesta finalitat es comença a alimentar el tanc amb aigua amb un cabal de 40.000 L/h a l’hora que es descarrega amb el mateix cabal, mantenint sempre l’interior del tanc homogeneïtzat. Quina serà la concentració de sortida al cap de 5 h? 0,014 kg/L
  2. Es vol posar en marxa un tanc alimentat amb dos corrents diferents que conten etanol. El tanc està inicialment ple amb una dissolució d’etanol de concentració 6 g/L. En un moment donat es començar alimentar el tanc amb els dos corrents. El corrent 1 té un cabal de 2,2 L/min amb una concentració d’etanol de 3,5 g/L mentre que el corrent 2 té un cabal de 2,8 L/min amb una concentració de 4 g/L. El tanc està perfectament agitat i el volum es manté contant durant tota l’operació. El temps de residència és de 30 min. Quant temps es tardarà en assolir l’estat estacionari? (considera el 95% de l’estat estacionari).
  1. En un tanc perfectament agitat entra contínuament 1 m^3 /h d’aigua pura i surt 0.9 m^3 /h de dissolució. Donat que el tanc està a temperatura elevada, hi ha una evaporació contínua de 24.5 kg./m 2 .h. Inicialment el tanc està ple d’una dissolució aquosa de sals, amb una composició de 50x10-3^ kg sals/kg dissolució. Calculeu la concentració en el tanc al cap d’una hora de funcionament. Dades i notes:  Donades les petites concentracions de sal en qualsevol moment, es pot admetre que la densitat dels corrents d’entrada i sortida és constant i igual a 980 kg/m^3.  Les dimensions del tanc són 2 x 2 x 1 (llarg x ample x alt) en metres.  El tanc es troba perfectament agitat de manera que la concentració en el seu interior pot considerar-se constant i igual a la del corrent de sortida. Resposta: 39,13 kg sal/m^3

Part 3: Exàmens i AC

20. Es vol preparar una dissolució de nutrients amb una composició del 15% en sals (percentatge en massa). El procés es du a terme en dues etapes com es mostra a la figura. El tanc A s’escalfa per aconseguir una major solubilitat de les sals, el que produeix una certa pèrdua de líquid per evaporació. D’aquesta etapa surt un corrent, amb una composició de sals del 40%, que passa al tanc B on s’ajusta la composició de sals al 15%. Tanc A Tanc B Aigua Nutrients (sòlid) Dissolució nutrients 15% Dissolució nutrients 40% 1 7 4 2 5 3 6 Si l’agua utilitzada en el procés és de 364 kg/d (corrent 1), by-passant un 72,5% d’aquest cabal al tanc B. Determina: Les pèrdues per evaporació (kg/d) a) La quantitat de nutrients alimentat (kg/d) a)5,1 Kg/d b) 63,3 kg/d 21. En un tanc perfectament homogeneïtzat, es recullen de forma contínua les agües de rentat de diferents processos. El tanc, de secció quadrada de 0,4 m d’ampla i 1 m d’alçada, rep un corrent d’entrada (corrent 1) de 30 L/h amb una concentració de sals de 15 mg/L i un altre corrent ( corrent 2) amb un cabal de 50 L/h amb una concentració de sals de 2 mg/L, mantenint-se el volum constant gràcies a una sortida per sobreixidor per la part superior. Degut a les tasques de manteniment s’ha aturat el procés i buidat el tanc. Per tornar-lo a posar en marxa es requereixen dos passos. En primer lloc s’omple el tanc amb el cabal i la concentració del corrent 1. Un cop ple, el segon pas és obrir també el pas del corrent dos i deixar el temps suficient perquè el procés s’estabilitzi. a) Quan temps tardarà a omplir-se el tanc (pas 1)

b) Quan temps trigarem a què el procés s’estabilitzi (pas 2)? A efectes de càlcul considera el temps per aconseguir una concentració de sortida un 10% superior a la de l’estat estacionari a)5,3 h b) 4,95 h

22. Es vol reduir la humitat de l’aire mitjançant un condensador seguint l’esquema que es presenta a la figura. L’aire humit (corrent 1) té un 5% d’aigua (molar) i entra a 1 atm i una temperatura de 35 oC. D’aquest corrent una part entra al condensador aconseguint una composició a la sortida del condensador de 0,72% d’aigua a 10 oC (corrent 5). Aquest corrent es barreja amb el corrent 2 obtenint el corrent de sortida 6 amb un cabal d’aire de 30 m 3 /min a 1 atm i 24oC i una composició d’aigua de 1,77% (molar). Determina: a) Cabal màssic de líquid que condensa en kg/ min. b) Cabal del corrent que by-passa en L/min. a)0,75 Kg/min B) 7630 L/min 23. Model típic denunciat AC Disposem d’un tanc de 4,7 L on arriben dos corrents que contenen barreja octà-heptà amb diferent composició (% en pes) segons: Corrent 1: Cabal total de 2,3 kg/h amb un 93% d’octà i un 7% d’heptà Corrent 2: Cabal total de 1,1 kg/h amb un 80% d’octà i un 20% d’heptà Es pot considerar que ens tots els corrents la densitat és manté constant i és igual a 0,69 Kg/L. a) (3,25 p) Si inicialment el tanc està ple amb una mescla que conté 85% heptà i 15% octà, i comencem a alimentar els corrent 1 i 2, quant temps tardarem a aconseguir una composició a la sortida de 85% d’octà i 15% d’heptà? 2,8 h b) (0,25p) Quin és el temps de residència hidràulic del sistema? 0,95 h c) (0,25p) Si disminuïm el volum del tanc, quin efecte tindria sobre el temps que es demana en l’apartat a? Raona la resposta utilitzant el TRH d) (0,25p) Expressa les composicions del corrent 1 en concentracions. octà 0,64 kg/L i heptà 0,048 kg/L e) (1p) Si en les mateixes condicions de l’apartat a), es tanquen els dos corrents d’entrada i es manté obert el corrent de sortida amb el mateix cabal, quant temps trigarem a buidar el tanc? 0,95 h

24. Es volen separar dos productes A i B d’un corrent que té un cabal màssic de 100 kg/h i una composició

del 50% cadascun. L’esquema del procés es presenta a la figura.

Se sap que el corrent 3 es divideix en dos corrent d’igual cabal màssic. A més, el 25% del contingut de A

en el corrent 2 surt pel corrent 3.

Determina el cabal màssic i la composició del corrent 6.

a)46,3 Kg/h b) 15,4% d’A i 84,6% de B CONDENSADOR

Aire

humit 1

H 2 O (L)

Propietats component A Pes molecular: 58 g/mol Cp = 1,24 J/g·oC Entalpia a 5oC= 13, 9 J/g Propietats component B Pes molecular: 46 g/mol Cp = 2,24 J/g ·oC Entalpia a 5oC= 139,5 J/g

e) (1,5p) Cada cert temps es fa una operació de neteja del tanc. Tenint en compte el procés de neteja

que es descriu a continuació, quant temps dura el procés de neteja?

Etapes del procés de neteja

1) Buidar 2/3 parts del volum del tanca partir d’una sortida disposada al fons del tanc que té un

cabal proporcional al volum del tanc (constant de proporcionalitat 0,3 h-1), i tancant els corrents

d’entrada.

2) Operació de neteja pròpiament dita on es tanquen totes les vàlvules d’entrada i sortida

mantenint el volum anterior. La durada és de 5h.

3) A continuació, acabar d’omplir el tanc obrint els dos corrents d’entrada.

4) Un cop el tanc ple, obrir la vàlvula del corrent de sortida y deixar un temps igual a tres cops el

temps de residència hidràulic abans de donar per acabat el procés. R: 30,66h

f)(0,5p)Justifica perquè es deixa un temps igual a tres cops el temps de residència hidràulic a l’apartat

anterior.

26. En una columna de rectificació es tracten 1500 kg/h d’una

mescla d’A i B amb un contingut del 55 % d’A (percentatge

en massa) que entra a una temperatura de 65oC.

L’esquema del procés es presenta a la Figura.

Per la part superior de la columna surt el vapor (corrent 2)

que entra a un condensador y surt tot en forma líquida

(corrent 3). Com a dades, se sap que pel corrent 2 surten 1200 kg/h

amb una composició en massa del 91% d’A. A més, el cabal màssic

del líquid que retorna a la columna (corrent 5) és 0,365 vegades el

cabal màssic del destil·lat obtingut (corrent 4).

a) (2 p) Quin és el cabal màssic i la composició del corrent 6? R: 620 Kg/h; 4% A

b) (0,5 p) Expressa el cabal i la composició del corrent 1 en mols? 28,9 kmols/h; 49% A en mols