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PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA
1. Un convertidor de mata recibe una carga de 60 ton conteniendo 54% de FeS. El FeS se oxida con aire dentro del convertidor por la siguiente reacción:
FeS + O2 FeO + SO2
El aire contiene 21% de oxígeno en volumen y 1 ton = 1000 kg. Calcular:
a) El volumen del aire en m3.b) ¿Cuánto SO2 se formó en m3?
c) ¿Cuántos kg de FeS se formaron?d) El peso de la escoria formada en toneladas métricas si el FeO constituye el 65% de la
escoria?
Reacción balanceada: 2FeS + 3O2 2FeO + 2SO2
a) 60 ton carga _ 54 ton FeS____ = 32.4 ton FeS 100 ton de carga
32.4 ton FeS _1 ton mol FeS 3 ton mol O2 32 ton O2 1 ton mol O2 22400 m 3 _ 88 ton FeS 2 ton mol FeS 1 ton mol O2 32 ton O2 1 ton mol O2
= 12 371 m3 O2
12 371 m3 O2 _100 m 3 aire_ = 58 909. 52 m3 aire 21 m3 O2
b) 32.4 ton FeS _1 ton mol FeS 2 ton mol SO2 22400 m 3 __ _ = 8247.27 m3 SO2 88 ton FeS 2 ton mol FeS 1 ton mol SO2
c) 32.4 ton FeS _1 ton mol FeS 2 ton mol FeO 71.847 ton FeO 1000 kg_ 88 ton FeS 2 ton mol FeS 1 ton mol FeO 1 ton
= 26452.75 kg FeO
d) 26 452.75 kg FeO 100 kg escoria_ = 40740 kg escoria 65 kg FeO
2. El Fe2O3 se reduce a Fe metálico en un horno eléctrico de acuerdo a la siguiente reacción:
Fe2O3 + 2C 2Fe + CO + CO2
a) Calcule los kg de óxido férrico que deberán reducirse para obtenerse 1 ton métrica de Fierro.
b) Los kg de carbón requeridos.c) Los m3 de CO y CO2 producidos en condiciones estándar.
d) Los kg de CO y CO2 producidos.
a) 1 ton Fe _1 ton mol Fe 1 ton mol Fe2O3 159.694 ton Fe2O3 1000 kg_ 55.847 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol Fe2O3 1 ton
=1430 kg Fe2O3
b) 1 ton Fe _1 ton mol Fe 2 ton mol C 12.011 ton C 1000 kg_ = 215 kg C 55.847 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol C 1 ton
c) 1 ton Fe _1 ton mol Fe 1 ton mol CO 22400_m 3 __ = 200.54 m3 CO 55.847 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol CO
1 ton Fe _1 ton mol Fe 1 ton mol CO2 22400_m 3 ___ = 200.54 m3 CO2
55.847 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol CO2
d) 1 ton Fe _1 ton mol Fe 1 ton mol CO 28 ton CO_ 1000 kg_ = 251 kg CO 55.847 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol CO 1 ton
1 ton Fe _1 ton mol Fe 1 ton mol CO2 44 ton CO2_ 1000 kg = 394 kg CO2
55.847 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol CO2 1 ton
3. El Pb se reduce a partir de la galena (PbS) en un horno de hogar abierto por la reacción del PbS + PbO en una reacción y del PbS + PbSO4
en otra reacción, el Pb y SO2 se forman en ambos casos. 3 veces más Pb se producen por la reacción del PbO que por la reacción del PbSO4, las 2 reacciones tienen lugar simultáneamente. El peso de PbS reducido en las 2 reacciones conjuntas es de 6600 kg. Calcular:
a) El peso total de plomo restante a partir de las reacciones y el peso en kg y volumen en m3 del SO2 producido.
2PbS + 4PbO 6Pb + 2SO2
PbS + PbSO4 2Pb + 2SO2________
3PbS + 4PbO + PbSO4 8Pb + 4 SO2
6600 kg PbS _1 kg mol PbS 8 kg mol Pb 207.19 kg Pb_ = 15241.3084 kg Pb 239.254 kg PbS 3 kg mol PbS 1 kg mol Pb
6600 kg PbS _1 kg mol PbS 4 kg mol SO2 64.064 kg SO2_ = 2356.2640 kg SO2
239.254 kg PbS 3 kg mol PbS 1 kg mol SO2
6600 kg PbS _1 kg mol PbS 4 kg mol SO2 22.4 m 3 SO 2_ = 823.89 m3 SO2
239.254 kg PbS 3 kg mol PbS 1 kg mol SO2
4. Una carga en una retorta para zinc produce 50 lb de Zn. La carga cosiste de mena conteniendo 56% de ZnO y 44% de ganga, el combustible contiene 90% de Carbono y 10% de cenizas. La reducción toma lugar de acuerdo con la reacción:
ZnO + C Zn + CO
Suficiente combustible se utiliza para quemar 5 veces más carbono del que la ecuación requiere. Calcular:
a) El peso de la mena en la carga en lb.b) El porcentaje de combustible en la carga.c) El volumen de CO desprendido en pies cúbicos.
a) 50 lb Zn _1 lb mol Zn 1 lb mol ZnO 81.37 lb ZnO_ = 62.238 lb ZnO 65.37 lb Zn 1 lb mol Zn 1 lb mol ZnO
62.238 lb ZnO _100 lb mena_ = 111.139 lb mena 56 lb ZnO
b) 50 lb Zn _1 lb mol Zn 1 lb mol C 12 lb C___ = 9.1785 lb C 65.37 lb Zn 1 lb mol Zn 1 lb mol C
9.1785 lb C _100 lb combustible_ = 10.198 lb combustible X 5 = 50.99 lb combustible 90 lb C
Carga = lb mena + lb combustible = 111.139 lb + 50.99 lb = 162.13 lb de carga
50.99 lb __100%___ = 31.45% combustible 162.13 lb
c) 50 lb Zn _1 lb mol Zn 1 lb mol C0 358.48 ft 3 CO = 274.193 ft3 CO 65.37 lb Zn 1 lb mol Zn 1 lb mol CO
5. Una mena de cobre contiene 6% de cobre y 35% de azufre, el mineral de cobre es calcopirita (CuFeS2) y el azufre está también presente como pirita de Fe. El resto de la mena es ganga y no contiene ni cobre, ni fierro, ni azufre. La mena se tuesta hasta que todo el azufre se remueve. La siguiente reacción tiene lugar:
4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2
4CuFeS2 + 13O2 4CuO + 2Fe2O3 + 8SO2
La cantidad de oxígeno suministrada al horno (contenido en el aire) está 200% en exceso de la cantidad requerida por las
ecuaciones. Calcular:
a) Las lb de cada uno de los minerales y de la ganga contenida en 1 ton de mena.b) Los pies cúbicos de oxígeno necesarios por las ecuaciones para tostar 1 ton métrica de
mena.c) Los pies cúbicos de aire realmente suministrados por tonelada de mena.d) El peso total de Fe2O3 y el volumen total de SO2 producidos al tostar una tonelada de mena.
4FeS2 + 4CuFeS2 + 24O2 4Fe2O3 + 4CuO + 16SO2
a) 1 ton = 2202.69 lb --------- 100% X --------- 6% X = 132.16 lb Cu
2202.69 --------- 100% X --------- 35% X = 770.94 lb S
132.16 lb Cu 1 lb mol Cu 1 lb mol CuFeS2 183.515 lb CuFeS2_= 381.701 lb CuFeS2
63.54 lb Cu 1 lb mol Cu 1 lb mol CuFeS2
381.701 lb CuFeS2 _1 lb mol CuFeS2 2 lb mol S 32.064 lb S__ = 133.38 lb S 183.515 lb CuFeS2 1 lb mol CuFeS2 1 lb mol S
770.94 lb S – 133.38 lb S = 637.56 lb S
637.56 lb S _1 lb mol S 1 lb mol FeS2 119.975 lb FeS2_ = 1192.79 lb FeS2
32.064 lb S 2 lb mol S 1 lb mol FeS2
381.701 lb CuFeS2 + 1192.79 lb FeS2 = 1574.4913 lb mineral
2202.69 lb mena – 1574.4913 lb mineral = 628.198 lb ganga
b) 381.701 lb CuFeS2 _1 lb mol CuFeS2 13 lb mol O2 358.48 ft 3 __ 183.515 lb CuFeS2 4 lb mol CuFeS2 1 lb mol O2
= 2423.26 ft3 O2
1192.79 lb FeS2 1 lb mol FeS2 11 lb mol O2 358.48 ft 3 O 2_ = 9801.01 ft3 O2
119.975 lb FeS2 4 lb mol FeS2 1 lb mol O2
2423.26 ft3 O2 + 9801.01 ft3 O2 = 12224.27 ft3 O2
c) 12224.27 ft3 O2 100 ft 3 aire = 58210.81 ft3 aire 21 ft3 O2
58210.81 ft3 aire * 2 = 116421.62 ft3 aire
d) 1192.79 lb FeS2 _ 1 lb mol FeS2 2 lb mol Fe2O3 159.694 lb Fe2O3 _ 119.975 lb FeS2 4 lb mol FeS2 1 lb mol Fe2O3
= 793.83 lb Fe2O3
381.701 lb CuFeS2 _1 lb mol CuFeS2 2 lb mol Fe2O3_ 159.694 lb Fe2O3_ 183.515 lb CuFeS2 4 lb mol CuFeS2 1 lb mol Fe2O3
= 166.077 lb Fe2O3
793.83 lb Fe2O3 + 166.077 lb Fe2O3 = 959.90 lb Fe2O3
1192.79 lb FeS2 _1 lb mol FeS2 8 lb mol SO2 358.48 ft 3 SO 2 _= 1492.32 ft3 SO2
119.975 lb FeS2 4 lb mol FeS2 1 lb mol SO2
381.701 lb CuFeS2 _1 lb mol CuFeS2 8 lb mol SO2_ 358.48 ft 3 SO 2_ = 7131.72 ft3 SO2
183.515 lb CuFeS2 4 lb mol CuFeS2 1 lb mol SO2
1492.32 ft3 SO2 + 7131.72 ft3 SO2 = 8624.04 ft3 SO2
6. El aluminio se produce por descomposición electrolítica de la alúmina utilizando un ánodo de carbono. El oxígeno se libera cuando la alúmina se descompone y se combina con el carbono del ánodo; suponer que el 85% del oxígeno forma CO y el 15% CO2, la salida diaria de una celda es de 400 lb de aluminio. Calcular:
a) La reacción química balanceada con el mínimo de números enteros.
b) Las libras de alúmina consumidas por día en cada celda.c) Los pies cúbicos de CO y CO2 liberados por día.
a) 2 Al 2O3→4 Al+3O2
3O2+5C→4CO+CO2
2 Al 2O3+5C→4 Al+4CO+CO2
b) 400 lb A _1 lb mol Al 2 lb mol Al2O3 101.96 lb Al2O3_ = 755.82 lb/día Al2O3
26.98 lb Al 4 lb mol Al 1 lb mol Al2O3
c) 755.82 lb Al2O3 _1 lb mol Al2O3 3 lb mol O2 32 lb O2____ = 355.82lb O2
101.96 lb Al2O3 2 lb mol Al2O3 1 lb mol O2
355.82 lb de O2 _ 15 = 53.373 lb O2 para el CO2 100 355.82 – 53.373 = 302.44 lb para el CO
302.44 lb oxígeno _1 lb mol O2 4 lb mol CO 358.48 ft 3 CO_ = 4517.45 ft3 CO 32 lb O2 3 lb mol O2 1 lb mol CO
53.373 lb O2 _1 lb mol O2 1 lb mol CO2 358.48 ft 3 CO 2_ = 199.3 ft3 CO2
32 lb O2 3 lb mol 1 lb mol CO2
7. El azufre contenido en el acero como FeS se remueve de éste en un horno eléctrico por la adición de cal y ferrosilicio, la siguiente reacción tiene lugar:
CaO + FeS + FeXSi SiO2 + CaS + (X + 2) FeCalcular:
a) Si el FeXSi contiene 50% Fe y 50% Si, ¿Cuál valor tendría x en la fórmula FeXSi que represente su composición?
b) ¿Cuántas libras de cal y cuántas libras de este ferrosilicio se requerirán para remover 100 lb de azufre?
Elemento Peso Atómico n Relación Fe 50 kg 55.847 g/mol 0.8953 1 1/2 Si 50 kg 28.086 g/mol 1.7802 2 1
a) x = 1/2 2 CaO + 2 FeS + Fe1/2 Si SiO2 + 2 CaS + 2.5 Fe
100 lb S _1 lb mol S 1 lb mol FeS 2 lb mol CaO 56.08 lb CaO = 174.90 lb CaO 32.064 lb S 1 lb mol S 2 lb mol FeS 1 lb mol CaO
100 lb S 1 lb mol S 1 lb mol FeS 1 lb mol Fe1/2Si 56.0095 lb Fe1/2Si_ 32.064 lb S 1 lb mol S 2 lb mol FeS 1 lb mol Fe1/2Si
= 87.3401 lb Fe1/2Si
8. En un alto horno, la hematita (Fe2O3) se reduce con monóxido de carbono, el cual se forma por la combustión del carbono en el coque por medio de aire insuflado. Las condiciones de equilibrio químico requieren que haya un exceso de CO presente, de tal forma que la ecuación de reducción tenga lugar de izquierda a derecha. La ecuación puede representarse como sigue:
Fe2O3 + XCO 2Fe + 3CO2 + (X-3) CO
En cierto horno la relación CO-CO2 formados en los productos de la reacción anterior fue de 1.8:1 en volumen. El horno redujo 800 toneladas métricas de fierro por día. Calcular:
a) La ecuación que represente la reducción con el CO y CO2 formados en la relación 1.8:1 balanceada con el mínimo de números enteros.
b) Los metros cúbicos de CO y CO2 producidos por día.c) El consumo teórico de coque por tonelada de fierro reducido, suponiendo que el coque
contiene 90% de carbono.d) Los metros cúbicos de soplo (aire) necesarios para la combustión del carbono en el coque a
CO por tonelada de Fe reducido.
a) (Fe2O3 + 8.4CO 2Fe + 3CO2 + 5.4CO) 5
5Fe2O3 + 42CO 10Fe + 15CO2 + 27CO
b) 800 ton Fe 1 ton mol Fe 27 ton mol CO 22400 m3__ = 866320.50 m3 CO 55.85 ton Fe 10 ton Fe 1 ton mol CO
= 481.289 m3 CO2
c)2C + O2 2CO
= 1.004 ton coque
d) 2C + O2
2CO
=4010.76 m3 de aire / ton de Fe
9. Una retorta para zinc se carga con 70 kg de un concentrado de zinc tostado conteniendo 45% de zinc, presente como ZnO. La reducción tiene lugar de acuerdo con la reacción:
ZnO + C Zn + COUna quinta parte del ZnO queda sin reducirse. El vapor de Zn y CO pasan dentro de un condensador a partir del cual el CO escapa y se quema hasta CO2, cuando sale de la boca del condensador. El CO entra al condensador a 360°C y 700 mmHg de presión. Calcular:
a) El volumen de CO que entra al condensador en metros cúbicos. 1) medidos en condiciones estándar. 2) medidos en condiciones reales.
b) El peso de CO en kg.c) El volumen del CO2 formado cuando el CO se quema, medido a su temperatura de 750°C y
764 mmHg de presión total.d) El volumen (en condiciones estándar) y el peso del aire utilizado en quemar el CO.
800 ton 1 ton mol Fe 15 ton mol CO2 22400 m3
55.85 ton Fe 10 ton mol Fe 1 ton mol CO2
1 ton Fe
1 ton mol Fe 42 ton mol CO
2 ton mol C 12.011 ton C 100
55.847 ton Fe
10 ton mol Fe 2 ton mol CO 1 ton mol CO 90
1 ton Fe
1 ton mol Fe 42 ton mol CO
1 ton mol O2 22400 m3 O2 100
55.847 ton Fe
10 ton mol Fe 2 ton mol CO 1 ton mol O2 21
Respuesta:
a) 70 kg conc Zn 45 kg ZnO____ = 31.5 kg ZnO 100 kg conc Zn
En condiciones estándar = 6.933 m3 CO
Para condiciones reales: T= 633.15 K P= 0.921 atm y R= 0.08205 L atm / K g mol PV=nRTTenemos que n= 309.54 g mol
V=(309.54 g mol)(0.08205 atm L/g mol K)(633.15 K) = 17459.92 L de CO 17.46 m3 CO0.921 atm
b)
= 8.67 kg CO
c) PV=nRT
V=(309.54 mol)(0.08205 atm L/mol K)(1023.15 K) = 25848.72 L de CO2 25.85 m3 CO2 1.0065 atm
d) 2 CO + O2 2 CO2
= 16.51 m3 aire
= 23.59 kg aire
10. Un horno de fundición quema carbón pulverizado de la siguiente composición: 76% C, 4.9% H, 8% O, 1.7% N, 1.2% S, 1.5% H2O, 6.9% cenizas. A los quemadores se les suministra 30% más de aire teóricamente requerido por la combustión completa. Calcular:
a) Los kg de combustible por kg de aire suministrado.b) Los metros cúbicos de aire suministrado por kg de combustible.c) Los pies cúbicos de aire suministrados por libra de carbón.d) El peso total de los productos de combustión por kg de combustible.e) Los m3 totales de los productos por kg de combustible.f) Los ft3 totales de los productos por lb de carbón.
Reacciones previas:
Carbón Compoisicion Porcentaje Peso (por 1 kg) Peso (por 1lb)C 76% 758.48 g 0.75848 lbH2 4.9% 48.902g 0.0489 lbO2 8% 79.8403 0.07984 lbN2 1.7% 16.966 g 0.016966lbS 1.2% 11.976 g 0.01198 lb
25.2 kg ZnO 1 kg mol ZnO 1 kg mol C 22.4 kg CO
81.41 kg ZnO 1 kg mol ZnO 1 kg mol C
25.2 kg ZnO 1 kg mol ZnO 1 kg mol CO 28.011 kg CO
81.41 kg ZnO 1 kg mol ZnO 1 kg mol CO
8.67 kg CO 1 kg mol CO 1 kg mol O2 22.4 m3 O2 100 m3 aire28.011 kg CO 2 kg mol CO 1 kg mol CO2 21 m3 O2
8.67 kg CO 1 kg mol CO 1 kg mol O2 32. kg O2 100 kg aire
28.011 kg CO 2 kg mol CO 1 kg mol CO2 21 kg O2
H2O 1.5% 14.9701g 0.01497 lbCenizas 6.9% 68.8623 g 0.0689lb
100.2% 1000g 1 lb
a)
1kgaire=x+. 3x=1→x=.7692 kgdeaire(21100 )=0 .161532 kg¿
3C+2O2→2CO+CO2
0 .161532kgO2 (1kgmolO2
32kgO2)(3kgmolC
2kgmolO2 )(12. 011kgC1kgmolC )=0 . 09095kgC
0 .09095 kgC (10076 )=0 . 1197 kgde combustible
→119. 67 gde combustible
b)
3C+2O2→2CO+CO2
Porkgdecombustible
:
758 . 48gC (1 gmolC12 .011 gC )(2 gmolO2
3 gmolC )(22 . 4 LO2
1gmolO2)=943 . 022L¿
758 . 48gC (1 gmolC12 .011 gC )(2 gmolCO
3 gmolC )(22 .4 LCO1 gmolCO )=943 . 022LCO
758 . 48gC (1 gmolC12 .011 gC )(2 gmolCO
3 gmolC )(28 .011 gCO1 gmolCO )=1179.24 gCO
758 . 48gC (1 gmolC12 .011 gC )(1 gmolCO2
3 gmolC )(22. 4 LCO2
1 gmolCO2)=471.5109 LCO
2
758 . 48gC (1 gmolC12 .011 gC )(1 gmolCO2
3 gmolC )(44 . 011 gCO2
1 gmolCO2)=926 .414 gCO
2
Por1lbde combustible:
. 75848lbC (1lbmolC12. 011 lbC )(2 lbmolO2
3 lbmolC )(358. 48 ft 3O2
1lbmolO2)=15 . 0917 ft¿
3
. 75848lbC (1lbmolC12. 011 lbC )(2 lbmolCO
3 lbmolC )(358 . 48 ft 3CO1 lbmolCO )=15 .0917 ftCO
3
. 75848lbC (1lbmolC12. 011 lbC )(1 lbmolCO2
3 lbmolC )(358 . 48 ft 3CO2
1 lbmolCO2)=7 . 546 ftCO
2
3
Para el Hidrogeno:
2 H2+O2→2 H2O
Porkgdecombustible
48 . 902 gH2 (1gmolH 2
2 .016 gH 2)(1gmolO2
2gmolH 2)(22 . 4 LO2
1 gmolO2)=271. 678 L¿
48 . 902 gH2 (1gmolH 2
2 .016 gH 2)(2gmolH 2O
2gmolH 2)(22 . 4 LH2 O
1gmolH 2O )=543 .356 L¿O
48 . 902 gH2 (1gmolH 2
2 .016 gH 2)(2gmolH 2O
2gmolH 2)(18 gH2O
1gmolH 2O )=436 .625 g¿O
Por1lbde combustible
. 04890 lbH 2(1lbmolH 2
2.016 lbH 2)(1lbmolO2
2lbmolH 2)(358 .48 ft3O2
1 lbmolO2)=4 . 3476 ft¿
3
. 04890 lbH 2(1lbmolH 2
2.016 lbH 2)(2lbmolH 2 O
2lbmolH 2)(358 .48 ft 3 H2O
1lbmolH 2 O )=8 . 6963 ft¿3O
Para el oxígeno:
O2 O2
Por lo tanto:
Porkgdecombustible
79 . 8403gO2(1gmolO2
32gO2)(22 . 4 LO2
1 gmolO2)=55 . 889 LO2
Por lbde combustible
. 07984 lbO2 (1lbmolO2
32lbO2)(358 . 48 ft 3O2
1 lbmolO2)=0 . 8944 ft 3O2
para el azufre:
S + O2 SO2
Porkgdecombustible
:
11. 976 gS(1 gmolS32 .064 gS )(1 gmolO2
1 gmolS )(22 . 4 LO2
1gmolO2)=7 . 439 L¿
11. 976 gS(1 gmolS32 .064 gS )(1 gmolSO2
1 gmolS )(22 .4 LSO2
1gmolSO2)=7 .439 LSO
2
11. 976 gS(1 gmolS32 .064 gS )(1 gmolSO2
1 gmolS )(64 .04 gSO2
1gmolSO2)=23 . 919 gSO2
Por1lbde combustible
. 01198 lbS(1 lbmolS32 .064 lbS )(1lbmolO2
1lbmolS )(358 .48 ft 3O2
1 lbmolO2)=0 .1339 ft¿
3
. 01198 lbS(1 lbmolS32 .064 lbS )(1lbmolSO2
1lbmolS )(358 .48 ft 3 SO2
1 lbmolSO2)=0 .1339 ftSO
2
3
Para el nitrogeno:
Porkgdecombustible
16 . 966 gN2 (1 gmolN2
28 gN 2)(22 . 4 LN 2
1gmolN 2)=13 .573 LN2
Por lbde combustible
. 016966 lbN 2 (1lbmolN 2
28 lbN 2)(358 .48 ft3 N 2
1 lbmolN 2)=0 . 2172 ft 3 N2
Para el agua: (suponiendo que esta en estado gaseoso)
Porkgdecombustible
16 . 966 gN2 (1 gmolN2
28 gN 2)(22 . 4 LN 2
1gmolN 2)=13 .573 LN2
Por lbde combustible
. 016966 lbN 2 (1lbmolN 2
28 lbN 2)(358 .48 ft3 N 2
1 lbmolN 2)=0 . 2172 ft 3 N2
b)
Tenemos que requerimos de la siguiente cantidad de O2:
Para el C 943.022 LPara el H2 271.678 LPara el S 7.439L 1222.139 L
pero tenemos 55.889L proporcionados por el mismo combustible por lo que solo requerimos de : 1222.139 – 55.889 = 1166.25 L de O2
1166. 25 LO2(1m3
1000 L )=1 .16625m3O2 (10021 )=5 . 554m3deaire+30 %=5 . 554+1 . 6662
¿7 .2202m3 deaire sumin istrado
c)
Tenemos que requerimos de la siguiente cantidad de O2:
Para el C 15.0917 ft3
Para el H2 4.3476 ft3
Para el S 0.1339 ft3
19.5732 ft3
Pero tenemos 0.8944 ft3 de O2 proporcionados por el mismo combustible por lo que solo requerimos de: 19.5732 – 0.8944 = 18.679 ft3 de O2
18 . 679 ft3O2(10021 )=88 . 9476 ft3 deaire+30 %=88 .9476+26 . 6843
¿115.6319 ft 3deaire sumin istrado
d)
Productos de combustiónComposición Peso (g)
CO 1179.24CO2 926.414H2O 436.625SO2 23.919
Total: 2566.198 g
e) y f)
Productos: m3 por kg de combustible ft3 por lb de combustibleCO .94322 15.0917CO2 .4715109 7.546H2O .54336 8.6963SO2 0.00744 .1339N2 0.013573 .2172
H2O (contenida en el combustible)
0.018629 .2981
Total: 1.997732 m3 31.9832 ft3
11. Calentado en un crisol a 1000°C una mezcla de magnetita y carbón se produce Hierro metálico, los gases producidos durante el proceso promedian 80% de CO y 20% de CO2. Calcular:
a) El consumo de carbono en libras de carbono reaccionando por libra de fierro producido.
b) El volumen de los gases producidos en pies cúbicos a temperatura y presión estándar por tonelada de fierro producido.
c) El volumen de gases producidos en pies cúbicos por tonelada de fierro medidos a 1100°C y 740 mmHg de presión total.
3Fe3O4 + 10 C 8CO + 2CO2 + 9Fe
Respuesta:a)
= 0.2387 lb C
b) 1ton Fe 1000 Kg de Fe 2204.6 lb de Fe
= 3144.55 ft3 CO2
= 12578.22 ft3 CO
d) Para condiciones estandar tenemos:
T= 1373.15K P= 0.974 atm cte= 8.2057x10-5 m3 atm/ K g-mol
PV=nRT V=nRT PPara el CO n= 15.916 g-mol
1 lb Fe 1lb mol Fe 10lb mol C 12lb C55.85lb Fe 9lb mol Fe 1lb mol C
2204.6lb Fe 1lb mol Fe 2lb mol CO2 358.9ft3 CO2
55.85lb Fe 9lb mol Fe 1lb mol CO2
2204.6lb Fe 1lb mol Fe 8lb mol CO 358.9ft3 CO
55.85lb Fe 9lb mol Fe 1lb mol CO
V= (15916)(8.2057x10 -5 atm m 3 g-mol -1 °K -1 )(1373.15) = 1841.23 m3 de CO 65087.6 ft3 de CO 0.974 atm
Para el CO2 n= 3978.9 g-mol
V= (3978.9)(8.2057x10 -5 atm m 3 g-mol -1 °K -1 )(1373.15) = 460 m3 de CO 16257.67 ft3 de CO2
0.974 atm
12. El análisis de una mata de cobre es de 30% de cobre. Calcular el % Fe y % S, para cada una de las suposiciones estequiométricas siguientes. Calcular:
a) La mata es una mezcla de Cu2S y FeS.b) La mata es una mezcla con 95% (Cu2S y FeS), el resto es sílice y
otros compuestos que no contienen ni Cu, ni Fe, ni S.c) La mata es 10% Fe3O4, 85% (Cu2S y FeS), el resto no contiene ni
Cu, ni Fe, ni S.d) La mata es una mezcla de (Cu, Fe, S) pero con sólo 90% S
requerido teóricamente para formar Cu2S y FeS.
= 37.57 g Cu2S
37.57 g Cu2S – 30 g Cu = 7.57 g S
= 7.57% S
100% Cu2S y FeS - 30% Cu – 7.57% S = 62.43% FeS
x 100 = 36.47% S
= 22.768% S
62.43% FeS – 22.768% S = 39.662% Fe
22.768% S + 7.57% S = 30.338% S
= 37.57 g Cu2S
37.57 g Cu2S – 30 g Cu = 7.57 g S
= 7.57% S
95% Cu2S y FeS - 30% Cu – 7.57% S = 57.43% FeS
x 100 = 36.47% S
= 20.944% S
30 g Cu 159.156 g Cu2S
2(63.55) g Cu
7.57 g S 30% Cu
30g Cu
32.064 g S87.92 g FeS
36.47% S 62.43% FeS
100% mata
30 g Cu 159.156 g Cu2S
2(63.55) g Cu
7.5 g S 30% Cu
30 g Cu
32.064 g S87.92 g FeS
36.47% S 57.43% FeS
100% mata
57.43% FeS – 20.944% S = 36.486% Fe
20.944% S + 7.57% S = 28.514% S
= 37.57 g Cu2S
37.57 g Cu2S – 30 g Cu = 7.57 g S
= 7.57% S
85% Cu2S y FeS - 30% Cu – 7.57% S = 47.43% FeS
x 100 = 36.47% S
= 17.29% S
= 72.36% Fe
= 7.236% Fe
47.43% FeS – 17.29% S = 30.14% Fe + 7.236% Fe = 37.376% Fe
17.29% S + 7.57% S = 24.86% S
Del a) se sabe que el % S teórico para que la mata sea solamente de Fe, Cu y S, en su totalidad en forma de Cu2S y FeS, es: 30.338% S
= 27.304% S
100% Cu, Fe y S - 27.304% - 30% Cu = 42.696% Fe
13. La carga completa de un horno para fundir mata contiene Cu, Fe y S en las proporciones 10:40:12. En el proceso de fusión se recuperan 98% del Cu y 75% del azufre en el producto de mata. Suponiendo que la mata es una mezcla estequiométrica de Cu2S y FeS. Calcular:
a) El grado de la mata en % de cobre.b) El porcentaje de fierro recuperado en la mata.
30 g Cu 159.156 g Cu2S
2(63.55) g Cu
7.57 g S 30% Cu
30 g Cu
32.064 g S87.92 g FeS
36.47% S 47.43% FeS
100% mata
3(55.85 g Fe)
231.55 Fe3O4
72.36% Fe 10% Fe3O4
100% mata
90% S 30.338%S100% S
98 g Cu [159. 156 gCu2 S
2(63. 546 )gCu ]=122 . 72gCu2 S→98gCu→24 . 7244 gS
% de S que se absorbe por Cu2S :
[32.064 gS159. 156 gCu2 S ]∗100=20 . 15 %
75%S [ 24 .7244 gS20 .15% ]=92 . 04 gS
92 . 04 gS[119.97 gFeS2
2(32. 064 )gS ]=172 .18 gFeS2→92. 04 gS→80. 1475 gFe
[98gCu122.72gCu2S+172 .68 gFeS2 ]∗100=33 .17 %Cu
[80 .1475 gFe122. 72gCu2S+172 .68 gFeS2 ]∗100=27 .13 % Fe
14. Una mezcla de 50% de CO y 50% CO2 se pasa dentro de un horno de laboratorio a una velocidad de 100 ml por minuto y deposita carbono por la reacción:
2CO CO2 + C
Calcular:
a) La cantidad de depositación de carbono en el horno en mg/h.
Reacciones:
2CO2→CO+O2
CO2→C+O2
100mLMezclamin [50 %CO2
100 % Mezcla ][ 1molC1molCO2
][12gC0.0224mLC ]=26785 .7 gC
min=1607
mgCh
15. 100 toneladas de Pb duro que contiene 98% de Pb y 2% de Sb, se funden en una olla de acero y posteriormente se tratan con 2 toneladas de PbO, los productos son una escoria consistente de PbO y Sb2O3 que analiza 20% de Sb, y una aleación de Pb-Sb con bajo contenido de Sb y un contenido de oxígeno despreciable. Calcular:
a) El porcentaje de Sb en la aleación final.
Pb+6 Sb+3 PbO→Sb2O3+4 PbSb
2 tonSb [ 1tonmolSb121 . 75tonSb ] [ 1 tonmolSb2O3
6 tonmolSb ] [291. 4982 tonSb2O3
1 tonmolSb2O3]=0 .7980 tonSb2 O3
0 .7980tonSb 2O3 [20 tonSb100 tonSb 2O3 ]=0 . 1596 tonSb
2 tonSb−0 .1596 tonSb=1. 8404 tonSb
1.8404 ton de Sb en la aleación corresponden al 92.02 % de las 2 ton iniciales de Sb
16. Un concentrado de Zn por flotación, sustancialmente sulfuro de Zn puro, se tuesta a ZnO sin combustible, los gases del tostador contienen 6% de SO2 y 1% SO3 y el resto es N2 y O2. Calcular:
a) La cantidad de aire seco alimentado al aparato tostador en pies cúbicos por tonelada corta de sulfuro de zinc.
3ZnS + 5O2 3ZnO + 2 SO2 + SO3
2CO→CO2+C
2000 lb ZnS 58520.029 ft aire
58520.029 ft3 aire – 4096.402 ft3 aire ( SO2 y SO3 ) = 54423.627 ft3 aire seco.
54423.627 ft3 aire seco es la cantidad suministrada al aparato tostador para el proceso.
17. En un crisol de platino bajo una atmósfera inerte, se funde una escoria cuyo análisis es FeO 55%, Fe2O3 10% y SiO2 35% y se halla que 100 g de escoria pierden 1 g de Fe que se disuelve como
Fe en el platino sólido, no hay pérdida de silicio ni oxígeno. Calcular:
a) El análisis de la escoria después de la fusión como % FeO, % Fe2O3 y % SiO2.
55% de FeO FeO10% Fe2O3 1 g de Fe Fe2O3
35% SiO2 SiO2
Balance de Fe
Balance de O2
Resolviendo el sistema de ecuaciones, se tiene:
A= 51.439 B= 12.687
Por lo tanto, el 51.439% es de FeO, EL 12.687% DE Fe2O3 y el 35.873 de SiO2.
18. Una mezcla de calcopirita, pirita y calcocita analiza 30% Cu, 30% Fe y 40% S. Calcular:a) El análisis mineralógico.
Calcopirita: CuFeS2
Pirita: FeS2
Calcocita: Cu2S
Balance del Cobre:
0.00545A + 0.0126C = 0.4722
Balance del Hierro:
0.00545A + 0.008335B = 0.4722
Balance del azufre: 0.0109A + 0.0167B + 0.006284C = 1.248
A = 22.47% CuFeS2, B = 44.62% FeS2, C= 27.76% Cu2S
19. En una planta electrolítica para la producción de sosa y cloro se emplea sal con 90% de cloruro de sodio el resto son inertes, en este proceso electrolítico se producen hidrógeno y cloro gaseoso y el líquido catódico que sale de las celdas se alimenta a una planta de evaporación, la sosa producida tiene una composición especificada en sosa 180 g/L, cloruro de sodio 50 g/L, agua 970 g/L. Se trata de calcular un balance de esa planta para una producción de sosa de 18 toneladas por día.
6NaCl + 4H2O → 4NaOH + 2Cl2+ 2H2 + 2NaCl
18 ton NaOH 1 ton mol NaOH 6 ton mol NaCl 58.44 ton NaCl 100 ton Sal = 43.83 ton sal 40 ton NaOH 4 ton mol NaOH 1 ton mol NaCl 90 ton NaCl
39.447 ton sal ----- 90% 10% ----- 4.383 ton inertes
18 ton NaOH 1 ton mol NaOH 2 ton mol Cl2 70.9 ton Cl2 ___ = 15.95 ton Cl2 40 ton NaOH 4 ton mol NaOH 1 ton mol Cl2
18 ton NaOH 1 ton mol NaOH 2 ton mol H2 2.016 ton H2 = 0.45 ton H2
40 ton NaOH 4 ton mol NaOH 1 ton mol H2
18 ton NaOH 1 ton mol NaOH 4 ton mol H2O 18.015 ton H2 = 8.11 ton H2O 40 ton de NaOH 4 ton mol NaOH 1 ton mol H2O
A183 .515
+C (2)
159 .144=30
63 . 54
A183 .515
+ B119.975
=3055. 841
A183 .515
+B(2 )
119.975+ C
159 .144=40
32.064
20. Un Horno de cubilote que se utiliza para producir fierro fundido, se carga con arrabio, fundente y coque. El fundente es carbonato de calcio puro y se utilizan 25 kg de CaCO3 por tonelada de arrabio cargado. El coque contiene 86% C, 5% Si, 7% de alúmina (Al2O3) y 2% FeO y se utilizaron 120 kg por tonelada de arrabio. El gas de cubilote contiene partes iguales de CO y CO2 en volumen. Nada del carbono del arrabio se oxida. La escoria del cubilote contiene: FeO 11%, SiO2 46%, MnO 3%, CaO 25%, Al2O3 15%. El hierro fundido producido contiene 3.8% de carbono además algo de Mn, Si. Calcular por tonelada de arrabio:
a) El peso de la escoria.b) El volumen de aire consumido en oxidar al silicio, manganeso y fierro.c) El volumen de aire consumido en oxidar el coque.d) El volumen y composición porcentual dl gas.
Escoria Fundente Coque
FeO
11%
CaCO3 100%
C 86%
SiO2 46% Si 5%MnO 3% Al2O3 7%CaO 25% FeO 2%Al2O3 15%
a) CaCO3 → CaO + CO2
Escoria:
13.989 kg CaO, 25%
103 .2 kg C(1 kg mol C12. 011 kg C )(1 kg mol CO2
3 kg mol C )(22 . 4 m3 CO2
1 kg mol CO2)=64 .154 m3 CO2
6.155 kg FeO, 11% 25.73 kg SiO2, 46%1.67 kg MnO, 3%8.388 kg Al2O3, 15%
Total = 55.923 kg
b) 120 kg ----- 100% 6.155 kg de FeO – 2.4 kg de FeO = 3.755 kg FeO 2.4 kg ----- 2%
25.73 kg de SiO2
0.585 m3 de O2 + 9.606 m3 de O2 + 0.264 m3 de O2 = 10.455 m3 de O2
10 . 455 m 3 de O2 (100 m 3 de aire
21 m3 de O2)=49 .7857 m3 de aire
c)
120kg decoque (86
100 )=103 .2KgdeC
3C+2O2→2CO+CO2
6kgSi( 1kgmolSi28. 09kgSi )( 1kgmolSiO2
1kgmolSi )(22 . 4m3
1kgmolSiO2)=4 . 78m3O2
133 . 09 m3 de O2(100 m3 de aire
21 m3 de O2)=633 . 762 m3 de aire
d)
25 kg CaCO3(1 kg mol CaCO3
100. 09 kg CaCO3)(1 kg mol CO2
1 kg mol CaCO3)(22. 4 m3 CO2
1 kg mol CO2)=5 . 595 m3 CO2
25 .73 kg SiO2 (1 kg mol SiO2
60 kg SiO2)(1 kg mol O2
1 kg mol SiO2)(22. 4 m3 O2
1 kg mol O2)=9 .606 m3 O2
1 .67 kg MnO(1 kg mol MnO70 .9 kg MnO )(1 kg mol O
1 kg mol MnO )( 0. 5 kg mol O2
1 kg mol O )(22. 4 m3 O2
1 kg mol O2)=0 .264 m3 O2
103 .2 kg C(1 kg mol C12. 011 kg C )(2 kg mol O2
3 kg mol C )(22 . 4 m3 O2
1 kg mol O2)=128 . 31 m3 O2
103 .2 kg C(1 kg mol C12. 011 kg C )(2 kg mol CO
3 kg mol C )(22.4 m3 CO1 kg mol CO )=128 .31 m3 CO
103 .2 kg C(1 kg mol C12. 011 kg C )(1 kg mol CO2
3 kg mol C )(22 . 4 m3 CO2
1 kg mol CO2)=64 . 154 m3 CO2
25 kg CaCO3(1 kg mol CaCO3
100. 09 kg CaCO3)(1 kg mol CO2
1 kg mol CaCO3)(22.4 m3 CO2
1 kg mol CO2)=5 . 595 m3 CO2
Volumen total: 198.059 m3 de gasesComposición porcentual: CO2 69.75 m3 35.22%CO 128.31 m3 64.78%
21. Un alto horno para cobre funde mena de la siguiente composición promedio Cu 9%, Fe 29%, azufre 8%, SiO2 31%, CaO 5%, Al2O3 3%, H2O 6%, inertes 9%. El fundente que se utiliza es piedra caliza conteniendo el 5% de SiO2 y 95% de CaCO3 y es una quinta parte del peso de la mena; el coque es el 12% de la mena y analiza 83% de C, 8% de SiO2, 4% de Al2O3, 2% de Fe, 1% de S y 2% H2O. Suponer que el 25% del azufre de la carga se oxida y se va a los gases como SO2 el gas seco analiza 0.8% de SO2, 13% CO2, 8% de O2 y 78.2% N2. Despreciar los polvos de la chimenea y el cobre en la escoria. Calcular:
a) El peso de la mata producida por tonelada de mena y su grado por tonelada de mena.
b) El peso y composición porcentual de la escoria.c) El volumen de los gases secos.d) El volumen del aire soplado.
Fundente 1/5 = 20 % = 200 Kg
fundente % KgSiO2 5 10
CaCO3 95 190100 200
Coque = 12% = 120 Kg
a)
mena % KgCu 9 90Fe 29 290S 8 80
SiO2 31 310CaO 5 50
Al2O3 3 30Inertes 9 90
H2O 6 60100 1000
coque % KgC 83 99.6
SiO2 8 9.6Al2O3 4 4.8
Fe 2 2.4S 1 1.2
H2O 2 2.4100 120
mena Coque
Fe= 290 Kg + 2.4 Kg = 292.4 Kg
mata Kg %
Cu 90 20.3
Fe 192,4 65.96
S 60,9 13.74
443,3 100 b) CaCO3 CaO + CO2
190 kg CaCO3 1 Kg mol CaCO3 1 Kg mol SO2 56,08 Kg CaO = 106,455 Kg Cao
100.091 Kg CaCO3 1Kg mol CaCo3 1Kg mol Cao
fundente MENACaO= 106.455 + 50 Kg = 156.45 Kg
escoria Kg %Cao 146.45 25.61SiO2 329.6 53.96
Al2O3 34.8 5.7inertes 90 14.73
610.85 100 c) 25 % de S = 20.3 kg S + O2 SO2
20.3 Kg S = 1 kg mol S 1 kg mol SO2 48.064 kg SO2 = 30.429 kg SO2
32.064 Kg S 1kg mol S 1 kg mol SO2
20.3 Kg S = 1 kg mol S 1 kg mol SO2 22,4 m3 SO2 = 14,181 m3 SO2
32.064 kg S 1kg mol S 1Kg mol SO2
gases % Kg m3
SO2 0.8 30.429 14.181CO2 13 494.482 230.44O2 8 304.297 141.81N2 78.2 2974.503 1386.192
1001803.712
5 1772.62
Volumen de los gases = 1772.62 m3
22. Un alto horno produce arrabio de la siguiente composición: Fe 93.4%, Si 2.3%, C 3.8%, Mn 0.5%. La mena para fundirse analiza Fe2O3 80%, SiO2
8.3%, Al2O3 3.5%, MnO2 3.1%, agua 5.1%. El fundente es una cuarta parte del peso de la mena y contiene 96% CaCO3 y 4% de SiO2. El coque que se utiliza es 1900 lb/tonelada de arrabio y contiene 88% C, 8% SiO2 y 4% de agua. El soplo es 95000 ft3 aire/tonelada de arrabio. Suponga que todo el Fe se reduce. Calcular:
a) El peso de la mena utilizada por tonelada de arrabio.b) Una hoja completa del balance de arrabio.
mena CoqueS= 81.20 Kg - 20.3 Kg = 60.9 Kg
c) El volumen del gas del alto horno.
Fe2O3 + 3Co 3 CO2 + 2Fe
2054.8 lb Fe 1 lb mol Fe 1 lb mol Fe2O3 159.694 lb Fe2O3 = 2937.84 lb Fe2O3
55.847 lb Fe 1 lb mol Fe 1lb mol Fe2O3
Si + O2 SiO2
50.6 lb Si 1 lb mol Si 1 lb mol SiO2 60.08 lb SiO2 = 108.25 lb SiO2
28.08 lb Si 1 lb mol Si 1 lb mol SiO2
fundente mena coque gasesSiO2= 36.72 + 304.8 + 152 - 108.25= 385.26 lb
Mn + O2 MnO2
11 lb Mn 86.938 lb MnO2 = 17.4 lb Mn
54.9308 lb Mn
(113.84 – 14.7) lb MnO2= 96.43 lb MnO2
CaCO3 CaO + CO2
881.35 lb CaCO3 56 lb CaO = 493.811 lb CaO100 lb CaCO3
mena % LbFe2O3 80 2937.84SiO2 8.3 304.8Al2O3 3.5 128.53MnO2 3.1 113.84H2O 5.1 187.28
100 3672.292
Peso total de la mena= 3672.292 lb
mena % LbFe2O3 80 2937,84SiO2 8,3 304,8Al2O3 3,5 128,53MnO2 3,1 113,84H2O 5,1 187,28 100 3672,292
23. Un convertidor de mata recibe 100 ton de materia prima con 79 % de FeS. El FeS se Oxido con aire dentro del convertidor
2 FeS + 3 O2 2 FeO + 2SO2
Calcular:
a) cuantos Kg de SO2 se formaronb) volumen de O2 suministradoc) Peso de FeO formado en Ton
a)
79 ton Fe 1 ton mol Fe 2 ton mol SO2 64.07 ton SO2 1000 Kg = 57 569.7 kg SO2
87.8 ton Fe 2 ton mol Fe 1 ton mol SO2 1 ton
b)79 ton Fe 1 ton mol Fe 2 ton mol SO2 22.4 m3 SO2 = 3022.34 m3
87.8 ton Fe 2 ton mol Fe 1 kg mol SO2
c)79 ton Fe 1 ton mol Fe 2 ton mol FeO 71.8 ton = 64.6036 ton Feo
87.8 ton Fe 2 ton mol Fe 2 ton mol FeO
24. Un horno para fundir latón utiliza coque como combustible, la composición de coque es conocida: 82% de C, 4% de H, 2% de H2O y 12% de cenizas. Las cenizas del horno suman el 15% del peso del coque. Se utiliza 60% más aire que el teóricamente requerido. Calcular:
a) Los m3 de aire teóricamente requerido para la combustión de un kg de coque.
b) El volumen del aire realmente utilizado por kg de coque.c) El volumen de los productos de combustión cuando usamos
solamente el aire teóricamente requerido.d) El volumen y composición porcentual de los productos de
combustión realmente formados.a)
3C + 2O2 2CO + CO2
2H2 + O2 2H2O
arrabioFe 93,40% 2054 lbC 3,80% 83,6lbSi 2,30% 50,6lbMn 0,50% 11lb
fundente 1/4 mena= 25%CaCO3 96% 881,35lbSiO2 4% 36,72 lb 918,073 lb
EscoriaAl2O3 128,53lbCaO 4,93811lbSiO2 385,26 lbMnO2 96,45 lb
coque = 1900 lb/ton arrabioC 88% 1672 lbSiO2 8% 152lbH2O 4% 76lb 1005% 1900lb
. 4kg¿( 1kgmol¿
2. 016kg¿)( 1kgmol¿
2kgmol¿
)(22. 4¿3
1kgmol¿
)=2. 22m¿3
3.24 m3 de O2 (100/21) =15.43 m3 de aire
b) 60% mas de aire se utiliza
volumen total de aire = 24.688 m3
c)
. 82kgC(1kgmolC
12.011kgC)(2kgmolCO
3kgmolC
)(22 .4m3CO1kgmol
CO
)=1 .02mdeCO
3
. 82kgC(1kgmolC
12.011kgC
)(1kgmolCO
2
3kgmolC
)(22 . 4m3CO2
1kgmolCO
2)=. 5098mdeCO
2
3
. 4kg¿( 1kgmol¿
2.016kg¿)( 2kgmol ¿
O
2kgmol ¿
)(22 . 4¿3O
1kgmol¿O )=4 . 44m¿
3O
25. Un mineral de Fe se reduce en un horno de pozo de acuerdo con la siguiente ecuación:
Fe2O3 + 9CO 2Fe + 3CO2 + 6CO
El monóxido de carbono necesario se obtiene por la combustión de coque en los fondos del horno. El coque contiene 90% de C del que el 4% se absorbe por el Fe reducido y el 86% se quema a CO, nada de CO2 se forma en la combustión. Calcular:
a) El volumen de CO necesario para reducir una tonelada métrica de Fe requerida por la ecuación.
b) El peso teórico de coque en reducir una tonelada métrica de Fe.
c) El volumen de aire utilizado en quemar esta cantidad de coque.
d) El volumen y composición porcentual de los gases formados en la combustión.
e) El volumen y la composición porcentual de los gases resultantes de la combustión más los provenientes de la reducción.
f) El volumen de aire utilizado por tonelada de coque medido a 600ºC y 1800 mmHg de presión total.
Fe2O3 + 9CO2 2Fe + 3CO2 + 6CO
2C + O2 2CO
a)
1000 kg Fe
b)[ 1kgmolC12.011kgmolC ] [ 1kgmolO2
2kgmolC ][22. 4m3O2
1kgmolO2][100 %aire
21%O2 ]=3818 .71m3aire
1000 kg Fe
2256.164 kg CO
c)
967.81 kg C
d)
4297.44 m3 aire
1804.93 m3 CO 34.71% CO
+3394.977 m3 N2 65.29% N2
5199.91 m3
e)
1000 kg Fe
17.906 kg mol Fe
17.906 kg mol Fe
1000 kg ------100%
860 kg ----- 86%
860 kg C
V 2=P1V 1T2
T 1P2
=(760mmHg ) (3818 .71m3aire ) (873 K )
(273 K ) (1800mmHg )=5155 . 96m3 aire
[1kgmolCO28kgCO ] [ 2kgmolC
2kgmolCO ] [12.011kgC1kgmolC ]=967 . 81kgC [100% coque
86%C ]=1125.3kgcoque
[ 1kgmolC12.011kgmolC ] [ 1kgmolO2
2kgmolC ][22. 4m3O2
1kgmolO2][100 %aire
90%O2 ]=4297 .44 m3 aire
[79m3 N2
1000m3 aire ]=3394 .9776m3 N2
[ 1kgmolFe55.847 kgFe ]=17 .906 kgmolFe
[ 3kgmolCO 2
2kgmolFe ][22 .4m3CO2
1kgmolCO2]=601 .64 m3CO 2→11. 57 %
[ 6 kgmolCO2kgmolFe ][22 . 4m3CO
1kgmolCO ]=1203.2832m3CO→23 . 14%
=3394 .977 m3 N 2→65 . 98 %
[ 1kgmolC12.011kgmolC ] [ 1kgmolO2
2kgmolC ][22. 4m3O2
1kgmolO2][100 %aire
21%O2 ]=3818 .71m3aire
V 2=P1V 1T2
T 1P2
=(760mmHg ) (3818 .71m3aire ) (873 K )
(273 K ) (1800mmHg )=5155 . 96m3 aire
26. Un alto horno produce arrabio que contiene: 3.9% de C, 1.4% de Si,
95.0% de Fe. La mena contenía 80% de Fe203, 12% de Si02, 8% de
Al2O3 .El coque (1 kg/kg de arrabio) contenía: 10% de Si02 y 90% de C. El
fundente (0.40 kglkg de arrabio) era CaCO3 .El gas contiene 28% de CO
y 12% de CO2. Calcular por tonelada de arrabio producido:
a) El peso de la mena utilizada.
b) El peso de la escoria producida.
c) El volumen de gas de alto horno.
C 3.9% 39 kg
Si 1.4% 14 kg
Fe 95% 950 kg
100.3% 1003 kg
Mena
Fe2O3 80% 1358.26 kg
SiO2 12% 203.74 kg
Al2O3 8% 135.82 kg
1697.82 kg
Coque 1kg/kg de arrabio
SiO2 10% 100.3 kg
C 90% 902.7 kg
100.3% 1003 kg
Fundente 0.4 kg/kg de arrabio
CaCO3 en 1003 kg de arrabio 401.2 kg CaCO3
Gases
CO 28%
CO2 12%
a)
Fe2O3 + 3CO 3CO2 + 2Fe
950 g [ 1kgmolFe55.847 kgFe ] [ 1kgmolFe2O3
2kgmolFe ][159 . 694 kgFe2O3
1kgmolFe2O3]=1358.26 kgFe2 O3(100
80 )=1697 .8kgdemena
b)
CaCO3 CaO + CO2
401.2 kg CaCO3
Si + O2 SiO2
14 kg Si
Escoria
Al2O3 135.82 kg
CaO 224.813 kg
SiO2 274.086 kg
634.719 kg escoria
c)
400 kgCaCO3( 1kgmolCaCO3
100 . 09 kgCaCO3)( 1kgmolCO 2
1kgmolCaCO3)(22 .4m3CO2
1kgmolCO2)=89 .519m3CO 2
950kgCaCO3 ( 1kgmolFe55 . 85kgFe )( 3kgmolCO2
2kgmolFe )(22.4 m3CO 2
1kgmolCO2)=571 . 5309m3CO 2
total de CO2 =661.058 m3 12%
Por lo tanto el 100% de los gases es: 5508.8167 m3
27. Un horno para Fe funde una mezcla mineral de la siguiente composición:
58% Fe; 12% SiO2 y 5% CaO. El fundente utilizado contiene 95% CaCO3 y 5%
SiO2. El coque contiene 88% C; 10% SiO2 y 2% CaO. Calcular:
a) Los pesos de la mezcla mineral y el fundente a cargarse para producir
1000 kg de arrabio que contenga 94% de Fe, 4% de C y 2% de Si; una
escoria que tenga la relación, SiO2 : CaO= 2 : 3 suponiendo que el horno
requiere 950 kg de coque por tonelada de arrabio. (No hay pérdida de Fe).
[ 1kgmolCaCO3
100. 08kgCaCO3][ 1kgmolCaO
1kgmolCaCO3 ][56 .08kgCaO1kgmolCaO ]=224 . 813kgCaO
[ 1kgmolSi28 .08kgSi ] [ 1kgmolSiO2
1kgmolSi ] [60. 08kgSiO2
1kgmolSiO2]=29 . 954kgSiO2
Mineral Fundente Coque Escoria Arrabio
Fe 58% CaCO3 95% C 88% SiO2 CaO Fe 94% 940 kg
SiO2 12% SiO2 5% SiO2 10% 2 3 C 4% 40 Kg
CaO 5% CaO 2% Si 2% 20 Kg
100% 1000Kg
940kgFe (10080 )=1620 .69kgde min eral
Mineral
% Peso (Kg)
Fe 58 940
SiO2 12 194.483
CaO 5 81.0345
Otros 25 405.1725
100 1620.69
Tenemos :
95 (por el coque)+194.483 (Por el mineral) = 289.483 kg de SiO2
Para el silicio que se va al arrabio acupamos:
20kgSi( 1KgmolSi28 . 09kgSi )( 1KgmolSiO2
1KgmolSi )(60 . 09KgSiO2
1 KgmolSiO2)=42 . 784kgSiO2
De tal manera que solo quedan: 289.483 – 42.784= 246.699 kg de SiO2
De CaO tenemos: 81.0345 (por el mineral) + 19 (por el coque)= 100.0345 kg de CaO
Para la cantidad de fundente que tenemos que agregar tenemos la relación:
CaO: SiO2
3 : 2
Y de lo anterior obtenemos la ecuación siguiente:
Para el CaO para el SiO2
23 [x (95
100 )( 1kgmolCaCO3
100. 09kgCaCO3)( 1kgmolCaO
1kgmolCaCO3 )(56 .08kgCaO1kgmolCaO )+100. 0345kgdeCaO ]=0 . 05x+246 .699
Resolviendo:
0.35485x + 66.69 = 0.05x + 246.699
0.30485x = 180.009
x=590.484 kg de fundente
28. Un alto horno produce arrabio de la siguiente composición: fierro 93.6%, silicio 2.1%, carbono 3.6%, manganeso 0.7%. La mena utilizada analizó lo siguiente: Fe2O3 78%, SiO2 9%, Al2O3 5%, MnO 1%, H2O 7%. Suponer que todo el Fe2O3 se redujo a Fe, que le coque contiene 90% C y 10% de SiO2 y una tonelada de coque se utilizó por tonelada de arrabio producido. El fundente es CaCO3 puro y se utilizó el suficiente para producen una escoria de 95% de CaO. Calcular:
a) Los kg de mena utilizados por ton de arrabio producido.b) El porcentaje de SiO2 total y del MnO reducidos en el horno.c) El peso de la escoria producida por tonelada de arrabio y su composición porcentual. La proporción en volumen de CO a CO2 en los gases fue de 3 a 2.d) Los kg de fundentee) Los kg de aire ocupado y los kilogramos de gases producidos.
a)
936 kg Fe 1 kg mol Fe 1 mol 159.691 kg Fe2O3 100 kg mena
55.841 kg Fe 2 mol 1 kg mol 78 kg Fe2O3
=1715.66 kg mena
7 kg Mn 1 kg mol Mn 2 kg mol MnO 70.94 kg MnO = 9.0386 kg MnO
54.94 kg Mn 2 kg mol Mn 1 kg mol MnO
Para saber la cantidad de MnO que hay se hace lo siguiente:
1715 .667 kgmena( 1% MnO100% )=17.1564 kgdeMnO
Para el porcentaje que se reduce:
9 .0386 kgMnO (100 %17 .1564 kgMnO )=52 .683 %
21 kg Si1 kg mol de Si 1 kg mol SiO2 60.09 kg SiO2 = 44.923 kg de SiO2
28.09 kg de Si 1 kg mol de Si 1 kg mol SiO2
Para conocer la cantidad de SiO2 que hay se realiza lo siguiente:
Por la mena hay:
1715 .667 ( 9100 )=154 . 41kgdeSiO2
Por el coque hay:
1000(10100 )=100kgdeSiO2
En total tenemos: 254.41 kg de SiO2
Para conocer el porcentaje que se reduce:
44 .923(100254 .41 )=17 . 66 %
c)
1715.66 kg mena 5 =85.783 kg Al2O3
100
97.9 kg Si 60.08 kg = 209.47 kg Si
28.08 kg
6.28 kg MnO 70.937 kg = 8.108 kg MnO
54.938 kg
303.36 kg 100 = 6067.23 kg escoria
5
ESCORIAComposición Peso (Kg) Porcentaje (%)SiO2 209.47 3.452MnO 8.108 0.134CaO 5763.87 95Al2O3 85.783 1.414
6067.23 100
d)
5763 .87kgCaO( 1kgmolCaO56 . 08kgdeCaO )( 1kgmolCaCO3
1kgmolCaO )(100 .09kgCaCO3
1kgmolCaCO3)=10287 . 1924 kgCaCO3( fundente )
10C + 6O2 8CO + 2CO2
74.93 kg mol C 6 mol 15.99 kg 1 = 3425.22 kg aire
10 mol 1 kg mol 0.21
74.93 kg mol C 8 mol 28.01 kg = 1679.03 kg CO
10 mol 1 kg mol
74.93 kg mol C 2 mol 44.009 kg = 659.52 kg CO2
10 mol 1 kg mol
29. Un alto horno utiliza mena de la siguiente composición: Fe2O3 84%, SiO2 9%, Al2O3 3%, H2O 4%.
Produce arrabio que contiene Fe 94%, Si 2.2%, C 3.8%. De fundente se utilizan 50 lb por cada 100 lb
de arrabio y contiene CaCO3 95%, SiO2 5%. De coque se utilizan 90 lb por cada 100 lb de arrabio
que contiene C 84%, SiO2 10%, Al2O3 3% y H2O 3%. Los gases analizan en base seca CO 27%, CO2
14%, N2 59%. Suponer que no hay pérdida de Fe en la escoria. Calcular:
a) El peso de la mena por tonelada corta de arrabio.
b) El peso de la escoria por ton corta de arrabio.
c) El volumen de gas por ton corta de arrabio.
d) El % de C del coque que se queda en las tobera.
2000 lb arrabio 94 1 lb mol 1 mol 159.69 lb
100 55.847 lb 2 mol 1 lb mol
100 = 3199.83 lb mena
84
escoria Al2O3 CaO SiO2
mena 95.99 lb 287.98
fundente 532.32 lb 50
coque 54 lb 180
950 lb CaCO3 1 lb mol 1mol 56.079 lb =532.32 lb CaO
100.08 lb 1 mol 1 lb mol
44 lb Si 1 lb mol 1 mol 60.084 =94.13 lb SiO2
28.086 1 mol 1 lb mol
Escoria
Composición Peso (lb)
SiO2 423.85
Al2O3 149.99
CaO 532.32
1106.16
c)
1880 lbFe ( 1 lbmolFe55 .85 lbFe )( 3lbmolCO2
2 lbmolFe )(358 . 48 ft 3CO2
1lbmolCO2)=18100 . 512 ft3 CO2
950 lbCaCO3 ( 1lbmolCaCO 3
100 .09 lbCaCO3)( 1 lbmolCO2
1 lbmolCaCO3)(358 . 48 ft 3CO2
1lbmolCO2)=3402 . 498 ft 3CO2
909 . 696 lbC ( 1 lbmolC12 .011lbC )( 1 lbmolCO2
3lbmolC )(358 . 48 ft3CO 2
1 lbmolCO2)=9050 .25 ft3CO 2
En total tenemos: 30553.26 ft3 de CO2 que corresponden al 14% del total de los gases.
Por lo tanto el total de gas es: 218 237.57 ft3 de gases.
d)
Para el obtener el fierro ocupamos CO, y para éste ocupamos C por lo que la cantidad de C que se
ocupa es:
1880 lbFe ( 1 lbmolFe55 .85 lbFe )( 3lbmolCO
2 lbmolFe )(358 .48 ft 3CO1lbmolCO )=18100 .512 ft 3CO
18100 .512 ft3CO ( 1 lbmolCO
358 . 48 ft3Co )( 3 lbmolC2 lbmolCO )(12 .011 lbC
1 lbmolC )=909 .696 lbC
1800 lbcoque(84100 )=1512lbC−909 .696 lbC=602.304 lbC (100
84 )=717 .03lbcoque
717 .03 lbcoque→39.84 %decoqueentoberas
30. Una mena de Fe tiene la siguiente composición Fe2O3 76%, SiO2 14%, MnO 1%, Al2O3 9%, esta se
funde en un alto horno produciendo arrabio del siguiente análisis Fe 94.2%, C
3.5%, Si 1.5%, Mn 0.8%, por ton de arrabio se utilizan 1100 kg de coque que
contiene 88% de C y 12% de SiO2 los gases analizan CO 26%, CO2 13%, N2 61%.
Suponer que no hay Fe en la escoria. Calcular:
a) El peso de la mena para producir 1 ton de arrabio.
b) El peso de piedra caliza por ton de arrabio requerida para dar una escoria
que contenga 36% de CaO.
Mena Coque Gases Arrabio (por ton)
Fe2O3 76% C 88% CO 26% Fe 94.2% 942 kg
SiO2 14% SiO2 12% CO2 13% C 3.5% 35 kg
MnO 1% N2 61% Si 1.5% 15 kg
Al2O3 9% Mn 0.8% 8 kg
100% 1000 kg
a)
942 kg Fe 1 kg mol Fe 1 kg mol Fe2O3 159.7 kg Fe2O3 =1346.79 kg Fe2O3
55.85 kg Fe 2 kg mol Fe 1 kg mol Fe2O3
b)
Primero calcular la cantidad
de SiO2 que tenemos:
1 ton arrabio 974.2 0.942 ton Fe = 942 kg Fe
100
1346.79 kg Fe 100 =1772.103 kg mena
76
Por el coque
1100 kgcoque(12% SiO2
100 % )=132 kgSiO2
Por la mena tenemos:
1772 .103kgmena(14 % SiO2
100 % )=248.094 kgSiO2
Tenemos: 380.094 kg de SiO2
Pero en el arrabio contiene 15 kg de Si, que es:
15kgSi( 1kgmolSi28 . 09kgSi )( 1kgmolSiO 2
1kgmolSi )(60 .09kgSiO 2
1kgmolSiO2)=32 . 088kgde1SiO2
por lo que a la cantidad de SiO2 que teniamos la restamos la cantidad que nos salio por el silicio
contenido en el arrabio.
En total nos quedan: 348.006kg de SiO2
Calculando la cantidad de MnO:
1772 .103( 1100% )=17 .72103kgMnO
El que se pierde al reducirce a Mn es:
8kgMn( 1kgmolMn54 . 94 kgMn )( 2kgmolMnO
2kgmolMn )(70 .94 kgMnO1kgmolMnO )=10 . 33kgMn
Nos quedan entonces: 7.39103 kg de MnO
Para la Alúmina:
1772 .103kgmena( 9%100% )=159 . 4893kgAl 2O3
Para obtener la cantidad de escoria que tenemos hacemos lo siguiente:
348.006kg SiO2 + 7.39103kg MnO + 159.4893kg Al2O3 =514.88633kg de escoria que es un 64% del total de la escoria, puesto que el 36% restante pertenece al CaO
514 .88633kg (10064 )=804 .51033kgdeescoria
Escoria
Componentes Peso (kg) Porcentaje (%)
SiO2 348.006 43.257
MnO 7.39103 0.919
Al2O3 159.4893 19.824
CaO 289.624 36
804.51033 100
289 . 624kgCaO ( 1kgmolCaO56 . 08kgCaO )(1kgmolCaCO3
1kgmolCaO )(100 . 09kgCaCO3
kgmolCaCO3)=516 .913 kgCaCO3
PROBLEMAS EXTRAS:
1.- Con el objeto de satisfacer ciertas especificaciones, un comerciante mezcla cola secada con aire, cuyo precio de venta es de $3.12/lb, con cola que tiene 22% de humedad, cuyo precio de venta es de $1.75/lb de tal forma que la mezcla contiene 16% de humedad. ¿Cuál deberá ser el precio por lb de la cola mezclada?
Cola húmeda: Cola seca: 22% humedad 100% cola 78% cola
Cola mezclada: 16% humedad84% cola
Para 1 lb de cola mezclada tenemos: .16lb de humedad y .84 lb de cola
Ecuación 1
Donde: X= cola húmedaY= cola seca
X + Y = 1 lb de cola mezclada
Ecuación 2
.22X = .16
X= .73lb de cola húmeda.
Sustituyendo este resultado en la ecuación 1:
.73+ Y= 1 Y= .27lb de cola seca
Para el precio tenemos:
. 73lb( $1.751lb )+. 27 lb( $3 .12
1 lb )=1 .278+. 8424=$2 .1204 / lbdecolamezclada
2.- Después del secado, se determinó que un lote de piel pesa 900 lb y que contiene 7% de humedad. Durante el secado la piel perdió 59.1% de su peso inicial cuando se encontraba húmeda. a) Calcular el peso de la piel "totalmente seca" o "exenta de humedad" en la carga de alimentación inicial. b) Calcular el número de libras de agua eliminadas en el proceso de secado por libra de piel totalmente seca.
a)
900 lb( 7100 )=63lb→900−63=837 lbdepielsec a
b)
Peso de agua eliminada:
900 lb( 7100 )=63lbdeagua
3.- Una serie de evaporadores de azúcar opera con 120 ton cortas por cada 24 hr, de caña de azúcar pura, las cuales se cargan a los evaporadores en la forma de una solución al 38% y se descargan a modo de una solución al 74%. ¿Qué cantidad de agua evaporan estas unidades por día?
120 toncañadeazucarpura(62
100 )=74 . 4 tondeaguaentran
.
120 toncañadeazucarpura(26
100 )=31. 2tonde aguasalen
.
Nos queda entonces, que 74.4 - 31.2 = 43.2 ton de agua se evaporan.
4.- Si se disuelven 100 g de Na2SO4 en 200 g de H2O y la solución se enfría hasta obtener 100 g de Na2SO4.10H2O encontrar: a) Composición de la solución residual ("licor madre") b) gramos de cristales que se recuperan por 100 g iniciales de la solución.
a)
100 gNa2 SO4 (142 . 0416gNa2 SO4
322 . 1936gNa2 SO410 H2O )=44 . 086 gNa2 SO4
100g Na2 SO4 - 44.086g
Na2 SO4= 55.914g Na2 SO4
100 gNa2 SO4 (180 . 152gH 2O
322 . 1936gNa2 SO410 H2O )=55 . 9142gH 2O
200g H2O - 55.9142g
H2O= 144.0852gH2O
b)
100 gsolucion (200 g¿O300 gsolucion )=66 . 67 gH2O
100 gsolucion (100 gNa2SO4
300 gsolucion)=33. 33 gNa2 SO4
Si por 100 g de Na2 SO4 , 44.086g de
Na2 SO4 se van a los cristales
En 33.33 g de Na2 SO4 , 14.694 g de
Na2 SO4 se van a los cristales y entonces podemos obtener la cantidad de cristales formados:
14 . 694 gNa2 SO4(322. 1936gNa2 SO4 10H 2O
142. 0416 gNa2 SO4)=33. 33 gdecristales formados
en100
gde solución
5. Dado el siguiente esquema, determine si la corriente W entra ó sale del sistema y calcule su composición.
F:
Composición
Porcentaje Peso (lb)
EtOH 50% 50MeOH 10% 10H2O 40% 40Total 100% 100
P:
Composición
Porcentaje Peso (lb)
EtOH 80% 48MeOH 15% 9H2O 5% 3Total: 100% 60
Respuesta: W sale del sistema
W:Composición
Porcentaje Peso (lb)
EtOH 5% 2MeOH 2.5% 1H2O 92.5% 37Total: 100% 40
6. Dado el siguiente esquema, determine si la corriente B entra ó sale del sistema, calcule el peso de las corrientes B y C.
A:
Composición
Porcentaje Peso (kg)
EtOH 50% 50MeOH 10% 10H2O 40% 40Total 100% 100
B: .22X=10kg X= cantidad de B que sale del sistema. X=45.45 kg
Composición Porcentaje Peso (kg)MeOH 22% 10H2O 78% 35.45Total 100% 45.45
C: .91Y= 50kg Y= cantidad de C que sale del sistema también.Y= 54.945 kg
Composición Porcentaje Peso (kg) EtOH 91% 50H2O 9% 4.945Total 100% 54.945
Respuesta: B sale del sistema
7. Se encontró que una pulpa húmeda tenía 71 % de agua. Después del proceso de secado se determinó que se había eliminado el 60 % del agua original. Calcule:a.- La composición de la pulpa secab.- La cantidad de agua eliminada por libra de pulpa húmeda alimentada
a)
100 gpulpa(71100 )=71gdeagua
→60 %_ seevapora=42 .6gdeaguaevaporada
100 gpulpa(29100 )=29gdesólidos
29 gsolidos+28. 4 gdeagua_sin_ evaporar=57 .4 gde pulpa
% deaguaenla
pulpa
=49 . 48 %_ deagua .
b)
1 lbpulpa(71100)=.71 lbdeaguaen
lapulpa
→60 %_ seevapora=. 426 lbdeaguae
lim inada
8. Un evaporador se alimenta con una solución acuosa que contiene aproximadamente un 15% de sólidos, para producir una solución concentrada con 35 % de sólidos. Determine: a. Cuanta agua se evapora por tonelada de alimentaciónb. La cantidad de producto obtenido por tonelada de alimentación
1 tonde alim entación(15
15 )= .15 tondesólidos
contenidodeagua=. 85toneladas
. 15tonsolidos (10035 )=. 4286 tonque salen
.
conuncontenidodeagua
de
=. 2786toneladas
a) .85 toneladas de agua iniciales - .2786 toneladas de agua que salen = .5714 toneladas de agua evaporada.
b)
1 tondealim entación(15
15 )= .15 tondesólidos
. 15tonsolidos (10035 )=. 4286 tonque
salen
.
9. Un tanque opera con 10000 lb de una solución saturada de NaHCO3 a 60 C. Se deseacristalizar 500 lb del NaHCO3 a partir de esta solución. ¿A que temperatura deberáenfriarse la solución?
10000lb de solución 4535970.244g de solución A 60oC tenemos que se necesitan 16.4 g de NaHCO3 por 100 g de agua, para tener 116.4g de solución.
4535970 .244 gsolución(16 . 4 g NaHCO3
116 .4 gsolución)=639088 .5911 gNaHCO3
Queremos cristalizar 500lb de NaHCO3 226 798.5122g NaHCO3
Nos quedan 412290.079g de NaHCO3 sin cristalizar en (4535970.244g – 639088.5911)= 3896881.653 g H2O
Como queremos saber que cantidad es en función de 100g de agua hacemos:
100 gH2O (226798 .5122 gNaHCO3
3896881. 653 gH2 O )=10 .58 gdeNaHCO3
Hacemos una extrapolación con los datos de la tabla entre los cuales se encuentre nuestro dato:
20oC 30oC9.6 g NaHCO3 11.10 g NaHCO3
9 .6−11.1020−30
=9.6−10 .5820−T Donde T es la temperatura a la que debo llevar mi solución.
0 .5=−. 9820−T
20+. 980 . 5
=T
T=21 . 96oC
10. Sylvinita (42.7 % NaCl, el resto KCl) se disuelve en 1000 libras de agua y luego se enfríapara inducir la cristalización. La composición de los cristales es 72.1 % KCl, 0.5 % NaCl y27.4 % H2O. Se obtienen 727 libras de cristales. El licor madre remanente contiene 50 % de agua y 50 % de sales. La operación se realiza a 30.12” de Hg de presión. Trace el diagrama de flujo y calcule:a) Las libras de sylvanita usadasb) La composición de la solución final
Tenemos: 727 lb de cristales Composición Porcentaje Peso (lb)KCl 72.1% 524.167NaCl 0.5% 3.635
H2O 27.45 199.198Total: 100 727 lb
Para obtener el agua que conforma el 50% del licor madre se hace lo siguiente:
1000lb agua (iniciales) – 199.198 lb de agua que se va a los cristales= 800.802 lb de agua para el licor madre.
En el licor madre tenemos:
800 . 802lb(10050 )=1601. 604 lbdelicor
800.802lb para las sales (NaCl y KCl)
Tenemos las ecuaciones:
524 . 167+x=. 573 y
3 .635+z=. 427 y
x+z=800 .802Donde x es la cantidad de KCl en el licor, z es la cantidad de NaCl en el licor y Y es la cantidad de sylvinita que se agrego.
Resolviendo las ecuaciones tenemos:
X= 237.123lb de KCl Z= 563.679 lb NaCl Y= 1328.604 lb de sylvinita.
a)
1328.604 lb de sylvinita usadas.
b)
Licor madre Composición Porcentaje Peso (lb)
NaCl 35.195% 563.679KCl 14.805% 237.123
Agua 50% 800.802Total 100% 1601.604
Solución final:
Licor madre: 1601.604 lb 68.78%
Cristales: 727 lb 31.22%
Total: 2328.604 lb 100%
11. Para el proceso de obtención de plata mostrado en la figura, en el cual el sulfato de plata es el reactivo limitante, se pide calcular:
a. El exceso de cobre utilizado basado en la alimentación al reactorb. El flujo másico de reciclo
Cu + Ag2SO4 CuSO4 + 2Ag
a)1000lb
900 lb Ag 1 lb mol Ag 1 lb mol Ag2SO4 311.6 lb Ag2SO4 75% = 974.67 lb Ag2SO4
107.9 lb Ag 2 lb mol Ag 1 lb mol Ag2SO4 100%
974.67 lb Ag2SO4 1 lb mol Ag2SO4 1 lb mol Cu 63.5 lb =198.63 lb Cu311.6 lb Ag2SO4 1 lb mol Ag2SO4 1 lb mol Cu
198.63lb - 100lb = 98.63 lb Cu
b)974.67 lb Ag2SO4
12. Un secador de pulpa recibe 1000 lb/h de pulpa que contiene un 90 % de humedad para entregar como producto una pulpa con 25 % de humedad.
a) Determine la cantidad de producto que sale del secador por semana considerando un horario de trabajo de lunes a viernes con 8 h diarias
b) Calcule la cantidad de agua que se debe eliminar por día
a)= 225 lb/ h
100lb sólidos + 225lb humedad = 325 lb de carga/h
5 días con 8 horas de trabajo = 120 horas
325 lb de producto 120 horas = 39000 lb de producto h semana semana
b) 900lb – 225 lb = 675 lb/ h 675 lb 24 horas = 16200 lb de producto
h 1 dia día
90% = 900lbAg100%
25 % = 324.89 lb Ag2SO4
75 %
1000 lb 90% 25% h 100 % 100%
13. En la producción de aluminio a partir de mineral de bauxita, un paso crucial es la separación de la alúmina de las impurezas minerales. En el proceso Bayer, esto se logra mediante el tratamiento de bauxita con NaOH en solución, para producir NaAlO2. Debido a que el NaAlO2 es soluble en agua, pero no los componentes residuales del mineral de bauxita, puede obtenerse una separación dejando asentar dichos minerales y decantando la solución acuosa de NaAlO2 y NaOH que no reaccionó. Para recuperar algo mas del NaALO2 que quedó en la solución atrapada entre los sólidos asentados, se lava este “lodo” repetidas veces con agua, se deja asentar y se decanta el agua de lavado. La figura muestra una etapa de este proceso de lavado y asentamiento. En esta etapa, se lava una lechada de alimentación que contiene 10 % de sólidos, 11 % de NaOH, 16 % de NaAlO2 y el resto agua, con una corriente de agua de lavado que contiene 2 % de NaOH, para producir una solución decantada libre de sólidos, formada por 95 % de agua y un lodo asentado con 20 % de sólidos. Calcule la cantidad de NaAlO2 que se recupera en la solución decantada, si se alimenta lechada a razón de 1000 lb/h.
1000 lb 37 lb lodo = 370 lb de lodo h 100 lb lechada
370 lb de lodo 16% NaAlO2 = 59.2 lb NaAlO2
100 %
59.2 lb NaAlO2 20% = 3.2 % NaAlO2
370 lb de lodo
14.Un secador portátil instalado, recibe cierta cantidad de pulpa con 80 % de agua. Después de eliminar 100 libras de agua, se determinó que la pulpa aún contenía 40 % de agua. Se pide calcular el peso de la pulpa inicial.
100 lb H2O 100% = 250 lb 40%
15. El Fe2O3 se reduce a Fe metálico en un horno eléctrico de acuerdo a la siguiente reacción:
Fe2O3 + 2C 2Fe + CO + CO2
a) Calcule los kg de óxido férrico que deberán reducirse para obtenerse 150 kg de Fierro.b) Los kg de carbón requeridos.c) Los m3 de CO y CO2 producidos en condiciones estándar.
a)150 Kg Fe 1 kg mol Fe 1 kg mol Fe2O3 159.694kg Fe2O3 =214.45
55.847 kg Fe 2 kg mol Fe 1 kg mol Fe2O3 Kg Fe2O3
b)150 kg Fe 1 kg mol Fe 2 kg mol C 12.011 kg C
55.847 kg Fe 2 kg mol Fe 1 kg mol C
=32.26 kg C
c) 150 kgFe 1 kg mol Fe 1 kg mol CO 22400_m 3 __ = 30082.1888 m3 CO 55.847 kg Fe 2 kg mol Fe 1 kg mol CO
150k Fe _1 kg mol Fe 1 kg mol CO2 22400_m 3 ___ = 200.54 m3 CO2
55.847 kg Fe 2 kg mol Fe 1 kg mol CO2
16. Una pirita de hierro tiene la siguiente composición en peso: Fe 40.0%; S 43.6%; 16.4% material mineral inerte. Esta pirita se quema con un 100% de exceso de aire sobre la cantidad requerida para quemar todo el hierro a Fe2O3 y todo el azufre a SO2. Supóngase que no se forma nada de SO3
en el horno. Los gases formados pasan al convertidor, donde se oxida el 95% de SO2 a SO3. Calcular cuánto se formo del SO3 en el convertidor.
40 kgFe( 1kgmolFe55 . 85kgFe )( 3kgmoO2
1kgmolFe )(22 . 4m3O2
1kgmoO2)=12 . 03m3O2
43 . 6 KgS( 1kgmolS32kgS )( 1kgmolO2
1kgmolS )(22 . 4m3O2
1kgmolO2)=30 .52m3O2
O2 total que entra en el aire 2(32.52m3 + 12.03 m3)= 85.03 m3 O2
N2 que entra en el aire:
85 . 03m3O2(79%N 2
21%O2)=319 . 87m3 N2
43 . 6 KgS( 1kgmolS32 kgS )( 1kgmolSO2
1kgmolS )(22 .4m3 SO2
1kgmolO2)=30 . 52m3 SO2
Total de gases que salen del horno = 435.42 m3
30 .52m3 SO2 ( 1kgmolSO2
64 kgSO2)( 2kgmolSO 3
2kgmolSO 2)(22. 4 m3SO2
1kgmolO3)=10.68m3 SO3
17. Un carbón cuyo análisis elemental en base seca arroja un 84% de C, un 5% de H y un 2% de S (entre otros elementos) se quema con un 20% de exceso de aire. ¿Qué cantidad de SO2 expresada en m3 se emitiría si se queman 10 t/h del mismo?
=200Kg S
200Kg S 1 Kg mol S 1 Kg mol SO2 22.4 m3 SO2 = 140 m3 SO2
32 Kg 1 Kg mol S 1 Kg mol SO2
18. En un horno se queman totalmente 3.000 kg/h de mena con las siguiente composición: 60% Fe, 15% Si, con un 35% de exceso de aire. Calcular:
a) Volumen de aire empleado, medido a condiciones estándar.
3000Kg mena 60 Kg Fe 1Kg mol Fe 1Kg mol O2 22.4m3 100%100 Kg mena 55.85 Kg Fe 2Kg mol Fe 1Kg mol O2 21%
= 1718 m3 aire.
19. En un horno vertical continuo se descompone caliza (100% CaCO3) para producir cal (CaO), liberándose CO2. Calcular por cada 100 kg de caliza el CaO producido; calcúlese la composición del gas producido por 56 kg de caliza.
100 kg CaCO3 1 kg mol CaCO3 1 kg mol CaO 56 kg CaO =56 kg CaO 100 kg CaCO3 1 kg mol CaCO3 1 kg mol CaO
56 kg CaCO3 1 kg mol CaCO3 1 kg mol CO2 22.4m3 = 12.54 m3 CO2 100 kg CaCO3 1 kg mol CaCO3 1 kg mol CO2
20. Un Horno de cubilote se carga con arrabio, fundente (carbonato de calcio puro, se utilizan 23 kg de CaCO3 por tonelada de arrabio cargado), y coque (87% C, 3% Si, 7% Al2O3 y 3% FeO, se utilizaron 140 kg por tonelada de arrabio). El gas de cubilote contiene partes iguales de CO y CO 2 en volumen. Nada del carbono del arrabio se oxida. La escoria consta de:13% FeO, 45% SiO2, 4% MnO, 28% CaO , 10% Al2O3. El hierro fundido producido contiene 3.5% de carbono además algo de Mn, Si. Calcular por tonelada de arrabio:
a) El peso de la escoria.b) El volumen de oxigeno consumido en oxidar al fierro.c) El volumen de aire consumido en oxidar el coque.
a) CaCO3 → CaO + CO2
2kg S 10000 kg carbón
100 kg carbón
23 kg CaCO3(1 kg mol CaCO3
100. 08 kg CaCO3)(56 kg CaO
1 kg mol CaCO3)=12. 8697 kg de CaO
Escoria45% 20.70Kg SiO2
28% 12.88Kg CaO13% 5.98Kg FeO10% 4.60Kg Al2O3
4% 1.84Kg MnOTotal 100% Total 46Kg
b) 140 kg ----- 100% 5.98 kg de FeO – 4.2 kg de FeO = 1.78 kg FeO x ----- 3%x= 4.2 Kg
c)
0 .2775 m3 de O2(100 m3 de O2
21 m3 de O2)=1. 0833 m3 de O2
1 .78 kg FeO(1 kg mol FeO71. 847 kg FeO )(1 kg mol O
1 kg mol FeO )(1 kg mol O2
2 kg mol O )(22. 4 m3 O2
1 kg mol O2)=0 .2775 m3 O2
