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Problema del cristalizador - Felder & Rousseau, Ejercicios de Química Orgánica

Un problema de balance de materia en un proceso de cristalización de dicromato de potasio (k2cro4). Se analiza un sistema que consta de un evaporador y un cristalizador-filtro, donde se busca determinar la velocidad de evaporación, la velocidad de producción de cristales de k2cro4, las velocidades de alimentación requeridas y la relación de recirculación. Se plantean dos escenarios: uno con recirculación de la solución filtrada y otro sin recirculación. Se calculan las eficiencias del evaporador y del cristalizador-filtro, así como la eficiencia total del proceso. El documento proporciona las ecuaciones y los parámetros necesarios para resolver el problema, lo que lo hace útil como material de estudio y consulta para cursos relacionados con operaciones unitarias, ingeniería química y procesos de separación.

Tipo: Ejercicios

2014/2015

Subido el 07/03/2024

jose-manuel-valero-coy
jose-manuel-valero-coy 🇨🇴

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PROBLEMA DEL CRISTALIZADOR - FELDER & ROSSEAU
Cuatro mil quinientos kilogramos por hora de una solución que contiene un tercio en masa
de K2CrO4 se unen a una corriente de recirculación que contiene 36.4% de K2CrO4 y se
alimenta la corriente combinada a un evaporador.
La corriente concentrada que sale del evaporador contiene 49.4% de K2CrO4; dicha corriente
se alimenta a un cristalizador en el cual se enfría (haciendo que los cristales de K2CrO4 se
separen de la solución) y después se filtra.
La torta de filtración consta de cristales de K2CrO4 y una solución que contiene 36.4% de
K2CrO4 por masa: los cristales constituyen 95% de la masa total de la torta de filtración.
La solución que atraviesa el filtro, que también contiene 36.4% de K2CrO4,
constituye la corriente de recirculación.
1. Calcule la velocidad de evaporación, la velocidad de producción de K2CrO4 cristalino, las
velocidades de alimentación a las que el evaporador y el cristalizador deben estar diseñados
para soportar y la relación de recirculación (masa recirculada) / (masa de alimentación
fresca).
2. Suponga que el filtrado se descarta en vez de recircularlo. Calcule la velocidad de
producción de los cristales. ¿Cuáles son los beneficios y costos de la recirculación?
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PROBLEMA DEL CRISTALIZADOR - FELDER & ROSSEAU

Cuatro mil quinientos kilogramos por hora de una solución que contiene un tercio en masa de K 2 CrO 4 se unen a una corriente de recirculación que contiene 36.4% de K 2 CrO 4 y se alimenta la corriente combinada a un evaporador. La corriente concentrada que sale del evaporador contiene 49.4% de K 2 CrO 4 ; dicha corriente se alimenta a un cristalizador en el cual se enfría (haciendo que los cristales de K 2 CrO 4 se separen de la solución) y después se filtra. La torta de filtración consta de cristales de K 2 CrO 4 y una solución que contiene 36.4% de K 2 CrO 4 por masa: los cristales constituyen 95% de la masa total de la torta de filtración. La solución que atraviesa el filtro, que también contiene 36.4% de K 2 CrO 4 , constituye la corriente de recirculación.

  1. Calcule la velocidad de evaporación, la velocidad de producción de K 2 CrO 4 cristalino, las velocidades de alimentación a las que el evaporador y el cristalizador deben estar diseñados para soportar y la relación de recirculación (masa recirculada) / (masa de alimentación fresca).
  2. Suponga que el filtrado se descarta en vez de recircularlo. Calcule la velocidad de producción de los cristales. ¿Cuáles son los beneficios y costos de la recirculación?

NOTACIONES USADAS PARA CORRIEMTES Y COMPOSICIONES

DIAGRAMA DE BALANCE POR UNIDADES PARA DETERMINAR LOS GRADOS DE LIBERTAD

ANÁLISIS DE GRADOS DE LIBERTAD

Análisis de GL en el sistema global 3 variables desconocidas (𝒎̇𝟐 , 𝒎̇ (^) 𝟒 , 𝒎̇𝟓)

  • 2 balances (porque participan dos especies)
  • 1 relación adicional o exógena (𝒎̇ (^) 𝟒 = 95% de la masa total de la torta de filtración ∑ GL = 0 en el sistema global.

RESOLUCIÓN INICIANDO CON EL CRISTALIZADOR

BALANCE DE MATERIA POR LA SAL K EN CRISTALIZADOR

BALANCE DE MASA GLOBAL

BALANCE DE MATERIA POR AGUA EN CRISTALIZADOR

BALANCE DE MATERIA ALREDEDOR DEL EVAPORADOR

BALANCE DE COMPROBACIÓNEL EVAPORADOR: 𝒎̇ 𝟏 = 𝒎̇ 𝟐 + 𝒎̇ 𝟑

RELACIÓN: Recirculación = masa recirculada/alimentación fresca EXPRESIÓN O FOR-MULITA DE EFICIENCIA η =

EFICIENCIA DEL EVAPORADOR, propósito: despojamiento o purga de agua

𝑨𝒈𝒖𝒂 𝒆𝒗𝒂𝒄𝒖𝒂𝒅𝒂 𝒐 𝒑𝒖𝒓𝒈𝒂𝒅𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓 𝑨𝒈𝒖𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒏𝒕𝒓ó 𝒂𝒍 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒐𝒓

𝒎̇ (^) 𝟐 𝒎̇𝟏 ∗ (𝟏− 𝑿𝟏)

𝟐𝟗𝟓𝟎 𝒌𝒈 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝟏𝟎𝟏𝟓𝟎 𝒌𝒈∗𝟎.𝟔𝟑𝟔 = 0.457 = 45.7 %

turas.