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Ejercicios Resueltos Balance de Materia Sin Reacción
Química
Principios de Ingeniería Química (Universidad de Oriente Venezuela)
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Ejercicios Resueltos Balance de Materia Sin Reacción
Química
Principios de Ingeniería Química (Universidad de Oriente Venezuela)
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 Universidad De Oriente Principios De Ing. Química 
 Núcleo De Anzoátegui 
 Escuela De Ingeniería y Ciencias Aplicadas 
 Departamento De Ingeniería Química 
 Tema I. Balances de Materia Sin Reacción Química 
Preparador: Wilfredo Ruiz 
 Profesora Shirley Marfisi 
 
 Ejercicios Resueltos 
 
 
Ejercicio 1: A una torre de destilación se alimenta Benceno(B), Tolueno(T) y Xileno(X) con una 
composición molar de 50,30 Y 20%, respectivamente; en la corriente de tope la relación entre las 
fracciones molares de benceno y tolueno es 0,74. Mientras que en la corriente de fondo la 
relación entre el tolueno y el xileno es 0,81. Para una alimentación 100kg y una relación fondo 
vapor de 0,97, calcule: 
 
 Flujo molar de las corrientes de tope y fondo. 
 Fracciones molares en todas las corrientes 
 
Antes de la realización de cualquier cálculo debe hacerse el diagrama; de esa forma tener claro 
lo que sucede en el proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 En el proceso de destilación vemos que los tres componentes están presentes en todas las 
corrientes, para que el sistema quede totalmente explicito se deben determinar las composiciones 
de los mismos en las corrientes de tope (V) y Fondo (L). Las composiciones las denotaremos Y�			y Y� para la corriente de tope y fondo, respectivamente. 
 
 Tope (V) 
 % Bv, Tv, Xv Rv=0, 74 
 
 
 A= 100Kgmol 
 Alimentación 
 50%�� , 30%��, 20%�� 
 
 %��, ��	��,	 
 Fondo (L) �� = 0,81 
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 El tener tres componentes en el sistema nos permite realizar tres balances de materia 
independientes. En el enunciado, nos hablan de la “relación” de fondo y tope, una relación 
implica el planteamiento de un cociente, es decir: �� = 0,95 (1) 
 Teniendo en cuenta tal relación, iniciamos realizando un balance general o global. Ya que 
en estos problemas no hay reacción química y este en específico no tiene acumulación el balance 
es del tipo Entrada = Salida, aplicando lo anterior a nuestro sistema: 
A= L + V (2) 
 De (1) podríamos despejar tanto L como V, para sustituir en (2), en esta oportunidad 
despejaremos L de (1), por lo cual L= 0,95V. Entonces 
 A= 0,95V + V; (A=100Kgmol) 
100= 1,95V 
V= 51,2821Kgmol 
L=48,7179Kgmol 
 Para determinar las fracciones de las corrientes se realizan los dos balances posibles, en 
las relaciones de fracciones que proporciona el enunciado esta presente el tolueno, es por ello que 
los balances a plantear podrían ser benceno-tolueno o xileno-tolueno. Usaremos el balance 
benceno-tolueno. Dichos balances también son del tipo Entrada= Salida. 
Balance Benceno: ���	 ∗ � =	��� ∗ � +	��� ∗ � (3) 
 Balance Tolueno: 	��� ∗ � = ��� ∗ � +	��� ∗ � (4) 
Por las relaciones se sabe que: 0,74 = ������ y 0,81 = ������ 
Entonces, Y�� = 0,75 ∗ Y��	; Y�� = Y ���,�� y además 1 = Y��	 +	Y�� +	Y�� . 
 Usando las expresiones para sustituir en (3): 
 0,50*100= 0,75 ∗ Y��	 ∗ V + (1 ‒ 	Y�� −	Y��)*L 
 50= 0,75 ∗ Y��	 ∗ 51,2821 + (1 ‒ 	Y�� − ����,��	)*48,7179 
50= 37,9488*Y��	 + 48,7179 ‒ 108,8635* Y�� 
Sustituyendo los valores conocidos en (4): 
0,30*A= Y�� ∗ 51,2821 +	Y�� ∗ 48,7179 
30= Y�� ∗ 51,2821 +	Y�� ∗ 48,7179 
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Puede notarse que al sustituir en (3) y (4) ambas quedan en función de las fracciones molares de 
tolueno que corresponden al tope y fondo, es decir, tenemos dos ecuaciones con iguales variables, 
al resolverlas simultáneamente se obtiene. Y�� = 0,4479	 Y�� = 0,1444 
En la corriente de tope: Y�� = 0,75 ∗ Y��	 Y�� = 0,75 ∗ 0,4479;	Y�� = 0,3314	 ��� = �, ����	 
Es conocido que 1 = Y��	 +	Y�� +	Y�� ��� = �, ���� 	Y�� = 1‒Y��	‒	Y��	 ��� = �, ����	 Y�� = 1‒0,3314 + 	0,4479		; 	Y�� = 0,2207	 
En la corriente de fondo: Y�� = Y ���,�� Y�� = �,�����,�� ; Y�� = 0,1783 1 = Y��	 +	Y�� +	Y�� Y�� = 1‒Y��	‒	Y��Y�� = 1‒0,1783‒ 	0,1444	;	Y�� = 0,6773 
 
 
Ejercicio 2: Una mezcla líquida equimolar de benceno (B) y tolueno (T) se separa por destilación en 
dos corrientes de producto. Dentro de la columna, la corriente de líquido fluye hacia abajo y la 
corriente de vapor asciende. El vapor que sale por la parte superior de la columna que contiene 
97% de benceno se condesa por completo y se divide en dos fracciones iguales: una se toma como 
el producto ligero y la otra conocida como reflujo se recircula hacia la parte superior de la 
columna. La corriente de producto ligero tiene 89,2% del benceno alimentado a la columna. El 
líquido que sale por la parte inferior de la columna se alimenta a un recalentador parcial, donde se 
vaporiza 45 % del mismo. El vapor generado en el recalentador se recircula para que se 
transforme en la corriente ascendente de vapor en la columna, y el líquido residual del 
recalentador se toma como corriente de producto pesado. Las composiciones que salen del 
recalentador cumplen con la siguiente relación: Y�(1 − Y�)X�(1 − X�) = 2,25 
 
 
 
��� = �, ���� ��� = �,���� ��� = �, ���� 
 
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Donde Y� y X�, son, respectivamente, las fracciones molares de benceno en las corrientes de 
vapor y líquido. Teniendo en cuenta lo anterior calcule todas las corrientes desconocidas, la 
fracción molar de benceno en el producto pesado, y el porcentaje de recuperación de tolueno en 
este último. 
 En todo ejercicio de balance de materia debe realizarse el diagrama de proceso y de 
acuerdo a lo reflejado, proceder a realizar los cálculos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Terminado el diagrama se comienzan a realizar los primeros cálculos, ya que en el 
enunciado no se da a conocer ninguna corriente, usaremos como base de cálculo una 
alimentación de 100mol. Teniendo un valor para la alimentación iniciamos los balances, no sin 
antes preguntarnos ¿Por dónde iniciamos? Hay opciones: el proceso global, el condensador, el 
hervidor, el punto de separación y la torre de destilación. Ante esta situación ponemos atención al 
enunciado “El vapor que sale por la parte superior de la columna que contiene 97% de benceno 
se condesa por completo y se divide en dos fracciones iguales: una se toma como el producto 
ligero y la otra conocida como reflujo se recircula hacia la parte superior de la columna. La 
corriente de producto ligero tiene 89,2% del benceno alimentado a la columna” 
 Si una corriente se condesa por completo al entrar a un condensador (condensador total), 
quiere decir que la corriente que sale del mismo tiene la misma composición que la de entrada. En 
este problema cuando la corriente sale del condensador se separa en partes iguales; las corrientes 
que resultan, como sucede en cualquier punto de separación, tienen la misma composición de la 
corriente de la cual provienen. 
 
 
 Vapor (V ,97% benceno) 
 
 Reflujo(R) Producto Ligero (��) 
 
 Alimentación(A) 
 50% B, 50% T 
 
 Recalentado(��) 
 (��) Producto Pesado(��) 
 
 Torre de destila Condensador Hervidor 
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Dicho esto, sabemos que debemos de comenzar a hacer cálculos en torno al punto de 
separación y luego en el condensador. 
Usando la relación 0,892* X�� ∗ A = 0,97 ∗ 	F� ; (A= 100,	X�� = 0,50) 
0,892* 0,50 ∗ 100 = 0,97 ∗ 	F� �� = 45,98mol 
En el punto de separación: 
Condesado= R + F� . Sabemos que el condesado se separa en partes iguales, se puede concluir que 
R y F�tienen el mismo valor. Entonces: 
Condesado = 45,98 + 45,98 91,96 mol. El condesado es igual a la corriente de vapor (V) lo 
único que ha cambiado es el estado de agregación (MIRE EL DIAGRAMA, ANALICE LO QUE PASA 
EN EL CONDESADOR) 
 
 Conocidas tanto A como 	F�puede realizarse un balance global A= F� + F� F�= A‒ F� F�= 100‒ 45,98 �� = ��, ��mol 
Usando la relación dada para hervidor: F� = 0,55 ∗ F� ; F� = 0,45 ∗ F� F� = ��	�,�� F� = ��,���,�� �� = ��, ��mol F� = 0,45 ∗ 98,22 �� = 44,20mol 
Conocidas todas las corrientes de proceso puede hacerse un balance global de benceno para 
determinar su composición en el producto pesado X�� ∗ A = 0,97 ∗	F� 	+	X��� ∗ 	F� , sustituyendo todos los valores conocidos 
50=0,97*45,98 +X��� ∗ 	54,02 ���� = �, ��� 
Para determinar el porcentaje de tolueno recuperado es necesario conocer la cantidad de tolueno 
en el producto bruto. Entonces: 
%tolueno recuperado (%TR) = 	(����∗	��)���∗� ∗ 100	 X��� = 1‒X��� X��� = 1‒0,100 X��� =0,900 
%TR= �,���∗��,���,��∗��� ∗ 100 %TR= 97 % 
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 Demuestre que el ejercicio puede realizarse usando la relación de fracciones dada en el 
problema. 
Ejercicio 3: El hexano y el benceno se están considerando como solventes para extraer ácido 
acético de mezclas acuosas. A 30℃, los coeficientes de distribución del ácido en los dos solventes 
son KB= 0,098 y KH= 0,017. Basándose sólo en los coeficientes de distribución cual de los solventes 
escogería. Demuestre la lógica de su decisión comparando las cantidades necesarias de lo 
solventes para reducir el contenido de ácido acético de 30% por peso al 10% por peso en 100 kg 
de solución acuosa. Es necesario destacar que el coeficiente de distribución o razón de partición 
de un componente es la proporción de fracción másica de ese componente en una fase con 
respecto a la otra. (Leer sobre el equilibrio entre fases líquidas: Miscibilidad y coeficiente de 
distribución). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Hecho el diagrama, se debe considerar cuantos balances pueden realizarse. Existen tres 
componentes por lo tanto es posible hacer tres balances independientes. Además, es necesario 
tener en cuenta los coeficientes de partición, que si bien no son fracciones másicas nos dan una 
relación que nos permite calcularlas. Así: 
 
 ��: Solvente 
 
 
 
 �� = 100�� �� : Solvente 
 30%������� 10%������� 
 10% ��� 90%��� 
 
 
 
 ��: Solvente + Soluto 
 
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KB= 0,098 
��	�������	��	����	��������� KH= 0,017
��	�������	��	����	��������� 
 Si nos basamos solamente en los coeficientes de distribución, se nota que KB es mayor que 
KH, esto indica habrá menor contenido de ácido acéticoen la corriente F� y es lo que se desea, 
por lo tanto el benceno es el mejor solvente extractor. (Analice la definición de coeficiente de 
distribución). Para demostrar la aseveración anterior se procede a caracterizar el sistema 
mostrado en el diagrama previo; usando como solvente el benceno y también hexano en balances 
separados. 
 Usando como solvente benceno: 
 El agua del sistema está presente en dos corrientes, en ambas corrientes se conoce la proporción 
en la cual está presente; se puede realizar un balance de agua X����� ∗ F� = X����� ∗ 	F�	 0,70 ∗ 100 = 0,90 ∗ 	F�	 �� = ��, �� Kg 
 Los dos balances siguientes serán el de solvente extractor (5) y el global (6) F��	 X���� ∗ F� (5) F� + F� = F� + F� (6) 
 Las corrientes implicadas en (5) son descocidas, pero al analizar correctamente la definición de 
razón de partición sabemos que: 
KB= 
�	�������	��∗�����	�������	��	∗���� , Despejando X	�������	�� X	�������	�� = KB ∗ X	�������	�� 	 X	�������	�� = 0,098 ∗ 0,10 X	�������	�� = 0,0098	 KgCH�COOH / Kg F� 	X	�������	�� + X���� = 1	 X���� = 1‒	X	�������	�� X���� = 1‒ 	0,0098 X���� = 0,9902 
Entonces (5) y (6): F��	 0,9902 ∗ F� 100 + F� = 77,78 + F� 
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Resolviendo (5) y (6) simultáneamente se obtienen ���		����, �� Kg de benceno �� = ����, �� Kg 
 Si se realiza el mismo procedimiento, pero usando hexano como solvente extractor, es decir, 
teniendo en cuenta KH, los resultados obtenidos son: ���		�����	��	��	������ �� = �����, ��	�� 
 Es evidente que se necesita mayor cantidad de hexano como solvente extractor para disminuir 
la concentración de ácido acético en la solución; esto convierte al benceno en el mejor extractor y 
se demuestra lo anteriormente formulado, es decir, cuando se usa benceno como solvente se 
logra disminuir la concentración de ácido en solución usando menor cantidad del mismo. 
 
Ejercicio 4: Un parámetro importante del diseño de absorbedores de gas es la relación entre la 
velocidad de flujo del líquido de alimentación respecto a la alimentación gaseosa. Entre menor es 
el valor de dicha relación, menor es el costo del solvente necesario para procesar una cantidad 
dada de gas, pero el absorbedor debe ser más alto para lograr una separación específica. Se 
recupera propano de una mezcla de propano y nitrógeno (7%mol de propano) poniendo la mezcla 
en contacto con n-decano liquido; una cantidad insignificante de decano se vaporiza en el proceso 
y se absorbe 98,5% del propano que entra a la unidad. 
 La fracción molar de propano más alta posible en el líquido de salida sería aquella en 
equilibrio con la fracción molar de propano en el gas de entrada; calcule la proporción 
entre la velocidad de flujo del líquido de alimentación respecto a la alimentación gaseosa. 
 Suponga que la relación real de alimentación es 1,2 veces el valor calculado en el inciso 
anterior; calcule la fracción molar de propano en el líquido de salida. (El porcentaje de 
propano absorbido es el mismo: 98,5%) 
 
 
 
 
 
 
 
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 Listo el diagrama, iniciamos el análisis que nos permitirá realizar los cálculos correctos. El 
enunciado, aunque implícito, nos deja saber que podemos determinar la composición de propano 
en la corriente ��	. “La fracción molar de propano más alta posible en el líquido de salida sería 
aquella en equilibrio con la fracción molar de propano en el gas de entrada”. Al hablarnos de 
equilibrio sabemos que es necesario el planteamiento de la ley de Raoult teniendo en cuenta que 
“una cantidad insignificante de decano se vaporiza en el proceso”, es decir, puede considerarse 
que en la corriente F� no hay vapor de este componente sólo hay propano y todo el nitrógeno de 
entrada. Se tiene, además, que tomar una base de cálculo, en este caso será la corriente F�(100 
kgmol). 
Balance de propano: Y������* F�=Y������ ∗ F� + X������* F�	 (7) 
 La composición X������ mas alta se determina usando la ley de Raoult; un dato no dado en el 
enunciando es que el absordedor trabaja a 80℉ y 1atm. Por la ley de Raoult: Y������ ∗ P = X������* P�@	80℃ P�@	80 =150Psia* ������,�������= 10,2atm 
La presión de vapor del propano a 80℉ se encuentra por medio de un diagrama Cox (leer 
contenido sobre la estimación de las presiones de vapor) 
 
 Líquido de alimentación (��) Gas producido (��) 
 
 
 
 
 
 
 Producto líquido (��	 ) Gas alimentado (��) 7% ���� 
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X������ = �������∗���@	��℉ X������ = �,��∗������,���� 	 X������ = 0,0069 Kmol de propano/ kmol de F�	 
De (7) se puede calcular Y������ ∗ F� y 		X������ ∗ F� usando la relación 
0,985*Y������* F� =	 		X������ ∗ F� 
(1‒0,985)*Y������* F� =	 		Y������ ∗ F� 
0,985*0,07* 100 = 	 		X������ ∗ F� 		X������ ∗ F�= 6,895Kmol 
(1‒0,985)*0,07 * 100 = 		Y������ ∗ F� 		Y������ ∗ F�= 0,105Kmol 
Entonces 
F�	 =	�������∗	��	‒		�������∗	��	������� F�	 =	 �	‒	�,����,���� ��	 = 999,28Kmol 
 
Balance de nitrógeno: Y����* F�=Y���� ∗ F� 
0, 93* 100=Y���� ∗ F� Y���� ∗ F� =	93Kmol 
Balance global: F� + F� = F� + F� F� = F� + F�‒F� F� = 		Y������ ∗ F� + Y���� ∗ F� F� = 0,105 + 93 �� = ��Kmol F� = F� + F�‒F� F� = 999,28 + 94‒100 		�� = 993Kmol 
 La relación a determinar es: m =	 ���� 
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m =	 ���	��� � = �, �� Kmol de líquido alimentado/ Kmol de gas alimentado 
 Si la relación real entre el líquido y gas de entrada (w) es 1,2∗ m(����) la fracción molar de 
propano en el líquido de salida, se calcula como sigue. 
w= 1,2*9,93 Kmol de líquido alimentado/ Kmol de gas alimentado 
w=11,92 Kmol de líquido alimentado/ Kmol de gas alimentado 
 11,92=���� 
11,92= ����� �� = 1192 Kmol de líquido alimentado. 
 Que el porcentaje de propano absorbido sea el mismo, nos indica que F� tiene el mismo valor 
obtenido en los primeros cálculos, si se realiza un nuevo balance global: F� + F� = F� + F� F� = F� + F�	‒F�	 F� = 1192 + 100‒94 �� = 1198 Kmol 		X������ =	 		�,���∗�������∗	���� 		X������ =	 		�,���∗�,��∗	������� 		������� = �, ���� Kmol ����/ Kmol �� 
 Para lograr un equilibrio entre el propano gaseoso y el que está mezclado con el n-decano se 
necesita una columna de absorción de altura infinita. El aumento en la proporción m hasta w 
indica un ascenso en el costo del proceso porque se requiere mayor cantidad de n-decano, sin 
embargo, será más barata la construcción de la columna. 
Ejercicio 5. En la producción de un aceite de frijol, que contiene 13% por peso de aceite y el resto 
en sólidos, se muelen las semillas y se alimentan a un tanque extractor junto con una corriente de 
recirculación de hexano líquido. La proporción de alimentación es de 3Kg de hexano/Kg de frijol. 
Las semillas molidas se suspenden en el líquido y casi todo el aceite de estas se extrae con hexano. 
El efluente del extractor pasa a un filtro. La torta de filtrado contiene 75% por pesode sólidos de 
frijol y el resto de aceite de semilla y hexano, estos dos últimos en la misma proporción a la cual 
emergen del extractor. La torta de filtrado se desecha y el filtrado líquido se alimenta a un 
evaporador con calentamiento, en el cual se vaporiza el hexano y el aceite permanece líquido. 
Cabe destacar que el vapor de hexano se enfría y recircula. De acuerdo a lo planteado calcule el 
rendimiento obtenido de aceite de frijol (Kg de aceite/Kg de frijol alimentado), la alimentación 
necesaria de hexano fresco y su relación con respecto al frijol alimentado, además determine la 
proporción entre la recirculación y la alimentación fresca. 
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 En este sistema nos encontramos en presencia de varias unidades de proceso, cómo siempre 
los que más nos preocupa es ¿por dónde iniciar?. Es claro que en el enunciado tenemos las 
composiciones de algunas corrientes, datos útiles que van a permitir la determinación de 
incógnitas, sin embargo, estas composiciones no son suficientes para trabajar en el filtro, 
evaporador o punto de mezcla. No obstante conocemos la proporción de alimentación al proceso: 
“La proporción de alimentación es de 3Kg de hexano/Kg de frijol”. Por no otro lado se conoce el 
valor de ninguna corriente, lo cual nos permite elegir una base de cálculo, y al conocer la 
proporción anteriormente mencionada lo más sensato es elegir como base de cálculo la corriente F� o F�. 
Base de cálculo: F�= 100Kg frijol 13Kg Aceite, 87 Kg de sólidos 
Balance en el extractor: F� =	 ���	��	��������	��	������ ∗	F� F� =	 ���	��	��������	��	������ ∗ 	100Kg	frijol �� = �����	��	������ F� + F� = F�	 300 + 100 = F�	 ��= 400Kg 
Como conocemos el valor de F� y la cantidad de aceite, sólidos y hexano que entran al extractor 
podemos determinar en qué proporción están estos componentes en la corriente (F�). 
 
 Recirculación (�� ) 
 
 �� �� (100%H) Extractor 					�3 Filtro �� Evaporador �� 
A.F A. Proceso %S, %A, %H %H, %A 100%Hexano (H) 
 
 
 ��(������) �� �� 
 %Aceite (A), %Sólidos(S) Torta de filtrado 100%Aceite 
 
 
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X��� = ��������� X��� = 0,2175 ��	������	�� 
 X��� = ���������� X��� = 0,7500��	��������	�� 
 X���= ��������� X��� = 0,0325��	��������	�� 
Una proporción importante es la que existe sólo entre el hexano y el aceite. X��� ⋆	= �����(�����	������	�����	������) X��� ⋆= 0,9585 
 X��� ⋆	= 0,0325 ����(�����	������	�����	������) X��� ⋆= 0,0415 
Balance en el filtro: 
B.Global: F� = F� + F�	 400 = F� + F�	 
 
Para determinar el valor de F� y F�	 es necesario hacer el balance de algunas de las especies 
presentes en el filtro. Tomaremos en forma aleatoria el hexano. Recordemos que las dos 
corrientes que salen del filtro contienen hexano; un filtro puede tratarse como un punto de 
separación, partiendo de esta premisa se puede afirmar que la relación sólo entre el hexano y le 
aceite es la misma en F�,		F�			y	F�. 
B. Hexano: X��� ∗ F� = X��� ⋆∗	F� + 	0,25 ∗ X��� ⋆∗ F� 0,7500 ∗ 400 = 0,9585	 ∗ F� + 0,25 ∗ 	0,9585 ∗ F� 
Resolviendo simultáneamente las ecuaciones que obtenidas por el balance de hexano y el balance 
global en el filtro: �� = ���, ��	�� �� = ���, ���� 
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Si no queda claro el balance hexano, recuerde cómo funciona el filtro y también lo que nos dice el 
enunciado “La torta de filtrado contiene 75% por peso de sólidos de frijol y el resto de aceite de 
semilla y hexano, estos dos últimos en la misma proporción a la cual emergen del extractor” 
Balance en el evaporador: 
El balance en el evaporador es muy simple;	F� que es la corriente que sale del filtro se separa en el 
hexano que se recircula y el aceite, producto del proceso. F� = 	0,0415	 ∗ F� F� = 	0,0415	 ∗ 283,99Kg ��= 11,79Kg de aceite 
Balance global: F� = F� + F� F� = F�‒F� F� = 283,99‒11,79 �� = 272,2Kg de hexano recirculado 
 Balance en el punto de mezcla: F� = F� + F� F� = F�‒F� F� = 300‒272,2 �� = ��, �	��	��	����������ó�	������ 
 Conocidas todas las corrientes procedemos a determinar las relaciones que nos indican en el 
problema. f: Rendimiento	del	proceso	 f = ����		 f = ��,����	��	������	�����	������ 	 � = �, ���� Kg de aceite/ Kg de frijol 
 d: Proporción	entre	la	alimentación	fresca	y	de	frijol d = 	���� d = 	 ��,�	��	��	����������ó�	���������	��	��	������ 	�= 0,278 Kg de alimentación fresca/ Kg de frijol 
 
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g: Relación entre la recirculación y alimentación fresca g = ����	 g = ���,���	��	������	�������������,�	��	��	����������ó�	������ 	 � = �, ��Kg de hexano recirculado/ Kg alimentación 
fresca 
 
Ejercicio 6. La deshidratación del gas natural (gn) es necesaria para evitar la formación de hidratos 
gaseosos, los cuales pueden tapar las válvulas y otros componentes de gasoductos, y también para 
reducir los problemas potenciales de corrosión. Se introduce gas natural que contiene 80lbm de 
agua/ 10� SCF de gas a la parte inferior de un absorbedor a velocidad de 4x10� SCF/día. Una 
corriente líquida que contiene trietilen glicol (TEG, PM= 150,2) y una pequeña cantidad de agua se 
alimenta por la parte superior del absorbedor, el cual funciona a 500psia y 90℉. El gas seco que 
sale del absorbedor contiene 10 lbm de agua / 10� SCF de gas. El solvente que sale del 
absorbedor, pasa a una columna de destilación. La corriente de producto ligero que procede de la 
columna de destilación contiene sólo agua líquida. La corriente de producto pesado es la corriente 
de TEG/agua que se alimenta al absorbedor. 
Determine la velocidad de flujo másico (lbm/día) y la velocidad de flujo volumétrico (ft�/ día) del 
producto ligero de la columna de destilación. 
La máxima deshidratación se logra si el gas que sale de la columna de absorción está en equilibrio 
con el solvente que entra a la misma. Si la constante de la ley de Henry para el agua en TEG a 90℉ 
es 0,398 atm/fracción mol, ¿cuál es la fracción molar máxima permisible de agua en el solvente 
que se alimenta al absorbedor. 
Se necesitaría una columna de altura infinita para lograr el equilibrio entre el gas y el líquido en la 
parte superior del absorbedor. Para que la separación deseada se logre en la práctica, la fracción 
molar de agua en el solvente de entrada debe ser al menos 80% del valor de equilibrio. Tenga en 
cuenta que la velocidad del TEG recirculado es 37lbm TEG/lbm de agua absorbida. Calcule a 
velocidad de flujo (lbm/día) de la corriente de solvente que entra al absorbedor y la fracción molar 
de agua en la corriente de solvente que sale de este último. 
Cuál es el objetivo de la columna de destilación en el proceso.Downloaded by andres galindo yepes (andresfelipegalindoyepes@gmail.com)
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 	�� 
 	�� Gas seco 
 
 
 
 Absorbedor 
 
 �� �� (100% agua) 
 
 
 
 
 ��. Gas natural húmedo 
 �� %TEG, % ��� Destilación �� %TEG, % ��� 
 
 
 
 �� 
 
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 Hecho el diagrama, es necesario observar con detenimiento los datos que proporciona el 
enunciado, esto con el propósito de saber como usarlos. En primer lugar, tenemos una relación 
entre los componentes que constituyen la corriente F�, tal relación puede ayudarnos a determinar 
las composiciones másicas o molares de los componentes de F�. También conocemos el flujo 
volumétrico del gas natural en F� y tenemos una relación entre los constituyentes de 	F�. Del flujo 
volumétrico podemos obtener uno molar, además, un análisis del proceso global nos indica que 
nuestros primeros balances deben ser globales. 
 En F�	tenemos que 80 lbm de agua/ 10� SCF entra a la parte inferior del absorbedor a 
velocidad de 4x10� SCF/día. Las siglas SCF, indican que estas variables fueron medidas en 
condiciones estándar (T=60℉ ; P=1atm). Lo primero que debemos suponer es que el gas natural 
de entrada tiene comportamiento ideal, entonces: P ∗ V = n(Y����		 ∗ F�) ∗ R ∗ T n = �∗��∗� n = ��,�������∗�����	���/�í���,�����∗���������∗�	∗(������)� �����		 ∗ �� = 10,536x��� lbmol/día 
1bmol de gas en condiciones estándar 379,67 ft� 
�����	��	���������	��� ∗	����������� ∗ ���,��	��������� 	= 0,00168 lbmol de agua/lbmol de gas natural Y��	���*F� = �,�����	�����	��	���������	��	���	�������		 * Y����		 ∗ F� Y��	���*F� = �,�����	�����	��	���������	��	���	�������		 * 10,536x10� lbmol/día ���	���*�� = 17,70lbmol/día �����	��	���������	��� ∗	����������� ∗ ���,��	��������� = 0,00021 lbmol de agua/lbmol de gas natural Y���� =	 ������	(�,����������	��	��������	��) Y���� = 0,99980 lbmol gn/lbmol F� Y��	��� = 1‒Y����	 Y��	��� = 1‒0,99980 Y��	��� = 0,0002lbmol/ lbmol F� 
Balance global del proceso-Balance global de agua F� =	Y����		 ∗ F�+Y��	���*F� F� =	10,536x10� lbmol/día +17,70lbmol/día F� = 10,5537x10�	lbmol/día F� = F� + F� 
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10,5537x10� lbmol/día = F� + F� 
 Y��	��� ∗ F� = Y��	��� ∗ F		� + F� 17,70	lbmol/día = 0,0002 ∗ F� + F� 
Resolviendo simultáneamente �� = ��, ������� �����/�í� �� = ��, ��	�����/�í� F� �����í�� = ��,��	�����/�í������������ =280,62 lbm/día F� �����í�� =	280,62 lbm/día* ������,���� =4,5 ft�/día 
 
 Para sistemas en equilibrio generalmente se plantean la ley de Raoult o Henry para determinar 
la proporción de un componente en la fase líquida o gaseosa. La ley de Henry se usa en soluciones, 
la constante de la ley de Henry depende del solvente. 
La ley de Henry: Y ∗ P = X ∗ H 
 De acuerdo a lo que nos plantea el problema “La máxima deshidratación se logra si el gas que 
sale de la columna de absorción está en equilibrio con el solvente que entra a la misma”. 
Quedando la ley de Henry: Y��	��� ∗ P = X��	��� ∗ H	 X��	��� = ���	���∗�� 
X��	�� = �,����∗(���������,�� �)�,���	���/������ó�	��� X��	��� = 0,0171 lbmol de agua/lbmol F� 
 La proporción anteriormente calcula es la de equilibrio que se logra con una columna de 
absorción de altura infinita. Por otro lado, para calcular la velocidad de flujo de la corriente			F� 
así como la fracción de agua en la misma, se realizan los siguientes cálculos siempre teniendo en 
cuenta que “la velocidad del TEG recirculado es 37lbm TEG/lbm de agua absorbida”. En las 
corrientes 			F� y 			F� se encuentra la misma cantidad de gas natural seco, la diferencia entre 
ambas es el agua absorbida. 
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n	H�O	absorbida =	 			F� ‒ 			F� n	H�O	absorbida =	 10,5537x10�	‒ 10,5381x10� �	���	��������� = 15,6lbmol/día n	TEG	recirculado = 	 �����	������	��	���� ∗ 15,6lbmol/día		 ∗ �����	���������� ∗ ������	��������� 	 n	TEG	recirculado = 69,26lbmol/día X��	��� 	real =	0,80 * 0,0171 lbmol de agua/lbmol F� 
 X��	��� 	real = 	0,01368 lbmol de agua/lbmol F� X�����= 1‒X��	���	real X�����= 1‒0,01368 X����� = 0,98632 lbmol TEG/ lbmol F� 
Balance de TEG en la columna de absorción: X����� ∗ F� = 	n	TEG	recirculado 0,98632 ∗ F� = 	69,26lbmol/día �� = ��, �� lbmol/día 
Balance global en la columna de absorción: F� + F� = F� + F� F� = F�		‒ F� + F� F� = 10,5537x10�	‒ 10,5381x10� + 70,22 �� = 85,82lbmol/día 
Balance de agua en la columna de absorción: Y��	��� ∗ F�	 + X��	��� ∗ F� 	= Y��	��� ∗ F		� + X��	��� ∗ F� 17,70 + 0,01368 ∗ 70,22 = 0,0002 ∗ 10,5381x10� + X��	��� ∗ 85,82 ���	��� = 0,1929 lbmol agua/lbmol �� 
 
 La columna de destilación se usa principalmente para recuperar el TEG que absorbe el agua en la 
columna de absorción, esto con la finalidad reducir los costos que involucra la compra del solvente 
puro. 
 
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