EJERCICIOS PROPUESTOS INGENIERÍA DE OPERACIONES AGROINDUSTRIALES III -2016-I DESTILACION: 1. Se desea diseñar diseñar una columna columna de destilación destilación para para separar dos dos productos productos A y B con volatilidad volatilidad relativa relativa igual igual a 4. Se deben obtener 100 kmol/h de destilado con una concentración molar de 0.! a partir de una corriente l"#uida saturada con $!% molar de A. &ara ello se ad#uirir' un reboiler parcial adecuado y se dispone de un condensador total #ue puede eliminar 1(000 )cal/h *l+40)cal/)mol,- y permite retornar a la torre una corriente de reluo saturada. a, Si la concentración de producto de ondo no debe superar el !% molar de A calcular el nmero de etapas re#uerido y la ubicación del plato de alimentación- y el agua de enriamiento re#uerida. b, Si se reemplaa el reboiler por vapor vivo saturado- con la torre ya construida- manteniendo constantes las condic condicione ioness de entrad entradaa de la alimen alimentaci taciónón- de salida salida del destilado destilado y el reluo reluo operativo operativo 23u'l 23u'l es la concentración del producto de ondo (. 5na mecla mecla #ue #ue contiene contiene !0 % de n6pent n6pentano ano y !0% de n6he7a n6he7ano no a una tempera temperatura tura de (80 (80 ) se va a separa separarr por destilación continua. 9l producto de la parte superior debe contener el ! % del n6pentano de la alimentación y el producto producto de ondo se espera #ue contenga contenga el 8 % del nhe7ano de la alimentación. alimentación. :a columna operar' a una presión total de 1$.$ k&a empleando un condensador y reboiler totales. ;eterminar< A, i, el m"ni m"nimo mo nmero nmero de etap etapas as #ue se re#uer re#uerir ir'n 'n en el proces proceso. o. ii, :a relaci relación ón de relu reluoo m"ni m"nimo mo.. iii, iii, Adoptando =+1.! =min determinar el nmero de etapas #ue se re#uerir'n en la ona de rectiicación- en la de agotamiento y el plato óptimo donde debe ingresar la alimentación. iv, 3alcular la carga t>rmica del condensador y reboiler. B, =epita =epita el problema problema utiliando utiliando una presión presión total de operación operación de !$.( k&ak&a- compare los los resultados resultados obtenidos obtenidos con la condición anterior. 3, 3ómo ser'n ser'n comparativ comparativamente amente los los di'metros di'metros de las torres torres especiic especiicadas adas en A, y B, ;atos<
PENT A P N (k O P (° a) K) 1 .$ ( .@ ! .$ ? .0 1$.$ (@.@ !$.( 101.$
(($.1 ($$.0 (44.0 (!1.0 (@0.@ (8!.1 (1.8 $0.$
HEX A N O (° K ) (4?.( (!.1 (8@. (8.0 (?.0 $04.? $((.? $41.
3alor molar de vaporiación de la solución< @??@. cal/mol *&+1$.$ k&a, y @40.1 cal/mol *&+!$.( k&a, $. 3ierta 3ierta mecla e#uimolec e#uimolecular ular heptano6oc heptano6octano tano entra entra como alimentació alimentaciónn en un plato intermed intermedio io de una columna columna de rectiicación #ue trabaa a la presión atmos>rica normal. Se desea obtener un producto destilado #ue contenga ?% en moles de heptano y producto de colas #ue sólo ha de contener !% en moles de heptano. :a alimentación entra en la columna a su temperatura normal de ebullición. 9l vapor procedente del plato 1 entra en el condensador de reluo- #ue en esta columna es un condensador total una parte del condensado vuelve a la columna a su temperatura de condensación y otra sale como producto destilado- de tal modo #ue la relación entre el l"#uido #ue retorna y el vapor #ue llega *relación de reluo, es :/ + $/4. ;eterm"nese el nmero de platos teóricos necesarios y la posición del plato de alimentación. :os datos de e#uilibrio para esta mecla son los siguientes<
1 Docente: Ing. David Juan Ramos Huallpartupa
=9S&59SCA
< Dmero de platos teóricos + 14 *anal"ticamente, Dmero de platos teóricos + 1$ *gr'icamente, :a alimentación se realia sobre el plato DE8 4. 3u'l es la m"nima relación de reluo #ue puede usarse en una columna de destilación de enri#uecimiento para obtener un destilado de composición en racción molar de 0- en benceno a partir de un producto de ondo #ue contiene 0-(0 en benceno y 0-?0 en tolueno. :a columna opera a presión atmos>rica. ;atos de e#uilibrio de la mecla benceno6tolueno a 1 atm< !. 9n una industria de perumes se necesita destilar geraniol mediante arrastre con vapor de agua. Si la destilación X(benceno) 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95 1
Y(benceno)
T° eb.
Y diag.
0 0,111 0,209 0,375 0,508 0,621 0,714 0,791 0,855 0,912 0,959 0,981 1
110,4 108,3 106,2 102,2 98,5 95,3 92,2 89,5 87 84,6 82,3 81,3 80,3
0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95 1
se realia bao una presión de @0 mmFg y a 10(E3. 3alcule< a, 9l porcentae de geraniol #ue tendr"a el destilado. b, )g de geraniol / )g de vapor empleado. ;atos< &E geraniol *10(E3, + 10 mmFg &G geraniol + 1!4 =9S&59SCA< a, @$ % b, 1-81 )g geraniol / )g de vapor @. Se tiene un estan#ue con (000 )g de aceite de menta contaminado con !4 )g de agua. Se desea eliminarle esta agua. &ara ello se propone calentarlo a presión atmos>rica a una temperatura de 80E3- con lo cual se asegura #ue no se descomponga. 2Hu> porcentae del aceite original #uedar"a en el estan#ue libre de agua &G aceite + ?0 &resión de vapor del aceite a 80E3 + !40 mmFg =9S&59SCA< 81%. 8. :a presión de vapor de la dimetilanilina a dierentes temperaturas es como sigue<
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3onsiderando #ue el agua y la dimetilanilina son completamente insolubles. 3alcule lo siguiente< a, :a temperatura y composición del vapor cuando una mecla de dimetilanilina y agua ebulle a una &CICA:+8$0 mmFg. b, :os )g de dimetilanilina obtenidos como destilado en una destilación con vapor por cada 100 )g de agua obtenido en el destilado- cuando la &CICA:+8$0 mmFg *&G dimetilanilina es 1(1-(,. =9S&59SCA< a, 8-!E3 / 0-04@ ;GA b, $(-4 )g / 100 )g agua alim.
LIXIIACION: ?. A 10 kg de un sólido inamente dividido #ue contiene @0 % de inerte *B, y 40 % de soluto *A,- se le agrega solvente *3, puro para e7traer el componente A en una etapa ideal. :as e7periencias realiadas para determinar el comportamiento de las ases sólido6l"#uido *ase pesada 6 ase liviana, en e#uilibrio indican< - :a solución resultante es l"mpida *e7enta de inerte,. - :a masa de solución adherida al inerte es constante- dada por la relación masa de solución /masa de inerte + 1. ;eterminar< a, :a cantidad m"nima de solvente a agregar al sólido para obtener dos ases. b, :a composición de las ases en e#uilibrio si la cantidad de solvente a agregar es de 10 kg. . 9n un mineral de cobre recocido tratado con agua con el in de e7traer el cobre- se observa #ue el inerte retiene una cantidad de agua constante e igual a 1-$ kg de agua/kg de inerte y la solución #ue se separa no arrastra sólidos. Craar en un tri'ngulo rect'ngulo las curvas de saturación correspondientes a la ase liviana *e7tracto, y a la ase pesada *reinado,. 10. A partir de datos e7perimentales para la e7tracción de aceite de las semillas de soa con benceno- se obtuvo #ue la relación de masa de solución a masa de inerte es de J- siendo el e7tracto totalmente l"mpido. 5n kg de benceno puro se mecla con 1 kg de harina #ue contiene !0 % en peso de aceite. 9l reinado se e7trae nuevamente con 1 kg de benceno puro. 2Hu> cantidad de e7tracto y reinado se obtienen al cabo de las dos etapas 2Hu> porcentae de aceite se recupera al inal de la e7tracción 11. A 400 toneladas de un mineral de cobre recocido #ue contiene 1( % en peso de 3uSI4 y ?? % en peso de inerte- se agregan 1 000 toneladas de agua. Se mantienen en contacto hasta #ue el e#uilibrio es alcanadosepar'ndose a continuación las dos ases. Si los inertes retienen 1-$ toneladas de agua por toneladas de inertey la ase liviana no arrastra sólidos- 2cu'l es la composición de la solución clara Si las composiciones son reeridas a componentes e7entos de inerte determinar los valores de< YA + masa de A / *masa de A K masa de 3, y YC + masa de 3 / *masa de A K masa de 3,. 1(. Se desea tratar 1 000 kg /h de una pasta alimenticia #ue contiene 0-(0 racción m'sica de aceite *A,. 9l solvente #ue se utilia son @@( kg/h de benceno puro. :a temperatura y la presión son constantes. 3alcular la concentración de e7tracto a la salida.
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!ILTRACION: 1$. Se re#uiere iltrar en un iltro prensa una suspensión de una sal inorg'nica insoluble- con las siguientes caracter"sticas< =esistencia espec"ica de la torta L + 1-171011 m/kg =esistencia del medio despreciable 3oncentración de sólidos 3 + 0-0(4 kg sólido/lt iltrado iscosidad del l"#uido *agua, 0- cp. :a iltración se realia en un iltro de $0 placas- cada una con 0- m( de supericie- a una presión de 0-! atm relativa. Se ha determinado #ue el ciclo de iltración se cumple al recoger (-! m$ de iltrado. a, 3alcular el tiempo para realiar cada lote de iltrado b, Si al inal de la iltración se lava la torta con 0-$ m $ de agua y el tiempo total de operaciones ane7as es de $0 minutos- determinar el luo promedio de sólidos #ue pasan a la siguiente etapa del proceso *secado de la torta,. =9S&59SCA< *a, 1? s b, 0-(8 kg/s, 14. 3alcular el tiempo necesario para iltrar !0 m$ de una pulpa a trav>s de un iltro a presión cuya 'rea total es $0 m(. Se utilia una bomba centr"uga cuya curva de uncionamiento es la siguiente<
=esistencia espec"ica del #ue#ue< 1-0871011 m/kg =esistencia del medio< @-!71010 m61 3oncentración de la pulpa< 11-! kg/m$ iscosidad del l"#uido< 0-001 D6s/m( =9S&59SCA< *$ horas, 1!. 9n la iltración de una suspensión acuosa de $ lb/t$ de sólidos se ha encontrado #ue se orma una torta compresible cuya resistencia espec"ica se e7presa por< L *t/lb, + $-(7108 M*Np *lb/t(,,0.?@ Se ha medido para el iltro una resistencia del medio de< =m + 1-!71010 t61 *iscosidad del agua 1 cp, a, 3alcular la supericie necesaria del iltro para iltrar 1!00 galones en 1 hora- a la presión de ?0 lb/pulg(. =9S&59SCA< *40-( t (, b, Si el mismo iltro calculado en a, se opera inicialmente a luo constante de 0-! gal/t(6min hasta alcanar una presión de ?0 lb/pulg( y posteriormente se mantiene constante esta presión- calcular el tiempo de iltración total para 1!00 gal. =9S&59SCA< *(-4 hr, 1@. Se iltrar' una suspensión #ue contiene $! kg de sólidos por m$ de l"#uido. :os sólidos tienen gravedad espec"ica (-8 y orman una torta cuya resistencia espec"ica es 871010 m/kg y cuya porosidad es (? %. :a resistencia del medio es ?71010 *1/m,. 9l 'rea de iltración es (0 m(. 9l l"#uido es agua- de viscosidad 1-1 cp. a, &or ser m's conveniente para la ormación de la torta incipiente- se opera inicialmente con luo constante @-! m$/hora hasta #ue la dierencia de presión a trav>s del iltro llega a 0-? kg/cm (. 3alcular el tiempo t1 necesario. b, A partir de t + t1- se sigue iltrando a presión constante 0-? kg/cm (. 3alcular el espesor de la torta acumulada para t + t1 K 0 min.
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Nota: Sea ordenado en la resolución de los ejercicios, plazo de entrega: hasta 10 DE AGOSTO no se ad!ite copias ni replicas" #ng" Da$id %" &a!os 'uallpartupa DO(ENTE DE) (*&SO
5 Docente: Ing. David Juan Ramos Huallpartupa
