Ingeniería de Alimentos I
Campos Vásquez, Fermín Fermín
BALANCE DE MATERIA
1. Se está está usando usando un evaporador evaporador para concen concentrar trar soluci soluciones ones de de azúcar azúcar de caña. caña. Se Se evaporan evaporan 10000kg/día de una solución que contiene 38% de en peso de azúcar, obteniéndose obteniéndose una solución con 74% en peso. peso. Calcule el peso de la solución obtenida y la cantidad de agua extraída.
EVAPORADOR
10000 =
+
……………. (1)
Haciendo el balance de azúcar: 0,38(100 0,38(10000) 00) = 0,74 0,74(( ) + (0) ⇒
= 5135.14
ó
Reemplazando el valor de B en (1) obtenemos = 4864, 4864,86 86
2. Algunos Algunos pescados pescados se proces procesan an como harina harina de pescado pescado para para usarse usarse como proteína proteínass suplementarias en alimentos. En el proceso empleado primero se extrae el aceite para obtener una pasta que contiene 80% en peso de agua y 20% en peso de harina seca. Esta pasta se procesa en secadores secadores de tambor rotatorio para obtener un producto “seco” que
contiene 40% en peso de agua. Finalmente, el producto se muele a grano fino y se empaca. Calcule la alimentación de pasta en kg/h necesaria para producir 1000 kg/h de harina “seca”.
SECADOR B, agua agua
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= 1000+
⇒
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=
−10 −1000…… 0……………(1) (1) Hacemos balance de agua: 0,8( ) = 0,4(1000) 1000) +
Reempl Reemplaza azando ndo (1) en (2) (2) se se tiene tiene
…………….(2 .( 2) 0,8( ) = 0,4(1000) 1000) + − 10 1000 ⇒
= 3000
/
3. Una pulpa pulpa de madera madera húmeda húmeda contien contienee 68% en peso de de agua. Despu Después és de secarla secarla se se determina que se ha eliminado el 55% de agua original de la pulpa. Calcule la composición para una alimentación alimentación de 1000 1000 kg/min de pulpa húmeda. húmeda. de la pulpa “seca” y su peso para B, pulpa pulpa seca 45%agua 45%agua
1000kg/min pulpa húmeda 68% agua
SECADOR
C, agua
1000 =
+
⇒
= 1000−
0,68( 0,68(1000) 1000) = 0,45 0,45(( ) +
……….(1 .(1)
…….(2) .(2)
Reemplazando en (1) en (2) 680 680 = 0,4 0,45( ) +10 +1000−
⇒ 58 581,81
/
La composición de pulpa seca es 45% 45% de agua y 55% de agua 4. En un proceso proceso para para fabrica fabricarr jalea, la fruta fruta macerad maceradaa que que tiene tiene 14% en peso peso de sólidos sólidos solubles se mezcla con azúcar (1,22 (1,22 kg azúcar/l kg de fruta) y pectina (0,0025 kg pectina/1 kg de fruta). La mezcla resultante se evapora en una olla para producir una jalea con 67% en peso de sólidos solubles. Calcule, para una alimentación de 1000 kilogramos de fruta macerada, los kilogramos de mezcla obtenida, los kilogramos de agua evaporada y los kilogramos de jalea producida.
Mezcla
MEZCLADOR
EVAPORADOR
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Cantidad de azúcar añadida: (1000
)
1,22
1
ú
= 1220
ú
Cantidad de pectina en la fruta: 1000
0,0025
1
= 2,5
Cantidad de sólidos solubles en la fruta: 1000
14
ó
100
= 140
ó
Mezcla resultante: 1000
+ 1220
ú
+ 2,5
Cantidad de sólidos solubles en la mezcla: 140
+ 1220
= 2222,5 + 2,5
= 1362,5
Kilogramos de jalea producida: 2222,5 = + ……………(1) 1362,5 = (0,67) + (0) ⇒
= 2033,58
……(2)
Reemplazando (2) en (1) se obtiene cantidad de agua evaporada = 188,92
5. Una alimentación de 10000 kg de frijol de soya se procesa en una secuencia de tres etapas (El). La alimentación contiene 35% en peso de proteína, 27.1% en peso de carbohidratos, 9.4% en peso de fibras y cenizas, l0.5% en peso de humedad y 18.0% de aceite. En la primera etapa, los frijoles se maceran y se prensan para extraer el aceite, obteniéndose corrientes de aceite y de pasta prensada que todavía contiene 6% de aceite. (Suponga que no hay pérdidas de otros constituyentes en la corriente de aceite.) En la segunda etapa, la pasta prensada se trata con hexano para obtener una corriente de pasta de soya extraída que contiene 0.5% en peso de aceite y una corriente de aceite-hexano. Suponga que no sale hexano en el extracto de soya. Finalmente, en la última etapa se seca el extracto para obtener un producto con 8% en peso de humedad. Calcule: a. Kilogramos de pasta de soya que salen de la primera etapa. b. Kilogramos de pasta extraída obtenidos en la segunda etapa. c. Kilogramos de pasta seca final y porcentaje en peso de proteína en el producto seco
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A, aceite 10000kg frijol de soya
E, Pasta seca final (8%humedad)
EXTRACTOR SEPARACIÓN CON HEXANO
B, Pasta prensada (6%aceite)
D, Pasta prensada (0,5% aceite)
SECADOR
F, agua C, Aceite-hexano
a. Kilogramos de pasta de soya que salen de la primera etapa. 10000 =
+
= 10000 −
…………(1)
Balance con respecto al aceite: 0,18(10000) = + 0,06 ………..(2) Reemplazando (1) en (2) : 1800 = 10000− +0,06
= 8723,40
b. Kilogramos de pasta extraída obtenidos en la segunda etapa. =
+
8723,4 =
+
= 8723,40 −
………..(3)
Balance con respecto al aceite: 0,06(8723,40) = + 0,005( ) ……….(4) Reemplazando (3) en (4) 523,404 = 8723,40 −
+ 0,005( )
= 8241,20
c) Kilogramos de pasta seca final y porcentaje en peso de proteína en el producto seco. =
+
8241,20 =
+
= 8241,20 −
Balance con respecto al agua: 0,105(10000) = 0,08( ) +8241,20−
= 7816,53
Porcentaje de proteína en el producto seco: Balance con respecto a la proteína: 0,35(10000) = (7816,53)
= 0,4477 = 44,77%
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6. Se alimenta continuamente un evaporador con 25ton/h de una solución que contiene 10% de NaCl, 10% de NaOH y 80% de H2O en peso. Durante el proceso de evaporación, el agua se elimina por ebullición de la solución, cristalizando el NaCl, el cual se separa del líquido restante por filtración. El licor concentrado que abandona el evaporador contiene 50% de NaOH, 2% de NaCl y 48% de H2O. calcular: a. Las libras de agua evaporada por hora b. Las libras de sal precipitadas por hora. c. Las libras de licor concentrado que abandonan el evaporador cada hora.
A, AGUA
25ton/h 10% NaCl 10% NaOH 80% H2O
EVAPORADOR
FILTRO
B, Licor concentrado 2% NaCl 50% NaOH 48% H2O
C, Cristales de NaCl
a. Libras de agua evaporada por hora: 25
1000 1
2,206 1
= 55125
Balance con respecto al NaOH (55125)(0,10) = (0,5)( )
= 11025
Balance con respecto al agua: (0,80)(55125) =
+ (0,48)(11025) ⇒
= 38808
b. Libras de sal precipitadas por hora: Balance total 55125 = 38808+ 11025+
c.
= 5292
Libras de licor concentrado que abandonan el evaporador por hora = 11025
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7. Las tuberías por las cuales se transporta materiales en las plantas industriales poseen con frecuencia varios pies de diámetro, volviendo inútiles a los dispositivos para medir flujos tales como rotámetros y medidores de orificio. Una técnica empleada para la medición de flujos en tales tuberías es el método de la dilución del indicador, en el cual se inyecta una corriente continua de una sustancia fácilmente medible (el trazador) en la corriente de proceso, como un flujo conocido, midiéndose la concentración del trazador corriente abajo respecto del punto de inyección. Cuanto mayor sea el flujo de la corriente de proceso, menor será la concentración del trazador en el punto de medición. Una corriente de gas natural que contiene 1mol% de CO 2 y el resto de CH4, fluye a través de una tubería. Se inyectan 50kg de CO2 por minuto a la línea, y una muestra obtenida corriente debajo de este punto contiene 1,7mol% de CO2. Calcular el flujo molar de gas natural.
A, gas natural
Mezcla final
1mol% CO2 99mol% CH4
1,7mol% CO2
B, 50kg CO2 /min
Base un minuto de operación. (50
)
1
− 44
−
= 1,136
Balance total: + 1,136 =
…………….. (1)
(0,01)( ) + 1,136 = (0,017)( ) ………..(2)
Reemplazando (1) en (2) se obtiene
= 160
−
/
8. Debe diseñarse una columna a fin de separar una mezcla que contiene 50% de hexano (C6H6) y 50% de pentano (C5H12) en peso. La corriente superior de producto debe contener 95% de pentano, mientras que los fondos deben contener 96% de hexano. La corriente que abandona el domo de la columna se condensa; una porción de la corriente condensada se retorna a la columna como reflujo, eliminándose el resto como producto. La relación de reflujo masa de reflujo/ masa de producto destilado vale 0,6. a. Calcular los kilogramos de destilado y de fondos producidos por kilogramo de alimentación. b. Calcular la relación kg alimentados al condensador/kg alimentados a la torre.
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c. Calcular el flujo másico de cada corriente de producto si el flujo molar de la corriente de alimentación es de 100kg-mol/h.
B, Corriente superior 95% C5H12 A, Alimentación
CONDENSADOR
C, reflujo
DESTILADOR 50% C6H14 50% C5H12
D, Destilado 95% C5H12 5% C5H12
E, Fondos, 96% de hexano
Base 1kg de alimentación: a. Kilogramos de destilado y de fondos =
+
1=
+
= 1−
……………………..(1)
Balance con respecto al C5H12 1(0,5) = 0,95( ) + 0,04( ) ………………..(2)
Reemplazando (1) en (2) : 0,5 = 0,95( ) + 0,04(1 − ) = 0,5055
,
= 0,4945
b. relación kg alimentados al condensador/kg alimentados a la torre. = 0,6 =
+
= 0,6 = 0,6(0,5055) = 0,3033 = 0,3033 + 0,5055 = 0,8088
=
0,8088 = 0,8088 1
c. Reflujo másico de cada corriente. 1
=
0,5 86
/
−
+
0,5 72
/
−
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= 78,38
/
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−
Si el fuljo molar de la corriente de alimentación es de 100kg-mol/h, entonces el flujo másico es: = 100
−
78,38
−
= 7838
/
9. En un proceso para concentrar 1000 kg de jugo de naranja recién obtenido, que contiene 12.5% en peso de sólidos, la maceración produce 800 kg de jugo filtrado y 200 kg de pulpa. El jugo filtrado se concentra en un evaporador al vacío para obtener una concentración del 58% de sólidos. Los 200 kg de pulpa se derivan extrayéndolos antes de entrar al evaporador y se mezclan con el jugo evaporado en un mezclador, para mejorar el sabor. Este jugo concentrado final contiene 42% en peso de sólidos. Calcule la concentración de sólidos en el jugo filtrado, los kg de jugo concentrado final y la concentración de sólidos en la pulpa que se deriva. C, Jugo concentrado (42% sólidos)
A, jugo evaporado
MEZCLADOR 800kg jugo filtrado
EVAPORADOR 1000kg de jugo
MACERADOR (12,5% sólidos)
B, agua 200kg de pulpa
X: porcentaje de sólidos en el jugo filtrado Y: porcentaje de sólidos en la pulpa Balance con respecto a los sólidos en el macerador: 0,125(1000) = (800) + (200) ……….(1)
Balance en el evaporador: 800 = + …………….(2) (800) = 0,58( ) + (0)
(800) = 0,58( ) …………….(3)
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Balance en el mezclador. + 200 = ……………….(4) 0,58( ) + (200) = (0,4) …………………(5)
Reemplazando (4) en (5): 0,58( ) +
(200) = ( + 200)(0,42) …………….. (6)
Combinando (1) y (3) obtenemos 125 − 0,58( ) = (200), reemplazando en (6) se obtiene el valor de = 97,62 Reemplazando el valor de A en (3) se tiene la concentración de sólidos en el jugo filtrado = 7,08%
Reemplazando el valor de A en (4) obtenemos: = 297,62
Reemplazando el valor de X en (1) se obtiene = 34,2%
10. Para concentrar el jugo de naranja se parte de un extracto que contiene 12,5% de sólidos. El jugo fresco se pasa a los evaporadores al vacio y parte de lo evaporado se deriva para luego diluir el jugo concentrado que sale del evaporador con 58% de sólidos hasta una concentración final de 42% se sólidos. Si se tratan 2000kg/h de jugo diluido. ¿Cuáles son las composiciones corrientes de ingreso y salida al evaporador y de la dilución?
C, jugo concentrado 58% de sólidos A, extracto (12,5%solidos)
DILUCION
EVAPORADOR
2000kg/h jugo diluido (42% de sólidos)
E, agua para dilución
B, agua D, agua perdida
Balance en el evaporador y en la dilución: =
+
……….(1) ,
0,125( ) = 0,58( ) ………(2) ,
=
+
……(3)
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2000 =
+
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………….(4) , 0,42(2000) = 0,58(C) …………..(5)
De (5) se obtiene = 1448,28 obtiene = 551,72 de extracto de jugo.
, reemplazando C en (4) se , C en (2) se obtiene = 2559,98 / /
Reemplazando los valores en las demás ecuaciones, se obtienen los valores de 1111,17 , = 551,72 ó , = 559,98
=
11. El diagrama de flujo de una industria procesadora de toronjas es el siguiente.
A la planta entran 2000kg/h de toronja con un 15% de sólidos y se obtiene un jugo con 12% de sólidos y cáscaras con 17,55% de sólidos. El líquido de cáscara contiene 12% de sólidos que por evaporación da unas mezclas cítricas de 72ºbrix. La pulpa con 25% de sólidos se deshidrata para dar una pulpa cítrica final, la que contiene un 10% de humedad. Con los datos anteriores complete el balance de materia por cada 2000kg/h entrantes. A: cáscara, semillas y pulpa B: jugo para envasar C: liquido de cáscara D: melazas E: agua F: pulpa
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G: pulpa seca H: agua de deshidratación Balances: 2000 = A +B
B = 2000 − A…………..(1)
0,15(2000) = 0,1755 + 0,12 ……….(2)
Reemplazando (1) en (2) 300 = 0,1755 + 0,12(2000 − )
= 1081,08
á
= 918,91 1081,08 =
+
= 1081,08−
…….. (3) ,
0,1755(1081,08) = 0,25 + 0,12 ……(4) 189,73 = 0,25(1081,08 − ) + 0,12
= 619,54
í
á
= 461,54 619,54 =
+
………(5) ,
0,12(619,54) = 0,72 + 0
= 103,26
= 516,28 461,54 =
+
…….(6) , 0,25(461,54) = 0,9
= 333,33
= 125,21
ó
12. Un secador va a ser operado en forma tal que seque 45kg/h de material húmedo que contiene 30% de agua hasta 15% de agua. Las condiciones que operan son las siguientes: 800kg/h de aire exterior ingresan a 0ºC y tiene humedad nula. El 50% del aire húmedo que sale del secador es recirculado al ciclo. El aire que sale del humidificador está a 49ºC y tiene una humedad de 0,033kg de agua/kg de aire seco. El aire húmedo que sale del secador tiene humedad igual a 0,038kg de agua/kg se aire seco. Calcular: a. La cantidad de material seco b. La cantidad de aire seco que pasa a través del secador ene una hora. c. La humedad del aire que entra en el calentador(kg de agua/kg de aire seco) d. La cantidad de agua absorbida por el aire en el humidificador
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Agua
Vapor
Aire
CALENTADOR
Material húmedo
HUMIDIFICADOR
Condensado
SECADOR
Agua
Material húmedo: 45 / (13,5
Material seco
,31,5
Material seco: 31,5
)
,15%
)
a. Cantidad de material seco. (31,5
)
100
85
= 37,06
b. Cantidad de aire seco que pasa a través del secador ene una hora 1kg de aire seco absorbe 0,005kg de agua, entonces necesitamos conocer la cantidad de aire seco para 7,94kg de agua (7,94
)
1 0,005
= 1588
c. Humedad del aire que entra en el calentador(kg de agua/kg de aire seco) La humedad del aire que entra al calentador es la mitad de la que sale del secador que es igual a 0,019 / . d. Cantidad de agua absorbida por el aire en el humidificador Al calentador ingresan 800 / + 794 la vez que salen ingresan y salen los 0,019 El humidificador absorbe 0,014 agua que absorben los 1594 1594
0,014 1
/ /
es: = 22,316
/
= 1594
/
, y
/
, entonces la cantidad de
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13. En un tanque hay 1500L de una solución salina con una concentración de 10 g de sal/L. este tanque es alimentado con una solución de 7,5g de sal/L, con un caudal de 10l/min, y además por 20L de una solución de 15g de sal/L. debajo del tanque , este descarga 30L/min. ¿Cuál es la concentración en el tanque después de 60 minutos?.
20L/min 15g de sal/L
10L/min 7,5g de sal/L
1500L 10g de sal/L
30L/min
Balance para la masa (M) total en el tanque: −
+
−
No existe generación ni consumo: 10
+ 20
− 30
= −
=
=
=0
Balance para la masa de sal (Msal) en el tanque: =
−
= (10
) 7,5
= 375 (
)
= 375 − 30
= 375 − 30
− 30
+ 20
(
15
)
)
+
1500
(
− 30
= 375 − 30
= 375 − 30
=0 1 (375 − 30 )
=
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Integrando: 1
=
(375 − 30 )
= 5,62
14. En un quemador se introduce butano con 25% más del aire teórico necesario. Si se queman 85m3/h de gas butano medidos a 20ºC y 760mmHg. ¿qué cantidad de aire se requerirá a las mismas condiciones? ¿cuál será la composición y el volumen delos gases salientes si estos están a 800ºC y a 1atm? 85m3 /h C4H10 Gases de combustión
QUEMADOR A mol/h de aire
2C4H10 +
13O2
4CO2
+ 5 H2O
Hallamos las moles de C4H10 que se introducen en el quemador: (760 =
=
)(
⇒ (8,314
3535,56
13 2
101325 )(85 760 ∗ )(293 ) ∗
= 22981,14
La cantidad de aire necesario a las mismas condiciones será: 22981,14
100
(1,25) = 136792,5
21
Composiciones y volumen de los gases de salida. Oxigeno que ingresa: 136792,5
21 100
= 28726,43
Oxigeno que sale:
) = 3535,56
CH
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28726,43 − 22981,14 = 5745,29
Volumen de oxígeno de salida: 5745,29 =
=
∗ ∗
8,314
=
101325
(1073 ) = 505,83
Nitrógeno que entra es igual al que sale: 79
136792,5
100
= 108066,075
Volumen de nitrógeno: 108066,075 =
=
8,314 101325
∗ ∗
(1073 )
= 9514,42
Anhídrido carbónico que sale: 4
3535,56
2
= 7071,12
Volumen de Anhídrido carbónico: 7071,12 =
=
8,314 101325
∗ ∗
(1073 ) = 621,39
15. Se instala un horno para quemar coque a la velocidad de 90,9kg/h. el coque tiene la siguiente composición: Carbono ----------- 89,1% Cenizas ------------10,9% La eficiencia de la parrilla del horno es tal que se quema el 90% del carbono presente en la carga de coque. Se suministra aire en exceso del 30% del necesario para la combustión completa de todo el carbono de la carga. Si se supone que el 65% del carbono se oxida a dióxido, formando monóxido el restante. Calcular la composición en peso de CO y CO 2 que salen formando parte del gas de chimenea.
90,9kg/h de coque QUEMADOR A kg/h de aire
Gases de combustión
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Hallamos los kg de carbono en 90,9kg/h de coque: 89
90,9
100
= 80,99
Hallamos los kg de carbono que se consume en las reacciones: (0,9) 80,99
= 72,89
Kilogramos de de carbono no consumido: (0,1) 80,99
= 8,099
Kilogramos de carbono para producir CO 2 (0,95) 72,89
= 69,25
Kilogramos de carbono para producir CO (0,05) 79,89
= 3,6445
La primera reacción química es: C + O2
CO2
Kilogramos por hora de CO2 producido 69,25
1
1
0,012
0,044
1
1
= 253,91
Kilogramos por hora de O2 consumido: 69,25
1 0,012
1
0,032
1
1
= 184,67
La segunda reacción es: 2C + O2
2CO
Kilogramos por hora de CO producido 3,6445
1 0,012
2
0,028
2
1
Kilogramos por hora de O2 consumido:
= 4,252
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3,6445
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1
1
0,032
0,012
2
1
= 4,859
Kilogramos totales de O2 consumido: 184,67 + 4,859 = 189,529 Kilogramos de aire necesario para las reacciones: 189,52
100
21
= 902,519
Kilogramos de aire por hora con exceso: (1,3) = 1173,275
902,519
Kilogramos de O2 que ingresan: 21
1173,275
100
= 246,38
= 926,89
Kilogramos de N2 que ingresan: 79
1173,275
100
Cantidad de los gases de salida: O2: 246,38 − 189,529 = 57,13 C: 8,099 / CO2: 253,91 / CO: 4,252 / N2: 926,89 /
/
Composición en peso de CO2: 253,91 57,13+ 8,099 + 253,91+ 4,252 + 926,89
(100) = 20,30%
Composición de CO: 4,252 57,13+ 8,099 + 253,91+ 4,252 + 926,89
(100) = 0,34%
/
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16. La bacteria Acetobacter aceti convierte el etanol en ácido acético en condiciones aerobias. Se supone un proceso de fermentación en continuo para la producción de vinagre utilizando células no viables de Acetobacter aceti inmovilizada sobre la superficie de portadores de gelatina. La producción de ácido acético es 2kg/h aunque la concentración máxima de ácido acético tolerada por la celular es del 12%. Se bombea aire al fermentador a una velocidad de 200moles/h. teniendo en cuenta que no existen fugas, el aire de entrada es seco, el porcentaje de volumen de gas es igual al porcentaje en moles, no se produce evaporación del etanol, agua o ácido acético, la conversión del etanol es completa, el etanol se utiliza solamente para la producción de ácido acético por parte de las células, la concentración de ácido acético en la corriente producto es del 12%. Determinar: a. Qué cantidad de mínima de etanol se necesita. b. Qué mínima cantidad de agua debe utilizarse para diluir el etanol con el fin de evitar la inhibición del ácido c. Cuál es la composición del gas de salida del fermentador.
Gas de fermentación
C2H5OH FERMENTADOR
Aire (200mol/h)
C2H5OH + O2
CH3COOH + H2O
a. Cantidad mínima de C2H5OH. Producción de ácido acético: 0,12(2 / ) = 0,24 / , 1,76
el agua en la solución es
/ 1
0,24
0,06
= 0,184
1
0,046
1
1
/
b. Cantidad necesaria de H2O 1
0,24 = 0,072
0,06
1
0,018
1
1
/
La cantidad mínima de agua es: 1,76 / − 0,072
/
= 1,688
/
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c. Composición del gas de salida. Cantidad de oxígeno consumido 1
0,24 = 0,064
1
0,06
0,016
1
1
/
Cantidad de oxígeno que ingresa: 200
⇒ 42
21
= 42
100 0,032 1
= 1,344
Cantidad de oxígeno que sale: 1,344
/
− 0,064
/
= 1,28
/
Cantidad de nitrógeno que entra es igual al que sale: 200
⇒ 158
79
100 25 1
= 158
= 3950
17. Para fabricar 6000 pies3 de acetileno (CHCH) gaseoso a 70 ºF y 750 mm de Hg, se usa carburo de calcio (CaC2), que contiene 97% en peso de CaC2 y 3% en peso de sólidos inertes y agua. La reacción es: CaC2 + 2H2O
CHCH + Ca(OH)2
La lechada final de cal contiene agua, sólidos inertes y Ca(OH)2. En este producto, el porcentaje total en peso de sólidos constituidos por inertes y Ca es 20%. ¿Cuántas libras de agua deben añadirse y cuántas libras de lechada final se obtienen?
Hallamos los moles de CaC : =
=
=
(750 998,9
)(6000 ∗ ∗
)
(294,11 )
= 15,32
CHCH
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CaC2 + 2H2O ⇒ (15,32
CHCH + Ca(OH)2 CHCH)
1
CaC
64
CaC
1
CHCH
1
CaC
= 980,48
CaC
Cantidad de CaC impuro: (980,48
CaC )
100
CaC 97
CaC
= 1010,80
CaC
Cantidad de sólidos inertes: (1010,80
)
CaC
3 100
CaC
= 30,32
Cantidad de Ca(OH) (15,32
CHCH)
1
Ca(OH)
1
CHCH
74
Ca(OH)
1
Ca(OH)
= 1133,68
Ca(OH)
Cantidad de lechada de cal total 1164
20% 100%
= 5820
Cantidad de agua en la lechada: 5820 − 1164 = 4656 Cantidad de agua que consume la reacción: (15,32
CHCH)
2
H O
18
H O
1
CHCH
1
H O
= 551,52
H O
Agua que se añade: 4656+ 551,52 = 5207,52
18. El benceno reacciona con el cloro para formar el clorobenceno y ácido clorhídrico en un reactor intermitente: 120 kg de benceno y 20% de exceso de cloro se encuentran presentes inicialmente, quedando 30kg de benceno una vez terminada la reacción. a. ¿Cuántos kilogramos de cloro se encuentran presentes inicialmente. b. ¿Cuál es la conversión fraccionaria de benceno? c. ¿Cuál es la composición molar del producto? Reacción química: C6H6 + Cl2
C6H5Cl + HCl
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a. Kilogramos de cloro presentes inicialmente. (120
1
)
(1,54
−
= 1,54
78
−
1
)
1
−
−
71
−
1
−
= 109,34
Cl2 inicial: (109,34)(1,20) = 131,21 b. Conversión fraccionaria de benceno: 120 − 30 78 = = 0,75 30 78
=
c. Composición molar del producto: (30
)
(90
)
(131,21
1
−
= 0,385
78 1
)
−
1
78 1 −
1
−
−
= 1,154
−
= 1,848
71
−
Kg-moles de Cl2 no consumido: 1,184 − 1,154 = 0,694 (1,154
−
)
(1,154
−
)
1
−
1 − 1 − 1
−
−
= 1,154 = 1,154
−
− −
Los flujos de salida son: : : :
0,385 0,694
− −
1,154
−
:
1,254
−
En total:
3,387
−
19. Se produce metanol (CH3OH) haciendo reaccionar monóxido de carbono (CO 2) con hidrógeno (H2). Una porción del metanol que abandona el reactor se condensa, recirculándose al reactor monóxido de carbono e hidrógeno sin consumir así como el metanol sin condensar. La corriente de salida del reactor fluye con un flujo de 275moles/ min, y contiene 10,6% en peso de H2, 64% en peso CO2 y 25,4% en peso de CH3OH. La fracción de metanol en la corriente de recirculación es de 0,004. Calcular los flujos molares
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de monóxido de carbono y de hidrógeno en la alimentación fresca, y la velocidad de producción de metanol.
B, Recirculación, Y CH3OH=0,004 A, Alimentación fresca CO, H2
REACTOR
CONDENSADOR
C, Efluente ácido 275moles/min 10,6% H2, 64%CO, 25,4% CH3OH
Xi
Wi=Xi(100)
Mi
ni=W /M i i
Yi=nt
H2
0,106
10,6
2
5,3
0,632
CO
0,640
64
28
2,286
0,273
CH3OH
0,254
25,4
32
0,794
0,095
TOTAL
1
100
62
8,380
1
componente
Reacción química: CO + 2H2 Balance en el condensador:
=
CH3OH +
= 275 −
………………(1)
Balance con respecto al CH3OH: 0,095(275) = 0,004( ) +
……………………..(2)
Reemplazando (1) en (2) : 26,125 = 0,004( ) + 275 − = 25,13
= 249,87
/
,
/
O también: 32
= 25,13 =
= 804,16
= 804,16
1
/
/
componente Yi CO H2 TOTAL
D, Producto CH3OH
Mi Wi=Xi(100) ni=W /M i i
0,33 29 9,24 0,67 2 1,34 1 10,58
0,873 0,127 1
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Flujos molares: 1
(0,873) 804,16
28 1
(0,127) 804,16
2
= 25,07
/
= 51,06
/
20. Se convierte benceno (C6H6) a ciclohexano (C6H12) por acción directa del H2. La planta produce 100 lbmol /h de ciclohexano. E, Fresco H2 D, H2 recirculado F, mezcla A, Puro C6H6
REACTOR
B, 80%H2 20% C6H6
CONDENSADOR C, Producto 3% de H2
Noventa y nueve por ciento de benceno alimentado al proceso reacciona para producir ciclohexano. La composición de la corriente de entrada al reactor es de 80mol% de H 2 y 20% de C6H6, y la corriente de producto contiene 3mol% de H2. Calcular. a. La composición de la corriente del producto. b. Los flujos de alimentación de C6H6 y de H2. c. La relación de recirculación de H2. Reacción química: C6H6 + 3 H2
C6H12
a. Composición de la corriente del producto: H2 consumido: (100
)
3 1
= 300
= 100
C6H6 consumido: 100
1 1
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Cálculo de la corriente de alimentación pura: 0,99( ) = 100
= 101,01
Cálculo de la composición de la corriente mezclada: Balance con respecto al C6H6 : 101,01 = 0,2( )
= 505,5
Composición de la corriente mezclada: : 0,8(505,05) = 404,04
: 0,2(505,5) = 101,01
Composición de la corriente a la salida del reactor: : 100 : 404,04− 300 = 104,04 : 101,01 −100 = 1,01
Moles totales: 205,05
/ /
Composición de la corriente de producto : 0,03 : : 0,97 −
Balance en el condensador: Balance con respecto al C6H6: 1,01 = (0,97− ) …………….(1 Balance con respecto al C6H12: 100 = = 100/ …………………( 2) Reemplazando (2) en (1): 1,01 =
0,97 −
100
= 104,134
La composición del producto es: : 100
/
: 0,03(104,134) = 3,124 : 1,01 /
/
a. Flujo de alimentación de C6H6: 101,01
/
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Flujo de alimentación de H2: =
+
505,05 = 101,01 +
= 404,04
/
Cálculo de la corriente de recirculación: =
−
= 104,04 − 3,124 = 100,09
/
H2 alimentado fresco: =
−
= 404,04 −100,9 = 303,14
b. Relación de recirculación:
= 100,9
/ /
21. Se clora etano en un reactor continuo: C2H6 + Cl2
C2H5Cl + HCl
Aun cuando se proporciona exceso de etano, parte del cloroetano producido se vuelve a clora: C2H5Cl + Cl2
C2H4Cl2 + HCl
Se consume todo el cloro, la conversión del etano es de 13% mientras que la selectividad del monocloroetano deseado es de 93:7. Calcular el número de moles de todas las especies presentes en las corrientes de salida por cada 100moles de monocloroetano producidas. Base 100moles de C2H5Cl Etano consumido: (100
)
1
1
= 100
Etano alimentado: (100
)
100
=
100
13
=
= 769,2
93
=
7 93
=
7
Cloroetano consumido:
100(7) = 7,53 93
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(7,53
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1
)
1
= 7,53
Cloroetano antes de clorar: 100 + 7,53 = 107,53 HCl producido: (107,53
1
)
(7,53
)
1 1 1
= 107,53 = 7,53
Moles totales: 107,53+ 7,53 = 115,06 Salida de HCl: 115,06
100
= 1,15
Salida de C2H4Cl2: 7,53 100
= 0,0753
