Grado en Ciencia y Tecnología de los Alimentos Asignatura: Fundamentos de Ingeniería de los Alimentos
RELACIÓN DE PROBLEMAS Nº 2 BALANCES DE MATERIA Sistema sin reacción química
1.-Una columna de destilación separa 5000 kg/h de una mezcla formada por 50% de C6H6 y 50% de CH 3C6H5. El producto recuperado del condensador en la parte alta de la columna contiene 95% de benceno, y el producto de fondos de la columna contiene 96% de tolueno. La corriente que entra al condensador es de 4000 kg/h y parte del condensado se devuelve a la columna como reflujo. Si la composición a la entrada del condensador, en el producto separado y reflujo son idénticas, hallar la relación entre las cantidades de producto de reflujo y producto separado. V = 4000 kg/h
D L
95% Benceno
F = 5000 kg/h 50% Benceno 50% Tolueno
R 96% Tolueno
2.- El pescado que tiene menos salida comercial entero, puede procesarse industrialmente para servir como fuente de dos productos de interés. Por un lado se extrae aceite de pescado con gran contenido en ácidos grasos omega-3, y por otro harina de pescado, con un elevado contenido proteínico y base de piensos para animales o aditivo de surimi. En una planta de tratamiento de pescado se prensan 1000 kg/h de
pescado cocido (jureles) para extraer aceite y eliminar parte del agua. La pasta de pescado cocido empleada contiene un 70% de agua, 15% de proteína, 10% de aceite y un 5% de otros componentes. La torta obtenida tras el prensado (donde se extrae el aceite de pescado más agua y otros componentes no valiosos) se pasa a un horno rotatorio para secarla y obtener la harina de pescado que contendrá un 83% de proteína, un 2 % de aceite y tan solo un 5% de agua. Con esta información y el diagrama que se muestra, determinar: a) Producción de aceite y de harina, así como el resto de corrientes. b) Evaluar el rendimiento de aceite y de harina de pescado por kg de pescado cocido procesado. c) Determinar la cantidad de torta que entra en el secadero y su composición. Agua
94% agua
W
V
6% otros
Pasta de pescado cocido
F = 1.000 kg/h
Harina de pescado
70% agua
Secado Cristalización 83% proteínas 2% aceite
15% proteínas
5% agua
10% aceite 5% otros
H
P Extracción por prensado
A
Aceite de pescado
10% otros
3.- Un evaporador se alimenta con 10000 kg/h de una disolución de KN0 3 al 20% en peso, la disolución concentrada que sale del evaporador con 50% en peso de KN0 3 se lleva a un cristalizador donde se enfría, cristalizando el KN0 3 y quedando unas aguas madres (disolución saturada fría con 0,6 kg de KN0 3 por kg de H2O). La masa de cristales separados en el cristalizador contiene un 4% en peso de agua. Calcular los kg de sal húmeda producidos por hora.
4.- En una sección de una planta de gasolina se elimina el iso-pentano de acuerdo con el siguiente esquema. Calcular: a) La fracción de gasolina que pasa por el eliminador de iso-pentano.
b) El caudal de gasolina de 90% de n,-pentano y 10% de iso-pentano que se obtiene por cada 100 kg de gasolina de 80% de n,-pentano y 20% de iso pentano.
C 100% isopentano
B Eliminador de isopentano
E 100% isopentano
A = 100 kg
D
F
80% n-pentano
90% n-pentano
20% isopentano
10% isopentano
5.- La fabricación de productos como la penicilina, la tetraciclina, las vitaminas y otros fármacos, así como de químicos para fotografía, colorantes y otros compuestos orgánicos finos, por lo general requiere la separación de los sólidos suspendidos de su solución madre por centrifugación, seguida de secado por filtración de la torta húmeda. El extracto resultante de la filtración se recicla a la alimentación de la centrífuga. Supongamos el caso de la obtención de una vitamina que se muestra en el diagrama de flujo:
28,6% vitamina
R
71,4% agua
Vitamina producto
Solución de vitamina
V
C
F = 50 kg/h
Filtración Cristalización
Centrifugación 20% vitamina 80% agua
W
Agua
60% vitamina
4% agua
40% agua
96% vitamina
Determinar la cantidad de agua eliminada, el caudal de extracto recirculado y los kilogramos horarios de vitamina producto.
6.- En el proceso descrito en el Problema 3 el porcentaje de KN03 de las aguas madres del cristalizador, 37,5%, es incluso superior al de la disolución que alimenta al evaporador, 20%, por lo que para un aprovechamiento integral del KN0 3 dicha corriente debe recircularse y mezclarse con la alimentación fresca del evaporador. Determinar los restantes caudales si se mantiene una alimentación de 10000 kg/h al sistema. 7.- Si se considera que en el proceso descrito en el Problema 6 la alimentación contiene una impureza en un porcentaje en peso del 1% y que para poder alcanzar el estado estacionario es necesario, puesto que dicha impureza ni se evapora ni cristaliza, derivar una corriente de purga de forma que a la salida del cristalizador el porcentaje de impureza sea como máximo del 4%. Determinar el caudal de la purga y el caudal de sal cristalizada que se produce.
