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Ingeniería de Alimentos I Campos Vásquez, Fermín

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BALANCE DE MATERIA

1. Se está usando un evaporador para concentrar soluciones de azúcar de caña. Se evaporan10000kg/día de una solución que contiene 38% de en peso de azúcar, obteniéndose unasolución con 74% en peso. Calcule el peso de la solución obtenida y la cantidad de aguaextraída.

10000 = + … … … … … . (1)Haciendo el balance de azúcar:0,38(10000) = 0,74( ) + (0) ⇒ = 5135.14 ó

Reemplazando el valor de B en (1) obtenemos = 4864,862. Algunos pescados se procesan como harina de pescado para usarse como proteínas

suplementarias en alimentos. En el proceso empleado primero se extrae el aceite paraobtener una pasta que contiene 80% en peso de agua y 20% en peso de harina seca. Estapasta se procesa en secadores de tambor rotatorio para obtener un producto “seco” quecontiene 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”.

C, agua

B, 74% de azúcar

10000kg/día

(38% de azúcar)EVAPORADOR

B, agua

1000kg/h de harina seca (40%agua)

A, pasta 80% agua20%materia seca

SECADOR


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= 1000 + ⇒ = − 1000 … … … … … (1)Hacemos balance de agua: 0,8( ) = 0,4(1000) + … … … … … . (2)Reemplazando (1) en (2) se tiene 0,8( ) = 0,4(1000) + − 1000 ⇒ = 3000 /

3. Una pulpa de madera húmeda contiene 68% en peso de agua. Después de secarla sedetermina que se ha eliminado el 55% de agua original de la pulpa. Calcule la composiciónde la pulpa “seca” y su peso para una alimentación de 1000 kg/min de pulpa húmeda.

1000 = + ⇒ = 1000 − … … … . (1)0,68(1000) = 0,45( ) + … … . (2)Reemplazando en (1) en (2) 680 = 0,45( ) + 1000 − ⇒ 581,81 /La composición de pulpa seca es 45% de agua y 55% de agua

4. En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14% en peso de sólidossolubles se mezcla con azúcar (1,22 kg azúcar/l kg de fruta) y pectina (0,0025 kg pectina/1kg de fruta). La mezcla resultante se evapora en una olla para producir una jalea con 67% enpeso de sólidos solubles. Calcule, para una alimentación de 1000 kilogramos de frutamacerada, los kilogramos de mezcla obtenida, los kilogramos de agua evaporada y loskilogramos de jalea producida.

C, agua

B, pulpa seca 45%agua

1000kg/min pulpa húmeda68% agua

SECADOR

C, agua

Mezcla

B, Jalea (67%solidos)

1000kg de fruta

Azúcar(1,22kg/1kg de fruta)

Pectina(0,0025kg/1kgde fruta)

MEZCLADOR EVAPORADOR


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Cantidad de azúcar añadida:(1000 ) 1,22 ú1 = 1220 ú

Cantidad de pectina en la fruta:1000 0,00251 = 2,5Cantidad de sólidos solubles en la fruta:1000 14 ó100 = 140 ó

Mezcla resultante:1000 + 1220 ú + 2,5 = 2222,5Cantidad de sólidos solubles en la mezcla: 140 + 1220 + 2,5 = 1362,5Kilogramos 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 laprimera etapa, los frijoles se maceran y se prensan para extraer el aceite, obteniéndosecorrientes de aceite y de pasta prensada que todavía contiene 6% de aceite. (Suponga que nohay pérdidas de otros constituyentes en la corriente de aceite.) En la segunda etapa, la pastaprensada se trata con hexano para obtener una corriente de pasta de soya extraída quecontiene 0.5% en peso de aceite y una corriente de aceite-hexano. Suponga que no salehexano en el extracto de soya. Finalmente, en la última etapa se seca el extracto para obtenerun 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. 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 = 8723,40b. 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( ) = 8241,20c) 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 − = 7816,53Porcentaje de proteína en el producto seco:

Balance con respecto a la proteína:0,35(10000) = (7816,53) = 0,4477 = 44,77%

D, Pasta prensada(0,5% aceite)

B, Pasta prensada(6%aceite)

C, Aceite-hexano

E, Pasta seca final(8%humedad)

A, aceite

10000kgfrijol de soya EXTRACTOR

SEPARACIÓNCON HEXANO SECADOR

F, agua


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6. Se alimenta continuamente un evaporador con 25ton/h de una solución que contiene 10% deNaCl, 10% de NaOH y 80% de H2O en peso. Durante el proceso de evaporación, el aguase elimina por ebullición de la solución, cristalizando el NaCl, el cual se separa del líquidorestante por filtración. El licor concentrado que abandona el evaporador contiene 50% deNaOH, 2% de NaCl y 48% de H2O. calcular:a. Las libras de agua evaporada por horab. Las libras de sal precipitadas por hora.c. Las libras de licor concentrado que abandonan el evaporador cada hora.

a. Libras de agua evaporada por hora:25 10001 2,2061 = 55125Balance con respecto al NaOH(55125)(0,10) = (0,5)( ) = 11025Balance con respecto al agua:(0,80)(55125) = + (0,48)(11025) ⇒ = 38808b. Libras de sal precipitadas por hora:

Balance total55125 = 38808 + 11025 + = 5292c. Libras de licor concentrado que abandonan el evaporador por hora= 11025

C, Cristales de NaCl

B, Licor concentrado2% NaCl

50% NaOH48% H2O

A, AGUA

25ton/h10% NaCl10% NaOH

80% H2O

EVAPORADOR FILTRO


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7. Las tuberías por las cuales se transporta materiales en las plantas industriales poseen confrecuencia varios pies de diámetro, volviendo inútiles a los dispositivos para medir flujostales como rotámetros y medidores de orificio. Una técnica empleada para la medición deflujos en tales tuberías es el método de la dilución del indicador, en el cual se inyecta unacorriente continua de una sustancia fácilmente medible (el trazador) en la corriente deproceso, como un flujo conocido, midiéndose la concentración del trazador corriente abajorespecto del punto de inyección. Cuanto mayor sea el flujo de la corriente de proceso, menorserá la concentración del trazador en el punto de medición.Una corriente de gas natural que contiene 1mol% de CO2 y el resto de CH4, fluye a travésde una tubería. Se inyectan 50kg de CO2 por minuto a la línea, y una muestra obtenidacorriente debajo de este punto contiene 1,7mol% de CO2. Calcular el flujo molar de gasnatural.

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 contener95% de pentano, mientras que los fondos deben contener 96% de hexano. La corriente queabandona el domo de la columna se condensa; una porción de la corriente condensada seretorna a la columna como reflujo, eliminándose el resto como producto. La relación dereflujo 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.

B, 50kg CO2/min

Mezcla final

1,7mol% CO2

A, gas natural

1mol% CO2

99mol% CH4


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c. Calcular el flujo másico de cada corriente de producto si el flujo molar de la corrientede alimentación es de 100kg-mol/h.

Base 1kg de alimentación:a. Kilogramos de destilado y de fondos= + 1 = + = 1 − … … … … … … … … . . (1)Balance con respecto al C5H121(0,5) = 0,95( ) + 0,04( ) … … … … … … . . (2)Reemplazando (1) en (2) :0,5 = 0,95( ) + 0,04(1 − )= 0,5055 , = 0,4945b. 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= 0,80881 = 0,8088

c. Reflujo másico de cada corriente.1 = 0,586 / − + 0,572 / −

E, Fondos, 96% de hexano

B, Corriente superior

95% C5H12

C, reflujo D, Destilado

95% C5H12

5% C5H12

A, Alimentación

50% C6H14

50% C5H12

DESTILADOR

CONDENSADOR


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= 78,38 / −Si el fuljo molar de la corriente de alimentación es de 100kg-mol/h, entonces el flujo másicoes:= 100 − 78,38 − = 7838 /

9. En un proceso para concentrar 1000 kg de jugo de naranja recién obtenido, que contiene12.5% 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 del58% de sólidos. Los 200 kg de pulpa se derivan extrayéndolos antes de entrar al evaporadory se mezclan con el jugo evaporado en un mezclador, para mejorar el sabor. Este jugoconcentrado final contiene 42% en peso de sólidos. Calcule la concentración de sólidos en eljugo filtrado, los kg de jugo concentrado final y la concentración de sólidos en la pulpa quese deriva.

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)

B, agua

C, Jugo concentrado(42% sólidos)

1000kg de jugo

(12,5% sólidos)

800kg jugo filtrado

200kg de pulpa

A, jugoevaporado

(58% sólidos)

MACERADOR

EVAPORADOR

MEZCLADOR


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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) seobtiene el valor de = 97,62Reemplazando 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:= 297,62Reemplazando 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 paraluego diluir el jugo concentrado que sale del evaporador con 58% de sólidos hasta unaconcentración final de 42% se sólidos. Si se tratan 2000kg/h de jugo diluido. ¿Cuáles son lascomposiciones corrientes de ingreso y salida al evaporador y de la dilución?

Balance en el evaporador y en la dilución:= + … … … . (1), 0,125( ) = 0,58( ) … … … (2) , = + … … (3)

A, extracto(12,5%solidos)

D, agua perdida

E, agua para dilución

B, agua

C, jugo concentrado58% de sólidos

2000kg/h jugo diluido(42% de sólidos)

EVAPORADOR

DILUCION


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2000 = + … … … … . (4), 0,42(2000) = 0,58(C) … … … … . . (5)De (5) se obtiene = 1448,28 / , reemplazando C en (4) seobtiene = 551,72 , C en (2) se obtiene = 2559,98 /de extracto de jugo.

Reemplazando los valores en las demás ecuaciones, se obtienen los valores de =1111, 17 , = 551,72 ó , = 559,9811. 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 sólidosque por evaporación da unas mezclas cítricas de 72ºbrix. La pulpa con 25% de sólidos sedeshidrata 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

ExtracciónDel jugo

Cascara,Semillas

Y pulpa

Extracción Liquido decascara

Evaporación

melazas

Jugo paraenvasar

pulpa

Deshidratación Pulpa seca


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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= 918,911081,08 = + = 1081,08 − … … . . (3),0,1755(1081,08) = 0,25 + 0,12 … … (4)189,73 = 0,25(1081,08 − ) + 0,12 = 619,54 í á= 461,54619,54 = + … … … (5),0,12(619,54) = 0,72 + 0 = 103,26= 516,28461,54 = + … … . (6), 0,25(461,54) = 0,9 = 125,21= 333,33 ó

12. Un secador va a ser operado en forma tal que seque 45kg/h de material húmedo quecontiene 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 quesale del secador es recirculado al ciclo. El aire que sale del humidificador está a 49ºC y tieneuna humedad de 0,033kg de agua/kg de aire seco. El aire húmedo que sale del secador tienehumedad igual a 0,038kg de agua/kg se aire seco. Calcular:a. La cantidad de material secob. 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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Material húmedo: 45 / (13,5 , 31,5 )Material seco: 31,5 , 15% )a. Cantidad de material seco.(31,5 ) 100 85 = 37,06b. 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 aireseco para 7,94kg de agua

(7,94 ) 10,005 = 1588c. 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 esigual a 0,019 / .

d. Cantidad de agua absorbida por el aire en el humidificador

Al calentador ingresan 800 / + 794 / = 1594 / , yla vez que salen ingresan y salen los 0,019 /El humidificador absorbe 0,014 / , entonces la cantidad deagua que absorben los 1594 / es:

1594 0,0141 = 22,316

Agua

AireCALENTADOR HUMIDIFICADOR SECADOR

Vapor

Condensado Agua

Material húmedo

Material seco


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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, yademás 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?.

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 + 20 15 − 30 ( )= 375 − 30 ( )

( ) = 375 − 30 + = 375 − 30 = 0= 375 − 30 1500 = 375 − 30 1(375 − 30 ) =

10L/min7,5g de sal/L

20L/min15g de sal/L

30L/min

1500L10g de sal/L


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Integrando:1(375 − 30 ) = = 5,6214. 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 lasmismas condiciones? ¿cuál será la composición y el volumen delos gases salientes si estosestán a 800ºC y a 1atm?

2C4H10 + 13O2 4CO2 + 5 H2O

Hallamos las moles de C4H10 que se introducen en el quemador:

= = ⇒ (760 )(101325760 )(85 )(8,314 ∗∗ )(293 ) = 3535,56 C H3535,56 132 = 22981,14

La cantidad de aire necesario a las mismas condiciones será:

22981,14 10021 (1,25) = 136792,5Composiciones y volumen de los gases de salida.

Oxigeno que ingresa:

136792,5 21100 = 28726,43Oxigeno que sale:

Gases de combustión85m3/h C4H10

A mol/h de aire

QUEMADOR


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28726,43 − 22981,14 = 5745,29Volumen de oxígeno de salida:

= = = 5745,29 8,314 ∗∗ (1073 )101325 = 505,83Nitrógeno que entra es igual al que sale:136792,5 79100 = 108066,075Volumen de nitrógeno:

= = 108066,075 8,314 ∗∗ (1073 )101325 = 9514,42Anhídrido carbónico que sale:3535,56 42 = 7071,12Volumen de Anhídrido carbónico:

= = 7071,12 8,314 ∗∗ (1073 )101325 = 621,3915. 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 lacarga de coque. Se suministra aire en exceso del 30% del necesario para la combustióncompleta de todo el carbono de la carga. Si se supone que el 65% del carbono se oxida adióxido, formando monóxido el restante. Calcular la composición en peso de CO y CO2 quesalen formando parte del gas de chimenea.

Gases de combustión90,9kg/h de coque

A kg/h de aire

QUEMADOR


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Hallamos los kg de carbono en 90,9kg/h de coque:90,9 89100 = 80,99Hallamos los kg de carbono que se consume en las reacciones:(0,9) 80,99 = 72,89Kilogramos de de carbono no consumido:(0,1) 80,99 = 8,099Kilogramos de carbono para producir CO2(0,95) 72,89 = 69,25Kilogramos de carbono para producir CO(0,05) 79,89 = 3,6445La primera reacción química es:

C + O2 CO2

Kilogramos por hora de CO2 producido69,25 10,012 11 0,0441 = 253,91Kilogramos por hora de O2 consumido:69,25 10,012 11 0,0321 = 184,67La segunda reacción es:

2C + O2 2CO

Kilogramos por hora de CO producido3,6445 10,012 22 0,0281 = 4,252Kilogramos por hora de O2 consumido:


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3,6445 10,012 12 0,0321 = 4,859Kilogramos totales de O2 consumido: 184,67 + 4,859 = 189,529 /Kilogramos de aire necesario para las reacciones:189,52 10021 = 902,519Kilogramos de aire por hora con exceso:902,519 (1,3) = 1173,275Kilogramos de O2 que ingresan:1173,275 21100 = 246,38Kilogramos de N2 que ingresan:1173,275 79100 = 926,89Cantidad 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 CO2:253,9157,13 + 8,099 + 253,91 + 4,252 + 926,89 (100) = 20,30%

Composición de CO:4,25257,13 + 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 utilizandocélulas no viables de Acetobacter aceti inmovilizada sobre la superficie de portadores degelatina. La producción de ácido acético es 2kg/h aunque la concentración máxima deácido acético tolerada por la celular es del 12%. Se bombea aire al fermentador a unavelocidad de 200moles/h. teniendo en cuenta que no existen fugas, el aire de entrada esseco, el porcentaje de volumen de gas es igual al porcentaje en moles, no se produceevaporación del etanol, agua o ácido acético, la conversión del etanol es completa, el etanolse utiliza solamente para la producción de ácido acético por parte de las células, laconcentración 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 ácidoc. Cuál es la composición del gas de salida del fermentador.

C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O

a. Cantidad mínima de C2H5OH.

Producción de ácido acético: 0,12(2 / ) = 0,24 / , el agua en la solución es1,76 /0,24 10,06 11 0,0461= 0,184 /

b. Cantidad necesaria de H2O0,24 10,06 11 0,0181= 0,072 /La cantidad mínima de agua es: 1,76 / − 0,072 / = 1,688 /

C2H5OH

Aire (200mol/h)

Gas de fermentación

FERMENTADOR


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c. Composición del gas de salida.

Cantidad de oxígeno consumido

0,24 10,06 11 0,0161= 0,064 /Cantidad de oxígeno que ingresa:

200 21100 = 42⇒ 42 0,0321 = 1,344Cantidad de oxígeno que sale: 1,344 / − 0,064 / = 1,28 /Cantidad de nitrógeno que entra es igual al que sale:

200 79100 = 158⇒ 158 251 = 3950

17. Para fabricar 6000 pies3 de acetileno (CHCH) gaseoso a 70 ºF y 750 mm de Hg, se usacarburo de calcio (CaC2), que contiene 97% en peso de CaC2 y 3% en peso de sólidosinertes 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, elporcentaje total en peso de sólidos constituidos por inertes y Ca es 20%. ¿Cuántas libras deagua deben añadirse y cuántas libras de lechada final se obtienen?

Hallamos los moles de CaC := = = (750 )(6000 )998,9 ∗∗ (294,11 ) = 15,32 CHCH


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CaC2 + 2H2O CHCH + Ca(OH)2

⇒ (15,32 CHCH) 1 CaC1 CHCH 64 CaC1 CaC = 980,48 CaCCantidad de CaC impuro:(980,48 CaC ) 100 CaC97 CaC = 1010,80 CaCCantidad de sólidos inertes:(1010,80 CaC ) 3100 CaC = 30,32Cantidad 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 total1164 20%100% = 5820Cantidad de agua en la lechada: 5820 − 1164 = 4656Cantidad de agua que consume la reacción:(15,32 CHCH) 2 H O1 CHCH 18 H O1 H O = 551,52 H OAgua que se añade: 4656 + 551,52 = 5207,52

18. El benceno reacciona con el cloro para formar el clorobenceno y ácido clorhídrico en unreactor intermitente: 120 kg de benceno y 20% de exceso de cloro se encuentran presentesinicialmente, 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 −78 = 1,54 −(1,54 − ) 1 −1 − 711 − = 109,34Cl2 inicial: (109,34)(1,20) = 131,21b. Conversión fraccionaria de benceno:= = 120 − 30783078 = 0,75c. Composición molar del producto:(30 ) 1 −78 = 0,385 −(90 ) 1 −78 1 −1 − = 1,154 −(131,21 ) 1 −71 = 1,848 −Kg-moles de Cl2 no consumido: 1,184 − 1,154 = 0,694 −(1,154 − ) 1 −1 − = 1,154 −(1,154 − ) 1 −1 − = 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 (CO2) conhidrógeno (H2). Una porción del metanol que abandona el reactor se condensa,recirculándose al reactor monóxido de carbono e hidrógeno sin consumir así como elmetanol 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. Lafracción 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 deproducción de metanol.

Reacción química: CO + 2H2 CH3OH

Balance en el condensador: = + = 275 − … … … … … … (1)Balance con respecto al CH3OH: 0,095(275) = 0,004( ) + … … … … … … … … . . (2)Reemplazando (1) en (2) :26,125 = 0,004( ) + 275 − = 249,87 / ,= 25,13 /O también:= 25,13 321 = 804,16 /

= = 804,16 /componente Yi Mi Wi=Xi(100) ni=Wi/Mi

CO 0,33 29 9,24 0,873

H2 0,67 2 1,34 0,127

TOTAL 1 10,58 1

componenteXi Wi=Xi(100) Mi ni=Wi/Mi 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

C, Efluente ácido275moles/min

10,6% H2, 64%CO, 25,4% CH3OH

D, ProductoCH3OH

A, Alimentaciónfresca

CO, H2

B, Recirculación, Y CH3OH=0,004

REACTOR CONDENSADOR


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Flujos molares:(0,873) 804,16 128 = 25,07 /(0,127) 804,16 12 = 51,06 /20. Se convierte benceno (C6H6) a ciclohexano (C6H12) por acción directa del H2. La planta

produce 100 lbmol /h de ciclohexano.

Noventa y nueve por ciento de benceno alimentado al proceso reacciona para producirciclohexano. La composición de la corriente de entrada al reactor es de 80mol% de H2 y20% 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 ) 31 = 300C6H6 consumido:

100 11 = 100

F, mezcla

A, PuroC6H6

B, 80%H2

20% C6H6

E, Fresco H2

D, H2 recirculado

C, Producto3% de H2

REACTOR CONDENSADOR


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Cálculo de la corriente de alimentación pura:

0,99( ) = 100 = 101,01Cálculo de la composición de la corriente mezclada:

Balance con respecto al C6H6 :101,01 = 0,2( ) = 505,5Composición de la corriente mezclada:: 0,8(505,05) = 404,04

: 0,2(505,5) = 101,01Composición 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 − ) … … … … … . (1Balance con respecto al C6H12: 100 = = 100/ … … … … … … … (2)Reemplazando (2) en (1):1,01 = 0,97 − 100 = 104,134La 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 aclora:

C2H5Cl + Cl2 C2H4Cl2 + HCl

Se consume todo el cloro, la conversión del etano es de 13% mientras que la selectividad delmonocloroetano deseado es de 93:7. Calcular el número de moles de todas las especiespresentes en las corrientes de salida por cada 100moles de monocloroetano producidas.

Base 100moles de C2H5Cl

Etano consumido:

(100 ) 11 = 100Etano alimentado:

(100 ) 100 13 = 769,2= = 937100 = 937 = 100(7)93 = 7,53

Cloroetano consumido:


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(7,53 ) 11 = 7,53Cloroetano antes de clorar: 100 + 7,53 = 107,53HCl producido:(107,53 ) 11 = 107,53(7,53 ) 11 = 7,53Moles totales: 107,53 + 7,53 = 115,06Salida de HCl:115,06100 = 1,15Salida de C2H4Cl2:7,53100 = 0,0753

balance de materia docx

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