Problema 1.Un secador de frutas portátil instalado en el Valle del Elqui, recibe cierta cantidad de pulpa de frutas con 80 % de agua. Después de eliminar 100 libras de agua, se determinó que la pulpa aún contenía 40 % de agua. Se pide calcular el peso de la pulpa inicial. Problema 2.Las fresas contienen alrededor de 15 % de sólidos y 85 % de agua. Para preparar mermelada de fresa, se mezclan las fresas trituradas con azúcar en una relación en peso de 4:5, luego la mezcla se calienta para evaporar el agua hasta que el residuo contiene una tercera parte en peso de agua. A. Dibuje el diagrama de flujo de este proceso B. Determine cuántas libras de fresas se necesitan para producir una libra de mermelada Problema 3.En una planta de concentración de sales, se dispone de una solución que contiene 10 % de NaCl y 20 % de KCl que se concentra hasta obtener una solución que contenga 30 % de NaCl, en una operación en la que se evaporan 200 kg de agua. La solución resultante se hace llegar a un agitador donde se ajusta la concentración agregando 200 kg de un concentrado acuoso de KCl que contiene 90 % de dicha sal. I. Haga un esquema del proceso II. Determine la composición del producto final del proceso Problema 4.En una planta de concentración de sales, se dispone de 800 Kg/h de una solución acuosa que contiene 10 % de NaCl y 20 % de KCl, que se concentra en un evaporador, hasta obtener una solución que contenga 35 % de KCl, en una operación en la que se evapora agua pura. Para ajustar la concentración final, la solución que sale del evaporador se hace llegar a un estanque mezclador, donde se ajusta la concentración agregando un concentrado acuoso de KCl que contiene 85 % de dicha sal. a.Haga un esquema del proceso b.Determine la cantidad de agua que se evapora en el evaporador c.Determine la composición de la solución que sale del proceso d.Determine la cantidad de concentrado acuoso de KCl que se debe agregar. Problema 5.La sal contenida en el petróleo crudo debe eliminarse antes de procesarlo en una refinería. El petróleo crudo se alimenta a una unidad de lavado en la que agua dulce alimentada a la unidad se mezcla con el petróleo y disuelve una porción de la sal que contiene. El petróleo (que contiene un poco de sal pero nada de agua), al ser menos denso que el agua, se puede sacar por la parte superior del lavador. El agua de lavado que sale de la unidad contiene 15 % de sal y el crudo alimentado contiene 5 % de sal, determine la concentración de la sal en el producto de petróleo “lavado” si la razón petróleo crudo (con sal) a agua dulce que se usa es de 4 : 1 Asignatura: Termodinámica Docente: Ing. Luis R. Larrea Colchado 7 T-2 5 30 Kg/h 30 % A 70 % B Problema 7. Para recuperar algo mas del NaALO2 que quedó en la solución atrapada entre los sólidos asentados.El flujo que sale en la corriente F C ELIMINADOR B A SEPARADOR 70 % n-pentano 30 % isopentano D MEZCLADOR F 100 % Isopentano 90 % n-pentano 10 % isopentano Problema 8.. En el proceso Bayer. Por cada 100 kg que se alimentan al sistema en A. 4 y 7. en Kg/h y la composición de las corrientes 3.2 1 40 Kg/h 90 % A 10 % B 6 3 T-1 4 100 Kg/h 50 % A 50 % B 30 Kg/h 60 % A 40 % B Para el proceso de destilación continua de dos unidades mostrado en la figura. puede obtenerse una separación dejando asentar dichos minerales y decantando la solución acuosa de NaAlO2 y NaOH que no reaccionó. pero no los componentes residuales del mineral de bauxita.En la figura se muestra una unidad de separación por destilación fraccionada que opera en dos etapas. La figura muestra una etapa de este proceso de lavado y asentamiento.. determine el flujo. calcule: a. calcule el flujo de la corriente F2 y la composición de la misma. Tabule sus resultados.En la producción de aluminio a partir de mineral de bauxita.Problema 6. Larrea Colchado 2 . Debido a que el NaAlO2 es soluble en agua. para producir NaAlO 2. un paso crucial es la separación de la alúmina de las impurezas minerales. Luis R.La cantidad de isopentano que sale por el eliminador de isopentano b. se deja asentar y se decanta el agua de lavado. esto se logra mediante el tratamiento de bauxita con NaOH en solución.En una sección de una planta de gasolina se elimina el isopentano de acuerdo con el esquema de la figura. se lava este “lodo” repetidas veces con agua. Asignatura: Termodinámica Docente: Ing. Dada una alimentación de 1000 lb/h. 1 40 % Tolueno 40 % Benceno 20 % Xileno T O R R E 3 4 1 % Tolueno 99 % Benceno 95 % Tolueno 5 % Benceno I 2 T O R R E II 10 % Tolueno 90 % Xileno 5 Problema 9. lechada Agua de lavado Estanque de lavado Solución decantada Estanque de sedimentación Lodo lavado Problema 10. se lava una lechada de alimentación que contiene 10 % de sólidos.Resuelva el balance de masa calculando el valor de todas las corrientes y composiciones. 14. y especifique claramente las incógnitas que va a utilizar.En cierto proceso se requiere generar los reactivos AB y B 2.. El producto del reactor es alimentado a un filtro (separador sólido-líquido) donde todo el compuesto insoluble se retira acompañado del 10 % de la solución que entra al filtro. con una corriente de agua de lavado que contiene 2 % de NaOH(desprecie el % de solidos del NaOH concuñado con el agua). D. Calcule la cantidad de NaAlO2 que se recupera en la solución decantada. que recupera todo el AB por una corriente. B.88 % de B. Las sustancias AB. Luis R. E. si se alimenta lechada a razón de 1000 lb/h. La alimentación fresca contiene 50.. Enumere las corrientes. 16 % de NaAlO2 y el resto agua. B y A2 son completamente solubles en agua en tanto que B 2 es completamente insoluble en el mismo medio. El reactor funciona con una conversión del 40 % respecto del limitante..3 % de A2 y 35 % de agua. formada por 95 % de agua y un lodo asentado con 20 % de sólidos. 11 % de NaOH. La corriente de reciclo contiene un 35. C. Asignatura: Termodinámica Docente: Ing.Calcule el porcentaje de AB en el producto del separador respecto del total generado.Dibuje el diagrama de flujo del proceso y ubique las variables conocidas y desconocidas sobre el esquema.En esta etapa. para producir una solución decantada libre de sólidos. La relación molar entre estos dos flujos es de 20:17.7 % de B. La reacción que predice la formación de estos compuestos es: A2 + B ——> AB + B2 El proceso consta de un reactor que es alimentado por la mezcla de una corriente fresca con otra de recirculación.Calcule la razón másica entre sólidos insolubles y solución producto del reactor.Plantee los Balances de masa a todos los subsistemas.. y por otra. F. Preséntelos en una tabla ordenada. la corriente de reciclo hacia el reactor... De acuerdo a lo anterior: A. La otra corriente de descarga del filtro (solo solución) es enviada a un separador. El resto es agua.Calcule la fracción recirculada respecto de la alimentación al separador. Larrea Colchado 3 .29 % de A2 y un 5. Problema 13. el resto KCl) se disuelve en 1000 libras de agua y luego se enfría para inducir la cristalización. mientras que el jugo de naranja concentrado contiene 40 % en peso de sólidos.1 % KCl. Asignatura: Termodinámica Docente: Ing.Problema 11. Calcule la fracción de la alimentación que se desvía del evaporador. Trace el diagrama de flujo y calcule: i. El porcentaje de KCl recuperado .5 % NaCl y 27. La operación se realiza a 30. A.El diagrama adjunto muestra el proceso de lavado de camisas que se utiliza en el Servicio de Lavandería "Por Fin Limpias S. sin embargo los componentes vólatiles se evaporaban junto con el agua dejando al concentrado sin sabor.7 % NaCl. El Duende sucio se hace pasar por un filtro en donde se extrae la mayor parte de la suciedad. Este producto se mezcla con el jugo fresco desviado para alcanzar la concentración final de sólidos (40 %). La composición de los cristales es 72. El proceso de concentrar el jugo de naranja se realiza en un evaporador. Las camisas se remojan en un tanque de lavado que contiene Duende. Dado lo anterior se opto por un proceso en el cual una fracción del jugo fresco se desvía (by pass) del evaporador y otra se concentra en este hasta que contiene 58 % de sólidos.La Sylvinita (42. El licor madre remanente contiene 50 % de agua y 50 % de sales.".4 % H 2O. La composición de la solución final iii. Calcule el jugo concentrado producido por cada 100 kg de jugo fresco alimentado B. Larrea Colchado 4 . permitiendo recircular parte del Duende. Las libras de sylvanita usadas ii. Luis R.El jugo de naranja fresco contiene 12 % en peso de sólidos y el resto es agua.A. 0. Se obtienen 727 libras de cristales. y después se exprimen y mandan a secar. Las experiencias preliminares de fabricación se hicieron concentrando el jugo fresco de 12 % a 40 % en peso.12” de Hg de presión. Camisas Sucias con 2 % de suciedad 1 2 Tanque de Lavado Camisas Limpias 90 % Duende Duende Fresco 100 % Duende Filtro 4 97 % Duende 3 Suciedad con 10 % Duende 6 Duende recirculado 5 Datos: El lavado extrae 95 % de la suciedad Por cada 100 kg de camisas sucias salen 25 kg de Duende con las camisas limpias Preguntas: ¿Cuánto Duende fresco debe agregarse por cada 100 kg de camisas sucias? ¿Cuál es la composición del flujo de recirculación? Problema 12. el detergente mágico. se recupera propano de una mezcla gaseosa que contiene 5 % en mol de propano y 95 % en mol de aire. El producto superior de la segunda columna contiene 99% en mol de benceno y nada de xileno.La fracción en peso de KNO3 en la corriente de reciclo b. poniéndola en contacto con n-decano líquido.Asignatura: Termodinámica Docente: Ing. Líquido de Entrada n-decano puro LE (mol/h) Gas de Salida GS (mol/h) TORRE DE ABSORCION Líquido de salida LS (mol/h) Gas de Entrada 5 % en mol de propano GE (mol/h/) Problema 16. . Sabiendo que se alimentan 3 moles de n-decano puro por cada mol de gas de entrada y suponiendo que el gas de salida NO contiene n-decano.Problema 14. El benceno recuperado en esta corriente representa el 96 % del benceno en la alimentación de esta columna. El producto superior de la primera columna alimenta la segunda columna. Ha un esquema de la unidad de destilación y calcule las velocidades de flujo molar (kgmol/h) y las fracciones molares de los componentes en cada corriente. Larrea Colchado 5 . a una velocidad de 1275 kgmol/h.. 25 % en mol de Tolueno (T) y 45 % en mol de xileno (X).Para el proceso de cristalización mostrado en la figura se pide calcular: a.6 lb/lb agua Problema 17..En el absorbedor que se muestra en la figura. Recuerde que No hay reacciones químicas.El flujo másico de la corriente de reciclo c. El producto inferior de la primera columna contiene 99 % en mol de xileno y nada de benceno.. se absorbe un 98 % del propano que se alimenta al absorbedor. Luis R.La cantidad de agua evaporada Agua evaporada 10000 lb/h de solución al 20 % KNO3 EVAPORADOR Solución al 50 % de KNO3 Cristales de KNO3 con 4 % de agua CRISTALIZADOR Solución saturada a 100 F Solubilidad 0. Problema 15. determine la composición en moles del Gas y del Líquido de Salida de la torre de absorción. Durante el proceso.. Tabule sus resultados.Una unidad de destilación que consta de dos columnas de destilación se alimenta con una mezcla líquida que contiene 30 % en mol de benceno (B). en esta corriente se recupera el 98 % del xileno alimentado. C 1000 lb/h HNO3 99 % H2O 1% A HNO3 60 % H2O 40 % Mg(NO3)2 55 % HNO3 H2O B Mg(NO3)2 72 % HNO3 11 % H2O 17 % HNO3 2 % H2O 98 % Problema 18. fibra Solvente limpio Pasta libre de aceite contiene 0. que tiene una relación pasta pura/agua de 10 : 1. Para cada tonelada de semillas crudas que se procesan. maravilla. en lb/h. para cada una de las corrientes del sistema y la composición de las mismas. copra. mezclando posteriormente esta masa diluida (C) con el resto de la pasta base (K) se obtiene la masa adecuada para la obtención de churros (D). se añade agua (A) a una fracción (40%) de la pasta base pura (B) utilizada. ajonjolí. 37 % de harina y 49 % de aceite. La masa se introduce en la freidora junto con aceite (F). Durante la etapa de extracción. Luis R. Cuando se usa algodón. ricino y lino.Por una modificación en un proceso de producción industrial de churros. colza. Solvente rico en aceite Semillas crudas Limpieza de semillas Semillas limpias Extracción por solvente Recuperación de solvente Aceite puro Cascarillas. determine las cantidades de aceite y de harina libre de aceite que se producen.En la concentración de HNO3 se sigue el proceso que se indica en la figura. 10 % de fibra. Este aceite es mayoritariamente recirculado del propio proceso (R). Larrea Colchado 6 . Sí se desea preparar 1000 lb/h de HNO3 al 99 %.Las fuentes de proteína de semillas oleaginosas incluyen soja. el análisis de la semilla de algodón es 4 % de cascarilla. confeccione una tabla con los flujos.5 % de solvente Solvente fresco Problema 19. algodón. en el Asignatura: Termodinámica Docente: Ing. Generalmente la separación del aceite de la pasta (harina) se efectúa mediante extracción con solvente. así como la cantidad de hexano que deberá recircularse a través de la unidad de extracción. maní. deben utilizarse 2 libras de solvente (hexano) por cada libra de semillas limpias. encuentre: a) La composición de la disolución restante (licor madre) b) Los gramos de cristales recuperados por cada 100 g de disolución inicial. Problema 21. Larrea Colchado 7 . Para que los churros no adquieran un mal sabor. de tiempo de residencia corto que operan a presiones menores que la atmosférica para reducir las pérdidas de los componentes de sabor y aroma.10 H2O. Luis R. Problema 20. el aceite que entra a la freidora (F) puede estar desnaturalizado en un 50% como máximo.Si 100 g de Na2SO4. el resto es aceite virgen (E) que se añade para mantener una relación aceite/masa de 10:1 en la entrada a la freidora.El jugo de naranja fresco consiste generalmente en 12% en peso de sólidos en solución Acuosa (% en peso). El proceso de concentración se efectúa en evaporadores de diseño especial. Como generalmente no pueden evitarse algunas pérdida de estos componentes. presentes en cantidades muy pequeñas y que son muy volátiles y sensibles al calor. b) Contenido en agua de la corriente C en base seca y en base húmeda. Determinar: a) Cantidad y composición de todas las corrientes involucradas en el proceso de fabricación de 100 kg de churros (I).5% del aceite virgen presente. En el proceso de fritura se desnaturaliza (estropea) el 37. por lo que del aceite extraído en continuo (H) sólo se puede recircular una fracción (R/P) para evitar la acumulación de aceite desnaturalizado. dichos sólidos son principalmente azúcares. se disuelven en 200 g de H2O y la disolución se enfría hasta que se separan por cristalización 100 g de Na2SO4.que se extraen en continuo los churros y el aceite (G). la práctica común es concentrar el jugo un Asignatura: Termodinámica Docente: Ing. 0. Luis R.3% de pectina. Supóngase que se utiliza 10% de la alimentación a dicho proceso para la reconstitución y que se opera al evaporador para obtener un jugo de descarga que contiene 80% de sólidos en solución. 80% grasa y 3% proteínas) Problema 24. La mezcla se homogeneiza y se concentra por evaporación hasta el 67%.En una fábrica de embutidos se mezcla carne de cerdo triturada con una pasta cárnica para la obtención de un producto “tipo pate” En qué proporción debería mezclarse la carne de cerdo y la pasta si se desea que el producto final (las salchichas) tengan un 25 % de grasa? ¿Cuál será su composición final? DATOS: Composición de la carne de cerdo (15%proteinas. donde se mezcla fruta triturada con azúcar en proporción en peso de 9 : 11. establecer el balance de masas y calcular la composición del producto final.5% de lactosa.5% de ceniza.Un suero sobrante de la elaboración del queso. Problema 23. adicionándose un 2. Si al proceso se alimentan 10000 lb/h de jugo fresco. 0.Para la fabricación de mermelada se emplea un evaporador. La solubilidad de la lactosa en agua es: Calcular la cantidad de lactosa obtenida al concentrar en un evaporador a vacío 1000 kg de suero a 60°C hasta obtener un 60% de sólidos.poco más de lo necesario y después agregar una pequeña cantidad de jugo fresco al concentrado para obtener un producto de mejor aroma y sabor. 20% grasa y 63% agua) Composición de la pasta base para salchichas (15% de agua. Asignatura: Termodinámica Docente: Ing. ¿Qué cantidad de agua se evaporará a partir de una fruta con un contenido en sólidos del14%? Todos los porcentajes dados son en peso. tiene la siguiente composición: 5. Larrea Colchado 8 . y enfriar después hasta 40°C durante semanas para que cristalice la lactosa. Problema 22.8% de proteína. La composición de sal y agua en la salmuera c. La cantidad de grasa de leche.Problema 25.El proceso para obtener mantequilla salada es mezclar la manteca vegetal cuya composición en peso es de 1. grasa vegetal y salmuera serán necesarios b. Si queremos producir 5000 kg/h de mantequilla determine: a. 0. 98. Se quiere obtener una mantequilla con 15.5% de agua. 80. Con la finalidad de obtener una mantequilla con proteínas se adiciona la grasa de la leche (26% grasa. Luis R.4% de sal y resto proteínas y cenizas. 36% proteína y el resto cenizas). El porcentaje de proteínas y cenizas en la mantequilla Asignatura: Termodinámica Docente: Ing.5% de grasa y una solución de salmuera.5% de grasa. 29. Larrea Colchado 9 .2% agua.7% de humedad.