1. Una corriente de 1000mol/h, disponible con la siguiente

composición (todos los porcentajes en mol).

20% propano (C3 )

30% isobutano (i-C4 )

20% isopentano (i-C5 )

30% pentano (C5 )

se va a separar por destilación en dos fracciones. Se desea que el

destilado contenga todo el propano que entre a la unidad, así como

el 80% del isopentano alimentado; su composición de isobutano

deberá ser de 40%. La corriente de fondo deberá contener todo el

pentano normal que se alimente a la unidad. Completar la sig. tabla:

Compuesto Alimentacion

(mol/hr)

Destilado

(mol/hr)

Fondo

(mol/hr)

Propano

Isobutano

Isopentano

Pentano

Total

GRADOS DE LIBERTAD (G.L.)

Son un indicador sencillo para identificar los casos en los que probablemente el

problema de balance de materia no producirá una solución. Se definen de la

siguiente forma:

G.L. =

número total de variables de corriente independientes

- numero total de ecuaciones de balance independientes

- numero total de variables de corriente independientes que se

especifiquen

- numero total de relaciones adicionales

Si los G.L. son una cantidad positiva, se dice que el problema está subespecificado,

y no es posible obtener todas las variables desconocidas.

Si los G. L. son una cantidad negativa, entonces el problema está sobreespecificado,

por lo que deberá descartarse información redundante (posiblemente

inconsistente), para obtener una solución única.

Sin los G.L. son cero, entonces el problema esta especificado correctamente, o sea

el numero de variables desconocidas corresponde exactamente al numero de

ecuaciones disponibles.

1. El flujo de alimentación a una unidad que consiste en dos columnas

contiene 30% de benceno (B), 55% tolueno (T) y 15% de xileno (X). Se

analiza el vapor de destilado de la primera columna y se encuentra que

contiene 94.4% de B, 4.54% de T y 1.06% de X. Los fondos de la primera

columna se alimentan a la segunda columna. En esta segunda columna, se

planea que el 92% del T original cargado a la unidad, se recupere en la

corriente de destilado, y que el T constituya el 94.6% de la corriente. Se

planea además que 92.6% del X cargado a la unidad se recupere en los

fondos de esta columna y que el X constituya el 77.6% de dicha

corriente. Determine :

a) dibujar el diagrama del proceso

b) realizar el análisis de grados de libertad

c) calcular las composiciones de todas las corrientes que salen de la

unidad

d) calcular la recuperación porcentual de benceno en la corriente de

destilado de la primera columna

BALANCE EN EQUIPOS MULTIPLES

2. Dos mil kilogramos por hora de toronjas, conteniendo 15% de sólidos, se alimentan a un equipo de extracción, obteniéndose por una parte un jugo con 12% de sólidos y por otra cáscaras con 17.55% de sólidos. Las cáscaras pasan a otro extractor donde se obtiene un líquido con 12 % de sólidos y una pulpa con 25% de sólidos. El líquido se evapora obteniéndose mezclas cítricas de solidos (72%) y agua. Mientras que la pulpa se seca para dar pulpa cítrica final conteniendo 10% de humedad. De acuerdo con esta información, calcular el flujo de todas las corrientes de salida en kg/h.

3. El jugo de naranja fresco contiene 12% en peso de solidos y el resto agua, y el jugo de naranja concentrado contiene 42% por peso de sólidos. Al principio se usaba un solo proceso de evaporación para concentrarlo, pero los constituyentes volátiles del jugo escapaban con el agua, y el concentrado perdia sabor. El proceso actual resuelve este problema derivando (bypass) una fracción del jugo fresco antes del evaporador. El jugo que entra al evaporador se concentra hasta 58% en peso de solidos y la corriente de producto del evaporador se mezcla con la corriente derivada de jugo fresco hasta que logre la concentración deseada. Estime la cantidad de producto obtenido por cada 100 kg de jugo fresco alimentados al proceso. Asi como todas las cantidades en todas las corrientes en kg.

4.En un proceso en el que se produce KNO3 se

alimentan 1000 kg/h de una disolución que

contiene 20% en peso de KNO3. Esta disolución

entra a un evaporador que elimina parte del

agua para producir una disolución al 50% de

KNO3. Esta última se introduce a un

cristalizador donde se obtienen cristales con

96% en peso de KNO3. Las aguas madres salen

con 37.5% de KNO3 y se recirculan al

evaporador. Calcular la cantidad de corriente

recirculada y la cantidad de cristales producidos.

5. Para la extracción de aceite de algodón usando hexano como

solvente, se alimentan semillas de algodón (cascarilla: 4%; fibra:

10%; harina: 37%; aceite: 49%) a un equipo de limpieza donde la

cascarilla y la fibra se separan del resto de la semilla. Las semillas

limpias entran en un extractor donde deben utilizarse dos libras

de solvente por cada libra de semillas. Del extractor salen dos

corrientes: una de harina libre de aceite conteniendo 0.5% de

solvente; y otra de solvente rico en aceite. Esta última corriente

se alimenta a un equipo donde el solvente y el aceite se separan

completamente, siendo el solvente retroalimentado al extractor.

Por otra parte, el extractor es continuamente alimentado con

una pequeña cantidad de solvente. Para cada tonelada de

semillas crudas que se procesan, determinar las cantidades de

aceite y harina libre de aceite que se producen, así como la

cantidad de solvente que deberá recircularse a través de la

unidad de extracción, en kilogramos.

6. Considérese una torre de absorción a la que se alimenta una

corriente que contiene 30% de CO2, 10% de H2S y un gas inerte. Esta

corriente se lava para remover el H2S y el CO2, utilizando un

solvente que absorbe selectivamente dichos compuestos. De la torre

salen dos corrientes: la de gas inerte con algo de CO2 (1%) y la de

solvente conteniendo el CO2 y el H2S extraídos. Esta última

corriente se alimenta a una unidad de destilación flash, en donde se

reduce la presión y se genera la separación de CO2, H2S y algo de

solvente como una corriente de vapor y una solución conteniendo

solvente CO2 y H2S. Esta solución se divide, regresando la mitad a la

torre de absorción y enviando el resto a un agotador. En el agotador

se reduce más la presión para dar una corriente de destilado que

contiene 30% de solvente y cantidades desconocidas de CO2 y H2S.

La corriente de fondos del agotador que es solvente puro, se

recircula a la torre de absorción después de mezclarla con algo de

solvente puro adicional, siendo esta mezcla el único solvente

alimentado a la torre. Supóngase que la solución de alimentación al

agotador contiene 5% de CO2 y que el vapor del destilador flash

contiene 20% de solvente. Supóngase además que el destilador flash

se opera de manera que 25% del CO2 y 15% del H2S en la corriente

de alimentación a la torre de absorción se eliminan en el domo de

este destilador. Calcular el flujo de todas las corrientes del sistema

para una alimentación de 1000 kg/h a la torre de absorción.

7. El tren de separación de cuatro unidades que se muestra en la figura ha sido diseñado para separar una alimentación de hidrocarburos que contiene 20% de CH4,(C1) 25 % de C2 H6, (C2) 40% de C3 H8 (C3) y el resto de C4 H10 (C4) (todos en % mol).Calcular los flujos de todas las corrientes, suponiendo que la recirculación a la unidad 1 es 50% de los fondos de la unidad II.

Considere una columna de destilación en la cual una

parte de la corriente de destilado se recircula a la torre

de destilación. Supóngase que la columna se utiliza para

separar una mezcla de tres componentes, que consiste

de 7% de acetona, 61.9% de ácido acético y 31.1% de

anhidro acético. Se diseña a la columna para que

produzca una corriente de fondos que no contenga

acetona, y un destilado que contenga 10% de acetona y

88% de ácido acético. Si se opera a la columna de

manera que se regrese como reflujo (recirculación) 60%

del vapor desprendido por la parte superior. Calcular

todos los flujos suponiendo que todas las

composiciones son porcentajes en mol y que se van a

producir 700mol/hr de destilado.