TPR16ex1-solucion-y-enunciado

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: TECNOLOGÍA DE PROCESOS 
EXAMEN ÚNICO 
Martes 27 de septiembre de 2016 Hora: 3:00 p.m. 
Duración: 3 h Nombre: _____________________________________________ 
 
 
 
PARTE TEÓRICA (máx. 25 min) 
 
SIN LIBROS, APUNTES NI CALCULADORA. NINGÚN OTRO MATERIAL. 
 
RESPONDER EN ESTA MISMA HOJA y devolverla. Puede usar ambas caras. 
 
 
1. Para las operaciones unitarias de a) evaporación, b) secado, y c) lixiviación, responda las siguientes preguntas 
(en un cuadro resumen): i) principio; ii) flujos entrantes y salientes indicando fase; iii) componentes y cuál(es) 
se transfieren de cuál a cuál fase; iv) cambios de estado (3p) 
 
2. Defina en una línea, cada término: 
a) Operación unitaria 
b) Proceso unitario 
c) Sistema cerrado 
d) Proceso semi-continuo (2p) 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: TECNOLOGÍA DE PROCESOS 
EXAMEN ÚNICO 
Martes 27 de septiembre de 2016 Hora: 3:00 p.m. 
Duración: 3 h Nombre: _____________________________________________ 
 
 
 
PARTE PRÁCTICA (máx. 2 h 45 min) 
 
SIN LIBROS NI APUNTES. CON CALCULADORA. CON COPIAS DE LAS DIAPOSITIVAS Y LA SERIE DE TABLAS 
DEL CURSO, SIN ANOTACIONES. CON FORMULARIO DE UNA PÁGINA. 
 
DEBERÁ DEVOLVER EL DIAGRAMA DE HUMEDAD DEL AIRE DONDE HA REALIZADO SUS CÁLCULOS. 
 
 
1. Considere una operación de lixiviación de café tostado y molido, como parte de un proceso de fabricación de 
café instantáneo en polvo. 
 
Se trabaja con 50 ton/h de café tostado y molido, con 13% de sólidos solubles y 7% de humedad. Como 
solvente, se usa agua a 90 °C. Los extractos están exentos de cualquier sólido insoluble. Los sólidos 
embebidos de café (torta) presentan en todos los casos una relación de imbibición equivalente a 0,35 kg de 
solución / kg sólidos insolubles, es decir (xa+xc)/xb. 
 
El material sólido es sometido a la lixiviación con agua en dos etapas consecutivas. En cada etapa se usa una 
cantidad de solvente que es el doble del flujo másico del material sólido entrante a dicha etapa. Los extractos 
de ambas etapas se mezclan, y este extracto combinado se someterá a un secado por atomización en la 
pregunta 2. 
 
a) Mediante balances de materia, calcule los flujos (kg/h) y las composiciones de los extractos y de las tortas de 
cada etapa de extracción. Ordene sus respuestas en un cuadro resumen. (6p) 
2. El extracto combinado resultante de la lixiviación de la pregunta 1, se somete a una evaporación, para 
aumentar su concentración hasta 45% de sólidos solubles. Si para ello se usa un evaporador simple que 
trabaja a 80 °C y con vapor de calentamiento de 120 °C, calcule: el flujo de extracto concentrado y la economía 
del evaporador. (4p) 
 
3. El extracto una vez concentrado que resulta de la pregunta 2, se somete a un secado por atomización para 
obtener el café instantáneo en polvo, con apenas 1% de humedad. El secador opera con reciclo parcial del aire 
y con las siguientes condiciones: Aire ambiente: 30 °C, humedad 0,01 kg agua/kg aire seco. Aire entrante en la 
cámara de secado: T = 110 °C, Tr = 40 °C. Aire saliente de la cámara de secado: T = 60 °C. Calcule el flujo 
del aire de secado, la potencia calorífica para calentar el aire, en kW. Calcule la relación de reciclo (kg de aire 
reciclado / kg de aire saliente de la cámara de secado) y la relación de mezcla: aire fresco / aire reciclado. Esta 
pregunta puede resolverla con fórmulas y/o con diagrama de humedad del aire. (5p) 
 
4. De un reactor sale 200 L/min de una mezcla gaseosa a 1 atm y 25 oC con la siguiente composición molar: 
H2: 17,6% CO: 28,0% CH4: 23,5% H2O: 23,5% N2: 7,4% 
El metano y el agua son los productos de la reacción, mientras que el nitrógeno es un inerte que ingresa junto 
con los reactivos. La alimentación consiste de CO, H2 y N2. Realizando un balance de materia por elemento 
químico, calcule: 
a) El flujo (kg/min) y composición de la alimentación (4p) 
b) El grado de conversión del CO (1p) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cálculo de T en A’: