TPR19p1-solucion

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: TECNOLOGÍA DE PROCESOS 
PRÁCTICA CALIFICADA Nº 1 
Martes 3 de septiembre de 2019 Hora: 1:00 p.m. 
Duración: 1 h 45 min Nombre: _________________________________ 
 
SIN LIBROS NI APUNTES. CON CALCULADORA. 
SE PERMITE USO DE TABLAS Y DIAPOSITIVAS IMPRESAS DEL CURSO, SIN ANOTACIONES. 
 
 
1. Considere un proceso de producción de harina y aceite de pescado, según se describe a continuación. 
Elabore un diagrama de flujo para este proceso, de modo completo y ordenado. Use el nombre 
apropiado de las operaciones unitarias involucradas. Tenga en cuenta los flujos de subproductos propios 
de las operaciones unitarias estudiadas, aunque en la descripción no se mencionen. (8 p) 
 
Entran a la fábrica 20 toneladas por hora de pescado, con 60% de agua y 8% de grasa. Luego éste es 
cocinado con vapor directo (se mezcla con el pescado), en un cocinador continuo, donde su humedad sube 
a 75%. A continuación entra a una prensa de tornillo (screw press), de la cual salen dos flujos: uno llamado 
"torta de prensa" que tiene 25% de humedad y 5% de grasa, y otro llamado "licor de prensa" con 2% de 
sólidos de pescado (tamaño de partícula mayor a 1 mm), y una mezcla líquida emulsionada de agua y 
aceite. 
 
La torta de prensa entra a un secador rotatorio, donde se seca hasta un 10% de humedad. El aire caliente 
para el secado se obtiene con un quemador de gas natural. Finalmente, los sólidos salientes del secador 
se desintegran en un molino de martillos, y esto constituye la "harina de pescado simple". 
 
Una vez que el licor de prensa ha pasado por un filtro continuo, donde se separan los sólidos, el líquido 
pasa a una centrífuga, donde se logra recuperar toda la grasa (a esto se le conoce como "aceite crudo de 
pescado"), y se obtiene otra corriente llamada "agua de cola" con 0% de sólidos y 7% de materia soluble 
(generalmente proteínas). 
 
El agua de cola (a 30 ºC) se somete a una concentración en un evaporador, hasta alcanzar 45% de materia 
soluble. El evaporador trabaja a una presión de 0,7 bar, y se calienta con vapor indirecto. El "agua de cola 
concentrada" se recircula e inyecta a la torta de prensa justo antes del secado. 
 
Nota: Cuando se menciona “aceite” o “grasa”, se refiere al mismo componente. 
 
2. En un hipotético proceso para la preparación de yoduro de metilo, se hacen reaccionar 2000 kg/día de 
ácido yodhídrico con un exceso de metanol: HI + CH3OH  CH3I + H2O. Si el producto contiene 81,6% en 
peso de CH3I junto con metanol sin reaccionar, y el residuo contiene 82,6% de ácido yodhídrico y 17,4% 
de H2O, calcule, suponiendo que la reacción se completa en un 40% en el reactor: a) el flujo de metanol 
alimentado por día (3 p); b) el flujo másico de HI recirculado (5 p) 
 
 
 
 
 
 
 
3. Haga un análisis descriptivo de las siguientes operaciones unitarias, tal como se explicó en los ejemplos 
de clase. (4 p) 
Deberá incluir para cada una: un diagrama de flujo de bloque de dicha operación (flujos entrantes y 
salientes); fases y componentes en cada flujo; componente(s) que se transfiere(n) y sentido de la 
transferencia; nombre del cambio de estado, si fuese el caso. Como se trata de una descripción genérica, 
se pide asignar letras mayúsculas a flujos y minúsculas a los componentes, y colocar el significado de cada 
letra. 
 
a) Destilación 
b) Secado 
c) Lixiviación 
d) Absorción 
 
 
 
 
 
2) En un hipotético proceso para la preparación de yoduro de metilo, se hacen reaccionar 2000 kg/día de 
ácido yodhídrico con un exceso de metanol: HI + CH3OH  CH3I + H2O. Si el producto contiene 81,6% en 
peso de CH3I junto con metanol sin reaccionar, y el residuo contiene 82,6% de ácido yodhídrico y 17,4% 
de H2O, calcule, suponiendo que la reacción se completa en un 40% en el reactor: a) el flujo de metanol 
alimentado por día (3 p); b) el flujo másico de HI recirculado. 
 
Balance General 
 
  F + M =P + W    ‐>  2000 + M = P + W ……………. (I) 
 
Peso (g/mol) 
 
  CH3OH = 32 g/mol    /    HI = 128.9 g/mol    /     CH3OH = 142.9 g/mol     /     H2O = 18 g/mol 
 
Balance parcial (en moles)  
 
[C]:    M*1 (1/32) = P*0.816 (1/142) + P*0.184 (1/32) ……………… (II) 
[I]:     2000*1 (1/128) = P*0.816 (1/142) + W*0.826 (1/128) ……. (III) 
[0]:   M*1* (1/32) = P*0.184 (1/32) + W*0.174 (1/18) …………….. (IV) 
[H]:   2000 (1/128) + M (4/32) = P*0.816 (3/142) + P*0.184 ( 4/32) + W*0.826 (1/128) + W*0.174 (2/18) 
 
Despejando: 
  De (II):     P = 2.7182M 
  De (III):    W = 2421.3 – 0.89P 
  Reemplazando en (I):         2000 + M = 2.7182M + 2421.3 – 0.89 (2.7182M) 
          M= 601 kg/día 
          P = 1634 kg /día 
             
Balance interno del reactor (cantidad de HI reciclado, R) sabiendo que la reacción se completa al 40%: 
 
2000
128
∗ 0.4 	
	 0.816
142
	
1634 ∗ 0.816
142
 
            R = 1004.72 kg/día 
   
 
 
3) Haga un análisis descriptivo de las siguientes operaciones unitarias, tal como se explicó en los ejemplos 
de clase. (4 p)  
Deberá  incluir  para  cada  una:  un  diagrama  de  flujo  de  bloque  de  dicha  operación  (flujos  entrantes  y 
salientes);  fases  y  componentes  en  cada  flujo;  componente(s)  que  se  transfiere(n)  y  sentido  de  la 
transferencia; nombre del cambio de estado, si fuese el caso. Como se trata de una descripción genérica, 
se pide asignar letras mayúsculas a flujos y minúsculas a los componentes, y colocar el significado de cada 
letra. 
 
   
   
 
 
 
 
   
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
Características: 
 2 fases 
 2 componentes (o más) 
Fases: 
 F: fase líquida, entrada 
 V: fase vapor, salida 
 L: fase líquida, salida 
Componentes: 
 a: más volátil 
 b: menos volátil 
DESTILACIÓN 
F 
za    zb
V 
ya    yb 
L 
xa    xb 
Q 
‐ Se transfiere a y b de F a V 
‐ Cambio de estado:  líquido  ‐> vapor, evaporación 
tanto de a como b 
‐  a  por  ser  más  volátil  se  transfiere  en  mayor 
cantidad que b 
 
 
 
 
 
 
 
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SECADO 
F 
za    zb
W 
ya=1 
S 
xa    xb 
Q 
SECADO 
F
A 
Aire seco 
S 
Q 
LIXIVIACIÓN 
SO 
za    zb
LO 
yco   
L1 
ya1    yc1 
A’ 
Aire húmedo 
Fases: 
 F: fase sólida, entrada 
 W: fase vapor (agua), salida 
 S: fase sólida (más seco), salida 
Componentes: 
 a: componente volátil, generalmente 
agua 
 b: sólidos no volátiles 
S1 
xa1   xb1   xc1 
Fases: 
 SO: fase sólida, entrada 
 S1: fase sólida, salida bagazo o torta 
 LO: fase líquida, entrada solvente 
 L1: fase líquida, salida extracto 
Componentes: 
 a: soluble 
 b: no soluble 
 c: solvente 
‐ Se transfiere solo a de F a W 
‐ Cambio de estado: líquido ‐> vapor solo de a 
‐ Se transfiere solo a de So a L1 
‐ Se transfiere algo de c de Lo a S1 
‐ NO HAY CAMBIOS DE ESTADO 
 
 
 
ABSORCIÓN 
GO 
za  zb 
LO 
xoc 
L1 
x1a   x1c 
G1 
y1b 
Fases: 
 GO: fase gaseosa, entrada mezcla de 
gases 
 G1: fase gaseosa, salida gas sin a 
 LO: fase líquida, entrada absorbente 
 L1: fase líquida, salida líquido con gas 
a absorbido 
 
Componentes: 
 a: gas que se disuelve 
 b: gas que no se disuelve 
‐ Se transfiere solo a de Go a L1 
‐ NO HAY CAMBIOS DE ESTADO