Taller 1

Taller #1. Balance de materia y energía
Facultad de Ingeniería
Universidad de La Sabana.

Punto 1: En una instalación de secado se introduce material con un peso de inertes (sólidos secos) de 10 kg, cuyo contenido de humedad es de 1,562 kg agua/kg sólido seco, secándose hasta una humedad de 0,099 kg agua/kg sólido seco. Por cada kg de sólido seco que atraviesa el secador, se introduce 52,5 kgde aire húmedo en la cámara de secado. El aire que sale de dicha cámara tiene una humedad absoluta de 0,0525 kg agua/kg de aire seco. ¿Qué cantidad de aire se recirculará si el aire ambiente en el lugar donde está instalado el secador tiene una humedad absoluta de 0,0152 kg agua/kg aire seco?

Punto 2: Se procesa una mezcla de alcohol y acetona (que contiene 30% de alcohol) con lavados sucesivos deagua para eliminar el alcohol. El agua de lavado utilizada contiene 3% en alcohol. El agua y la acetona son mutuamente insolubles. La distribución del alcohol (A) entre las corrientes de acetona (K) y agua (w) está dada por:



a. Si se utiliza 125 lb de la corriente 2 por cada 300 lb de mezcla de alimentación, calcule la composición de la corriente 4 después de un lavado.
b. Si se repite ellavado con 120 lb en cada etapa ¿Cuántos lavados se necesitan para eliminar el 95% del alcohol original? Estime las fracciones de cada uno de los componentes por etapa.

Punto 3: El ácido benzoico se puede extraer a partir de una disolución acuosa diluida mediante una extracción con disolvente benceno en una sola etapa de equilibrio. La velocidad de alimentación a la unidad es 10000 kg/h y ladisolución de alimentación contiene 0.02 kg de ácido benzoico/kg de agua. El benceno es ligeramente soluble en agua, así que la corriente de refinado rica en agua contendrá 0.07 kg de benceno por kg de agua. Puede suponerse que la corriente de extracto rica en benceno no contiene agua. El ácido benzoico estará en presente en el refinado y extracto, y se distribuirá entre éstos como:



Suponga que elácido benzoico extraído en el benceno cuesta $1.35/kg y que el benceno fresco cuesta $0.03/kg. Calcule el beneficio neto en función de la velocidad de flujo del benceno y seleccione la velocidad de flujo óptima del benceno.

Punto 4: La penicilina y otros antibióticos a menudo se separan de los caldos de fermentación acuosa por extracción con acetato de amilo. El coeficiente de distribución KD=9.0,donde y=KDx con y=concentración de penicilina en acetato de amilo (g/L) y x= concentración de penicilina en corriente acuosa. Ambos disolventes son insolubles entres sí, y las concentraciones son tan bajas que los cambios de densidad o volumen son insignificantes. Un lote producto de fermentación común es de 5000 L de disolución acuosa, incluyendo 2g/L de penicilina y muchos compuestos no deseadosque afortunadamente no son solubles en el acetato de amilo. La meta es recuperar el 95% de penicilina.
a) Si la recuperación se hace en un proceso por lotes de una sola etapa ¿Cuántos litros de acetato de amilo serán necesarios?
b) Se tiene un tanque de 7000 L sin usar. La idea es poner 5000 L de caldo en el tanque, agregar el disolvente hasta llenar, equilibrar, después separar el disolvente(dejando el caldo en el tanque) ¿Cuántas veces se necesitaría llenar/sacar el disolvente para cumplir nuestros requerimientos de recuperación?
Punto 5: Una disolución que contiene 6,2% mol de etanol, 5.4% mol de ácido acético y agua se alimenta a un separador a razón de 300 kg/h. El separador opera en régimen permanente. Tres corrientes de producto salen del separador. Un 94% del etanol alimentado alseparador sale en la corriente A y 4% sale en la corriente B. El 85% del ácido acético sale en la corriente B y 10% en la corriente A. El 70% del agua alimentada sale del separador en la corriente C, y 15% en cada una de las corrientes A y B. Calcular la velocidad de flujo en kg/h y la composición másica de las tres corrientes de productos. Realice el diagrama respectivo y un análisis DOF para...