UNIVERSIDAD CATOLICA DE LA SANTISIMA CONCEPCION

OPERACIONES UNITARIAS.

GUIA DE EJERCICIOS 1.

1.- En un proceso de destilacin se desea separar mediante una columna destilacin un

componente C de una mezcla. La columna se alimenta a razn de 100.000 Kg por hora con

una mezcla que contiene 70 % del producto A, 20 % del producto B y 10 % del producto C

en peso. El diseo de la torre permite recuperar el 85 % del producto C alimentado como

producto de cabeza. Precisamente el producto de tope tendr una composicin como la que

se muestra en el esquema adjunto.

a.- Cuales sern los caudales de las corrientes de tope y de fondo de la columna ?.

b.- Cuales sern la composiciones de los productos A, B y C en la corriente de fondo ?.

c.-Qu porcentaje del producto A alimentado saldr como producto de fondo de la torre ?.

2.- Debajo se muestra un diagrama de flujo de dos procesos unitarios continuos en estado

estacionario. Cada corriente contiene dos componentes, A y B, en diferentes proporciones.

Hay tres corrientes (1, 2 y 3) que no se conocen su flujo y/o su composicin. Calcular dichos

flujos y composiciones.

3.- Una mezcla de tres compuestos orgnicos; benceno (B), tolueno (T) y xileno (X), se

separa por destilacin fraccionada continua en dos torres de destilacin. En la primera se

obtiene como producto de tope el 80 % del benceno alimentado. La segunda torre se

alimenta con 1700 lb/h, de las cuales un 60 % sale como producto de tope. Calcule:

El flujo de alimentacin al sistema, en lb/h, y la composicin de ella.

La cantidad de benceno, lb/h, obtenido en la primera columna como producto de tope.

La cantidad de xileno obtenido en la segunda torre como producto de cola, en lb/h.

4.- La sal contenida en el petrleo crudo debe eliminarse antes de procesarlo en una

refinera. El petrleo crudo se alimenta a una unidad de lavado en la que agua dulce

alimentada a la unidad se mezcla con el petrleo y disuelve una porcin de la sal que

contiene. El petrleo (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. Si el agua de lavado gastada

contiene 15% de sal y el crudo contiene 5% de sal, determine la concentracin de la sal en

el producto de petrleo lavado si la razn petrleo crudo (con sal): agua que se usa es de

4: 1.

5.- Si 100 g de Na2SO4, se disuelven en 200 g de H2O y la disolucin se enfra hasta que se

separan por cristalizacin 100 g de Na2SO4.10 H2O, encuentre:

a) La composicin de la disolucin restante (licor madre)

b) Los gramos de cristales recuperados por cada 100 g de disolucin inicial.

6.- Un industrial que fabrica por primera vez alcohol para gasohol ha tenido ciertos

problemas con una columna de destilacin. La operacin se muestra en la figura anexa. Los

tcnicos creen que se pierde demasiado alcohol en las colas (desperdicio). Calcule la

composicin de las colas y la masa de alcohol que se pierde en ellas.

7.- En una columna de destilacin se separa una mezcla de 3 componentes consistente de:

7% de acetona, 61.9% de cido actico y 31.1% de anhdrido actico. La columna est

diseada de tal manera que la corriente de fondo no contenga acetona y el destilado

contenga 10% de acetona y 88% de cido actico. Si la columna opera de tal manera que el

60% de la corriente de tope retorna como reflujo, calcule todos los flujos suponiendo que las

composiciones son molares y se producen 700 mol/h de destilado.

8.- En el proceso mostrado a continuacin se alimentan 1000 mol/h de una mezcla formada

por 20% de metano, 20% de etano, 35% de propano y el resto de butano (% molares). Por

la corriente de fondo del primer separador sale etano, propano y butano. La corriente que se

obtiene como producto del mezclador contiene slo metano y etano. La corriente de fondo

del 2 separador contiene propano y butano; y la corriente intermedia de dicho separador

contiene slo etano y propano. Por la corriente 2 slo fluye metano. Si el 80% del etano en

la alimentacin es recuperado en la corriente 7 y la concentracin de propano en la corriente

5 es el 88% (porcentaje en masa), determine todos los flujos y composiciones del proceso.

9.- En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14% en peso de slidos

solubles, se mezcla con azcar (1,22 Kg Azcar/1,00 Kg fruta) y pectina (0,0025 Kg

pectina/1,00 kg fruta). Considere el azcar y pectina como slidos solubles. La mezcla

resultante pasa a un evaporador para producir una jalea con 67% en peso de slido soluble.

Calcule, para una alimentacin de 1000 Kg/h de fruta macerada, los Kg/h de mezcla

obtenida, los Kg/h de agua evaporada y los Kg/h de jalea producida.

10.- Una columna de destilacin separa 10000 kg/h de una mezcla 50% benceno y 50%

Tolueno (F). El producto D recuperado desde el condensador contiene 95% de benceno,

mientras que la corriente que sale por el fondo de la columna (W), contiene 96% de Tolueno.

La corriente de vapor V que entra al condensador es de 8000 kg/h. Una porcin de la salida

del condensador es devuelta a la columna (R), mientras que la otra es retirada como

producto (D). Determine el valor del cociente R/D a la salida del condensador.

11.- En el sistema de Absorcin Regeneracin mostrado, se pretende remover el H2S,

COS y CO2 de la corriente gaseosa. Para ello, una corriente de gas cido (1) es alimentada

en una columna de absorcin en contracorriente con Monoetanolamina (MEA) que acta

como solvente, obtenindose una corriente de tope libre de compuestos de azufre y con

0,5% de CO2. La corriente de fondo (3), es alimentada a un sistema de separacin con el

objeto de recuperar la mayor parte posible de la MEA. El sistema est diseado de tal

manera que el 70% del CO2 y el 80% del H2S que entra al sistema sale por la corriente (6) y

la relacin de MEA de reposicin: MEA recirculada a la torre de absorcin sea de . La

corriente (7) contiene slo MEA y la composicin de MEA en la corriente (5) es de 10%.

Sabiendo que todas las composiciones son msicas, determinar todas las composiciones de

todas las corrientes.

12.- Un secadero se alimenta con una suspensin acuosa de pulpa de papel, con un 6,7%

enpeso de slido seco. El slido que abandona el secadero contiene el 11% en peso de

agua.

Si el secadero elimina 75 000 kg/h de agua, cul ser la produccin diaria de pulpa de

papel con un 11% en peso de agua?

13.- 500 m3/h de aire hmedo (Ha = 0,042 mol agua/mol aire seco) se alimentan en una

torre de absorcin con el objetivo de eliminar el agua, de acuerdo con el esquema adjunto.

Calcular:

i) Los kg/h de H2SO4 del 98% necesarios.

ii) Los kg/h de H2SO4 del 72% alimentados en la torre de absorcin.

NOTA. Todos los porcentajes son en peso.

14.- La etapa final de la fabricacin de cido ntrico es una destilacin en la que la

concentracin de cido pasa del 60% al 99% en peso. El objetivo de la presencia de cido

sulfrico es disminuir la presin parcial del agua. Si no se aade sulfrico o algn otro

agente de accin similar, es imposible sobrepasar, por evaporacin, una concentracin de

ntrico del 68% en peso. Tomando como base de clculo 100 kg/h de cido ntrico

concentrado del 99%, calcular:

i) El caudal msico de agua que sale del evaporador.

ii) El caudal msico de cido sulfrico puro que est circulando.

iii) El caudal msico de alimentacin de cido ntrico diluido.

NOTA. Todos los porcentajes son en peso.

15.- El zumo de naranja natural (1) tiene un 12% en peso de slidos y el resto es agua. En

cambio, el zumo de naranja concentrado tiene un 42% en peso de slidos (5).

Para fabricar zumo de naranja concentrado (5) se utiliza el zumo de naranja natural (1) a 25

C, el cual se somete a un proceso de evaporacin en el que lamentablemente algunos

componentes voltiles que dan sabor al zumo se pierden con el agua evaporada (6). Para

resolver este problema se propone utilizar una derivacin (2) de parte del zumo fresco y, a la

vez, concentrar el zumo hasta un 58% en el evaporador (4).

Esta corriente, que sale a la misma temperatura que el agua evaporada, se rene con la de

derivacin y da lugar al zumo concentrado final (5), con un 42% en slidos, que se destina al

consumo y que sale a la temperatura de 60 C. Partiendo de 100 kg/h de zumo de naranja

natural (1), determinar los caudales y composiciones de todas las corrientes del sistema.

16.- Aire a 1 atm, 35 C y 90% de humedad ha de acondicionarse a 24 C y 60% de

humedad,

enfriando parte del aire hasta 10 C y mezclndolo con aire algo ms caliente (ver el

esquema adjunto). La mezcla resultante aumenta su temperatura hasta 24 C y se obtienen

30 m/min de aire en las condiciones de salida. Calcular el caudal volumtrico del aire

hmedo a la entrada (q1), el caudal de agua (kg/min) retirado por condensacin y el

porcentaje de aire de entrada que utiliza la derivacin (w2/w1).

ELN/10.03.14.