Taller 3 AGL Estudiantes FAV

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA EstequiometríaProfesor: FREDY AVELLANEDA VARGAS

Taller # 3 ANALISIS DE GRADOS DE LIBERTAD (AGL)

1. A menudo puede recuperarse un soluto de una solución mediante el uso de un segundo solvente que sea inmiscible en la solución, pero que disuelva al soluto. A este tipo de proceso de separación se le llama extracción por solvente. En el sistema que demuestra la siguiente figura, se separa benceno de una corriente de refinería que contiene 70% (en masa) de benceno en una mezcla de hidrocarburos parafínicos y de nafteno, mediante SO 2

líquido. Cuando se utilizan 3 Lb SO2 por 1 lb de alimentación al proceso, se obtiene una corriente residual, o refinado, que contiene (fracción masa) de SO2 y el resto benceno, algo de SO2 y aproximadamente ¼ Lb de benceno por 1 Lb de hidrocarburos diferentes del benceno. Bajo estas condiciones, ¿Cuál es el porcentaje de recuperación del benceno (Libras de benceno en el refinado por libra de benceno en la alimentación)?

2. En la producción de aluminio a partir del mineral de bauxita, un paso crucial es la separación de la alúmina de las impurezas minerales. En el proceso Bayer, esto se logra mediante el tratamiento de bauxita con NaOH en solución, para producir NaAlO2. Debido a que el NaAlO2 es soluble en agua, pero no los componentes residuales del mineral de bauxita, puede obtenerse una separación dejando asentar dichos minerales y decantando la solución acuosa de NaAlO2 y NaOH que no reacciono. Para recuperar algo más del NaAlO2 que quedo en la solución atrapada entre los sólidos asentados, se lava este “lodo” repetidas veces con agua, se deja asentar y se decanta el agua de lavado. La siguiente figura muestra una etapa de este proceso de lavado y asentamiento:

Solvente SO2

Refinado (pobre en componentes que no son benceno)

Corriente de la refinería

Extracto (rico en componentes que no son benceno)

Lodo LavadoTanque de sedimentación

Solución decantada

Agua de lavado

Tanque de lavado

Lechada



3. Considérese un tren de separación formado por dos columnas de destilación que se han diseñado para separar una mezcla de benceno, tolueno, y xileno, en tres corrientes, cada una con uno de los tres componentes en composición predominante. La siguiente figura muestra el diagrama del sistema con los componentes que contiene cada corriente.

Dado un flujo de almacenamiento de 1000 lb/h de una mezcla que consiste de 20% de benceno, 30% de tolueno y el resto xileno (todos los porcentajes en mol), en la primera unidad se obtiene un producto de fondos con 2.5% de benceno y 35% de tolueno y un producto de destilado de 8% de benceno y 72% de tolueno en la segunda unidad. Determinar la cantidad de material que procesara cada unidad y la manera en que se dividirá este material entre las corrientes de salida.

4. Considérese un divisor de flujo que divide a una corriente que contiene malta, lúpulo y agua, en tres ramales, como lo muestra la siguiente figura. Supóngase que la composición (como porcentaje en masa) de la corriente de entrada es 20% de malta, 10% de lúpulo y el resto agua. Además, se regula a los flujos de los ramales de manera que

y . Si , ¿Cuáles serán los flujos de cada una de las

ramales?

5. Las columnas de destilación por etapas son dispositivos que separan materiales volátiles mediante la ebullición de los componentes más volátiles. Para que ocurra una adecuada separación, estos dispositivos requieren de la condensación de por lo menos una parte del

Benceno

Tolueno

XilenoBenceno

Tolueno

Xileno Tolueno

Xileno

Benceno

Tolueno

Xileno

Benceno

Tolueno

Colu

mna

II

Colu

mna

I

Malta Lúpulo Agua



vapor de salida, para regresarlo a la columna. Es necesario hacerlo para asegurar la coexistencia de ambas fases (líquido y vapor) a través de toda la columna.

Considérese el sistema de recirculación formado por una columna de destilación y su condensador, que se muestra en la siguiente figura. Para propósitos del balance de materia, podemos ignorar al condensador, ya que este simplemente produce un cambio de fase en la corriente; no afecta a la masa ni a la composición. Supóngase que en la columna se utiliza para separar una mezcla de 3 componentes, que consiste en 7% acetona, 61.9% ácido acético y 31.1% de anhídrido 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 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 700 mol/h de destilado.

6. El jugo de naranja fresco consiste generalmente de 12% de solidos en solucion acuosa (porcentaje en masa); dichos solidos son principalmente azucares. Para reducir los costos de traslado, a menudo se concentra el jugo antes de embarcarse y luego se reconstituye al llegar a su destino. El proceso de concentracion se efectua en evaporadores de diseño especial, de tiempo de residencia corto, que operan a presiones menores a la atmosferica para reducir las perdidas de los componentes de sabor y aroma, presentes en cantidades muy pequeñas y que son muy volatiles y sencibles al calor. Como generalmente no pueden evitarse algunas perdidas de estos componentes, la practica comun es concentrar el jugo un poco mas de los necesario, y despues agregar una pequeña cantidad de jugo fresco al concentrado para obtener un producto de mejor aroma y sabor. Supongase que se utiliza 10% de la alimentacion a dicho proceso para la reconstitucion, y que se opera al evaporador para obtener un jugo de descarga que contiene 80% de solidos en soluciones.

Fondos

Alimentación

Destilado



Si al proceso se alimentan 10000 lb/h de jugo fresco, calcular la razon de evaporacion de agua y la composicion del producto final.

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