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• Sheslly Pozo

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3.76. En la figura P3.76 se muestra un diagrama de flujo simphficado de la fabricación de azúcar. La caña de azúcar se alimenta a un molino donde se extrae jarabe por trituración; el “bagazo” resultante contiene 80% de pulpa. El jarabe (E) que contiene fragmentos finamente dividido sde pulpa se alimenta a una malla que separa toda la pulpa y produce un jarabe transparente (H) que contiene 15% de azúcar y 85% de agua. El evaporador produce un jarabe “pesado” y el cristalizador produce 1000 lb/h de cristales de azúcar. a) Determine el agua eliminada en el evaporador en lb/h b) Determine las fracciones de masa de los componentes del flujo de desecho G c ) Determine la tasa de alimentación de caña de azúcar a la unidad en Ib/h dj Del azúcar que entra con la caña, ¿que porcentaje se pierde con el bagazo? e ) iEh ésta una operación efkiente?.Explique por qué sí o por qué no

3.77 El hidróxido de sodio por lo regular se produce a partir de la sal común por electrolisis. Los elementos esenciales del sistema se muestran en la figura P3.77. a) ¿Cuál es el porcentaje de conversibn de sal en hidróxido de sodio? b) ¿Cuánto cloro gaseoso se obtiene por cada libra de producto? c ) LCuánta agua debe eliminarse en el evaporador por cada libra de producto?

3.80 En una máquina de papel sanitario, una vez que se elimina el agua del papel en las diversas etapas, ésta se devuelve para transportar más pulpa (85% fibra) a través del sistema. Véase la ,,: figura P3.80. Calcule las cantidades de fibra desconocidas (todos los valores de la figura están en kg) en kg.

3.81. Examine la frgura P3.81. LA cuanto asciende el flujo de reciclaje en kg/h?

3.82 Se desea desalinizar agua de mar por ósmosis inversa empleando el esquema que se indica en la figura P3.82. Utilice los datos que se dan en la figura para determinar: a ) La tasa de eliminación de salmuera de desecho (B) b) La velocidad de producción de agua desalinizada (llama& agua potable) (II) c ) La fracción de la salmuera que sale de la celda de ósmosis (que actúa en esencia como un separador) que se recicla.

3.84. La ultrafiltración es un método para limpiar los flujos de entrada y de salida de diversos procesos industriales. El atractivo de la tecnología es su sencillez, pues basta con instalar una membrana a través de un flujo para separar físicamente materiales indeseables como aceite, suciedad, partículas metálicas, polímeros y similares. El truco, por supuesto, es encontrar la membrana apropiada. El material de separación tiene que satisfacer un difícil conjunto de condiciones. Tiene que ser muy delgado (de menos de una micra) y altamente poroso, aunque lo bastante fuerte para resistir mes tras mes fuertes esfuerzos de flujo del líquido, pH, abrasión de partículas, temperatura y otras características de operación de las plantas. Un sistema comercial consiste en módulos estándar formados por haces de tubos de carbono poroso recubiertos internamente con una serie de composiciones inorgánicas patentadas. Un módulo estándar tiene seis pulgadas de diámetro y contiene 15 1 tubos de 4 pies de largo cada uno, con un área de trabajo total de 37.5 pies cuadrados y una producción diaria de 2,000 a 5,000 galones de filtrado. El diámetro óptimo de los tubos es de cerca de 0.25 pulgadas. Un sistema probablemente durará dos o tres años antes de que sea necesario cambiar los tubos por un exceso de acumulación de residuos sobre la membrana. Una limpieza química automática y periódica de los haces de tubos forma parte del funcionamiento normal del sistema. Al pasar por el filtro, la concentración de aceites y suciedad en el flujo de salida se incrementa en un factor de 20 respecto a la del flujo que entra. Calcule la tasa de reciclaje en galones por día (g.p.d.) para la configuración que se muestra en la figura P3.84 y calcule la concentración de aceite y suciedad en el flujo que va al proceso. Los valores encerrados en círculos en la figura corresponden a las concentraciones conocidas de aceite y suciedad.

4.3. Una mezcla liquida de benceno y tolueno contiene 55.0% de benceno en masa. Parte de la mezcla se va a evaporar para generar un vapor que contenga 85.0% de benceno y un líquido residual con 10.6% de benceno en masa. (a) Suponga que el proceso se va a efectuar de manera continua y en estado estacionario, con una velocidad de alimentación de 100.0 kg/h de la mezcla al 55%. Sean ;»v(kg/h) y ///1(kg/h) las velocidades de flujo másico de las corrientes de producto gaseoso y líquido, respectivamente. Dibuje y marque el diagrama de flujo del proceso, y después escriba y resuelva el balance de masa total y del benceno para determinar los valores esperados de mv y ih|. Para cada balance, indique los términos de la ecuación general de balance (acumulación = entrada + generación - salida - consumo) que descartó y por qué. (Vea el ejemplo 4.2-2.) (b) Luego, suponga que el proceso se va a efectuar en un recipiente cerrado, el cual contiene al inicio 100.0 kg de la mezcla líquida. Sean mv(kg) y »i|(kg) las masas respectivas de las fases finales gaseosa y líquida. Dibuje y marque el diagrama de flujo del proceso, y después escriba y resuelva los balances integrales de masa total y del benceno para determinar mv y m\. Para cada balance, indique los términos de la ecuación general de balance (acumulación = entrada + generación - salida - consumo) que descartó y por qué. (c) Regresando al proceso continuo, suponga que el evaporador se construye, se pone a funcionar y se miden las velocidades de flujo de la corriente y las composiciones de producto. El porcentaje medido de benceno en la corriente de vapor es 85% y las velocidades de flujo de la corriente de producto tienen los valores calculados en el inciso (a), pero se observa que la corriente de producto liquido contiene 1% de benceno en vez de 10.6%. Una posible explicación es que se haya cometido un error en las mediciones. Dé por lo menos cinco explicaciones más. [Piense en las suposiciones que hizo al resolver el inciso (a).] 4.6 Una columna de destilación es una unidad de proceso en la cual la mezcla de alimentación se separa mediante múltiples vaporizaciones y condensaciones parciales para formar dos o más corrientes de producto. La corriente de producto ligero es rica en los componentes más volátiles de la mezcla de alimentación (aquellos que se vaporizan con mayor facilidad) y la corriente de producto pesado es rica en los componentes menos volátiles. El siguiente diagrama de flujo muestra una columna de destilación con dos corrientes de alimentación y tres de producto:

(a) ¿Cuántos balances de materia independientes pueden escribirse para este sistema? (b) ¿Cuántas velocidades de flujo y/o fracciones molares desconocidas deben especificarse para poder calcular las demás? (Vea el ejemplo 4.3-4. Además, recuerde lo que sabe acerca de las fracciones molares de los componentes de una mezcla —por ejemplo, la relación entre *2 y vi ) Explique brevemente su respuesta. (c) Suponga que se dan valores para ríi\ y xi. Plantee una serie de ecuaciones, con una incógnita cada una. para las variables restantes. Encierre en un círculo la variable que despejaría. (Una vez que se calcula una variable en alguna de estas ecuaciones, ésta puede aparecer en ecuaciones subsecuentes sin considerarse como incógnita.)

4.12. Se destilan 1000 kilogramos por hora de una mezcla que contiene partes iguales en masa de metanol y agua. Las corrientes de producto salen por las partes inferior y superior de la columna de destilación. Se mide la velocidad de flujo del destilado pesado y se ve que es 673 kg/h, y se analiza la corriente de destilado ligero y se encuentra que contiene 96.0% por peso de metanol. (a) Dibuje y marque el diagrama de flujo del proceso y haga el análisis de grados de libertad. (b) Calcule las fracciones másica y molar del metanol y las velocidades de flujo molar de metanol y agua en la corriente del producto pesado. (c) Suponga que se analiza la corriente de destilado pesado y se determina que la fracción molar de metanol es mucho mayor que el valor calculado en el inciso (b). Mencione todas las razones que se le ocurran para esta discrepancia. Incluya en su lista las posibles violaciones a las suposiciones efectuadas en el inciso (b)