LICENCIATURA en CIENCIA y TECNOLOGÍA de los ALIMENTOS.

LICENCIATURA en CIENCIA y TECNOLOGÍA de los ALIMENTOS

INGENIERÍA QUÍMICA

Hoja 2. Balances de Materia y Energía

1.-         Un procedimiento para producir mermelada consiste en mezclar la fruta triturada con suficiente azúcar para que la proporción de la mezcla sea 45 partes en peso de fruta a 55 partes de azúcar. Además, por cada 100 kg de azúcar se añaden 250 g de peptina. La mezcla se homogeneiza y evapora hasta que la concentración en sólidos, deducida por medidas refractométricas, sea del 67% en peso. Calcúlese:

1. El rendimiento de mermelada obtenido si se utiliza un fruto con un 14% de sólidos.
2. La cantidad de agua evaporada por cada 100 kg de fruta triturada.

2.-         Las fresas contienen alrededor de 15% de sólidos y 85% de agua. Para preparar mermelada de fresa, se mezclan 45 kg de fresas trituradas con 55 kg de azúcar. La mezcla se calienta para evaporar 2/3 del agua que contienen las fresas. Si se desean producir 100 kg de mermelada, calcúlese:

1. Cantidad de fresas necesarias y rendimiento en mermelada.
2. Cantidad de agua evaporada.

3.-         Las semillas de soja pueden procesarse en tres etapas. En la primera se muelen y prensan, alimentándose 10.000 kg de semillas con un 35% en peso de proteína, 27,1% de hidratos de carbono, 9,4% de fibra, 10,5% de agua y 18% de aceite, reduciéndose el contenido de este último al 6%. En la segunda etapa, las semillas prensadas se extraen con hexano para reducir el contenido de aceite al 0,5%, pasando por último a la tercera etapa donde se secan para dar un producto con 8% de agua en peso. Calcúlese:

1. La cantidad de semillas prensadas obtenidas en la primera etapa.
2. La cantidad de semillas que salen de la segunda etapa.
3. La cantidad de semillas secas que salen de la tercera etapa y el porcentaje de proteínas que contienen.

4.-        Un concentrado de zumo de naranja se obtiene a partir del obtenido por prensado de naranjas que tiene un contenido del 12,5% en peso de sólidos. Este zumo (12,5% en peso de sólidos) se pasa a un separador previo donde se extrae un jugo más concentrado y otro más diluido. Este último se lleva a un evaporador de vacío para evitar la pérdida de esencias volátiles, concentrándose hasta el 58% en sólidos. Por mezcla de este concentrado con el jugo concentrado del separador se obtiene un producto final con un 42% de peso en sólidos. Si la relación de jugo concentrado a jugo diluido que sale del separador es de 1 a 4, calcúlese:

1. Cantidad de agua evaporada por cada 100 kg de alimento fresco.
2. Concentración de las corrientes que salen del separador.
3. Relación entre el jugo concentrado final y la alimentación fresca.

5.-        Una planta industrial produce nitrógeno y oxígeno por rectificación criogénica de aire. La riqueza de los productos obtenidos es del 99,8% para el nitrógeno y del 99,5% para el oxígeno. El aire, una vez licuado, se alimenta a una primera columna de rectificación, de la que se extrae por cabeza una corriente con 99% de N2 y por cola otra con 40% de O2. Ambas corrientes se alimentan a una segunda columna, de la que se extraen el nitrógeno y el oxígeno productos de las riquezas antes indicadas. Determínese:

1. El rendimiento en oxígeno del proceso y los caudales de las dos corrientes que abandonan la primera columna, para una producción de 2.240 m3/h de oxígeno (c.n.).
2. La producción de nitrógeno en las mismas condiciones.

6.-        Un aceite vegetal se hidrogena catalíticamente en un reactor con el fin de obtener las grasas correspondientes que resultan más inertes a la oxidación por el aire. Para disminuir la viscosidad de las materias primas, el aceite se mezcla, previamente a su introducción en el reactor, con disolvente puro y con una corriente de recirculación de disolvente, de forma que la proporción de aceite a la entrada del reactor sea del 20% en peso. Los productos de reacción se separan por destilación fraccionada en tres corrientes. La primera está compuesta por el aceite que no ha reaccionado (35%) junto con parte del disolvente (65%) que se recircula al reactor; la segunda se compone de disolvente puro que se utiliza para formar la mezcla inicial del 20%; y la tercera se compone de las grasas hidrogenadas (75%) junto con el disolvente (25%).

        El tren de almacenamiento está diseñado de tal forma que el caudal total de la corriente de grasas hidrogenadas no puede exceder de 1.500 kg/h. Si la conversión del proceso de hidrogenación es del 90%, calcúlese:

1. Caudal máximo de alimento fresco que puede introducirse al reactor.
2. Caudal volumétrico de disolvente puro que sale del separador.
3. Caudal de hidrógeno necesario para la hidrogenación, si este se introduce en el reactor en un 20% en exceso, con una presión de 5 atm y una temperatura de 25ºC, y sabiendo que viene impurificado con un 2% de un gas inerte.

Datos:

                Peso molecular del aceite: 246

                Densidad del disolvente: 0,8 g/cm3

Considérese que cada molécula de aceite contiene 4 dobles enlaces y que el hidrógeno se comporta como un gas ideal.

7.-         Un quemador de gases utiliza propano industrial de la siguiente composición porcentual en volumen: 75% C3H8, 22% C4H10, 1% CH4, 2% CO2. La combustión se lleva a cabo con un exceso de aire del 25% y se supone completa. Determínese:

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