Capitulo 3 (Presnetacion)

Objetivos
1.- Conocer los diversos tipos de balance de materia que pueden presentarse. 2.- Podr plantear problemas de materia. 3.-Conocer los diversos tipos de balance de materia que pueden presentarse. 4.- Sera capaz de plantear balances de energa.
Introduccin
Un balance de materia y energa es aquel que lleva una contabilidad exacta de la materia entrante y saliente de un proceso . El balance de materia se basa en la ley de la conservacin de la masa enunciada por Lavoisier en la sig : Nada puede crearse y en cada proceso hay exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes y despus de que el proceso haya sucedido. El balance de energa se basa en ley de Hemboltz que dice que la energa no se crea ni se destruye solo se transforma
Balances simples de masa

Son aquellos en los que no hay reaccin qumica o en los que no se necesita alguna ecuacin o grafica de equilibrio y en el que adems el rgimen de operacin es permanente. Casos de Balances simples de masa :
Mezclado Separacin
Balance con Recirculacin Contacto en Paralelo
Balance con derivacin Contacto a Contracorriente
Mezclado
Se presentan cuando dos corrientes se unen para dar una o mas corrientes de salida
Balance Total de masa : Ma + Mb = Mc
Balance parcial del componente de la mezcla :

Ma Za + Mb Zb = Mc Zc
Separacin
Se realiza en procesos o equipos en los que hay una corriente de entrada y dos corrientes de salida :
Balance de Total ME = M F + M G Balance parcial del Componente MEZE = MFZF + MGZG
Contacto a Contracorriente
En esta clase de balances se tienen dos corrientes de entrada y dos de salida y dichas corrientes viajan en direcciones opuestas en el proceso o en el equipo.
Balance Total MH + MI = MJ + MK
CONTACTO EN PARALELO
Existe cuando se tienen dos corrientes de entrada y dos corrientes de salida que viajan en la misma direccin dentro del proceso o del equipo. Balance total
ML + MM MN + MO Balance parcial del componente i Balance parcial de componente i MLZiL + MM ZM = MNZN + MKZiK
BALANCES CON RECIRCULACION

En ciertos procesos es necesario retroalimentar el material a la unidad a la que proviene con objeto de enriquecer los productos, reprocesar el material que no sufri cambios, aumentar rendimientos, etc. En estos procesos los balances de materia son una combinacin de balances de separacin y mezclado
Balance en la envolvente I (separacin) MA - Mc + MD Balance en la envolvente II (separacin) MF - MB + MD Balance en la envolvente III (mezclado) MA + MR = Mf Balance en la envolvente IV (separacin) MB = MR + MC
BALANCES CON DERIVACIN

En ciertas clases de procesos la corriente principal se divide en dos corrientes paralelas: una que alimenta al equipo, y otra que se mezcla con la corriente que sale del equipo. El objeto de esta separacin es el de mantener una uniformidad en la concentracin de descarga. Los balances que se presentan son parecidos a los obtenidos en recirculacin.
Balance en la envolvente I (separacin) MA = M c + M E Balance en la envolvente M-r = MD + ME Balance en la envolvente MA - MB + MF Balance en la envolvente IV (mezclado)
BALANCES USANDO EL EQUILIBRIO
FSICO.
La mayora de los procesos utilizados en la industria qumica tienen que ver con las llamadas operaciones de transferencia de masa. En estas operaciones los balances estn gobernados no slo por las corrientes
entrantes y salientes, sino tambin por el equilibrio fsico que determina la

concentracin maxima que puede existir de cada componente en cada una de las fases que se ponen en contacto.
BALANCES CON REACCIN QUMICA

Cuando hay una reaccin qumica, los compuestos individuales que forman las corrientes cambian en cantidad, y aun pueden llegar a desaparecer
mientras se crean otros. Debido a una reaccin.

En estos casos, el balance gira alrededor de la reaccin qumica: esto es debido a que los smbolos y frmulas que se emplean al escribir las ecuaciones qumicas tienen un significado tanto cualitativo como cuantitativo. Despus de la reaccin los elementos aparecen en otra disposicin en comparacin al inicio de la reaccin.
LA ECUACIN QUMICA
ESTEQUIOMETRIA:
Es la representacin cada accin qumica con una ecuacin que resume la informacin mnima necesaria sobre las proporciones relativas de las sustancias, por medio de letras, signos y nmeros que toman parte en una reaccin y los productos que de ella se obtienen. La reaccin qumica tiene su base en la ley de la conservacin de la materia que dice: "en cualquier reaccin qumica la masa total de los productos es igual a la masa total de los reactivos".
Frmula
La frmula de un compuesto expresa el nmero y la clase de los tomos existentes en dicho compuesto. Esta frmula es una especie de clave diseada para presentar la informacin de manera apropiada. La solucin
de la clave es la masa atmica de los elementos; esta masa atmica (o peso

atmico) indica la masa relativa de los tomos. Los pesos atmicos de los elementos se encuentran en la llamada tabla de pesos atmicos.
Peso molecular
El peso molecular de una sustancia es igual a la suma de los pesos atmicos de los elementos que la constituyen. Para efectuar los clculos sobre pesos moleculares se procede de la siguiente manera: se escribe la frmula del compuesto y se multiplica el peso atmico de cada elemento por el nmero de tomos representado en la frmula por los subndices.
Se suman los valores obtenidos para cada uno de los elementos; dicha suma
representa el peso molecular.
Composicin
Conociendo la frmula de una sustancia, se puede calcular su composicin centesimal en peso, es decir, el porciento en peso de cada elemento en dicha sustancia. Para ello se puede efectuar el siguiente procedimiento: Se calcula el peso total de cada uno de los elementos multiplicando el peso atmico de dicho elemento por el nmero de tomos que contiene la frmula dada. Se calcula el peso total de cada elemento entre el peso molecular y se multiplica la fraccin por 100.
Mol
El mol o gramo mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene un nmero de entidades elementales iguales al nmero de tomos que hay
en 12 g de carbono 12.
Un mol de una sustancia, elemento o compuesto contiene siempre un nmero fijo de tomos y molculas, cuyo valor se conoce como el nmero de Avogadro (N) igual a 6.02x1023. La cantidad de sustancia contenida en un mol se indica en unidades de masa y se obtiene expresando en gramos o en cualquier otra unidad de masa el peso molecular o peso atmico de dicha sustancia.
Balanceo
Se denomina balanceo de una ecuacin a la
determinacin de los coeficientes numricos que se

deben anteponer a las frmulas de las especies
participantes en una reaccin qumica para que se

cumpla la ley de la conservacin de la masa.
Balances
Las reacciones qumicas estn escritas para moles, de manera que la ecuacin: nos indica que una molcula de carbono reacciona con una molcula de oxgeno para dar una molcula de bixido de carbono. Se puede notar que, en la ecuacin anterior, {Molculas salientes} {Molculas entrantes} Es decir, que en general, en una reaccin qumica los moles no se conservan. De donde se puede observar que: {Masa entrante a una reaccin} {Masa saliente en una reaccin}
BALANCES EN RGIMEN NO PERMANENTE

En el rgimen no permanente o transitorio las condiciones varan con el tiempo, por lo que es necesario escribir el balance de materiales en forma de ecuacin diferencial. La ecuacin diferencial resultante debe integrarse y las constantes de integracin se evalan a partir de los valores lmite.
BALANCES DE ENERGA
En un balance total de energa se toman en cuenta las transferencias de energa a travs de los lmites del sistema En donde: E1 = energa por unidad de masa asociada con la masa entrante 1 E2 = energa por unidad de masa asociada con la masa saliente 2 Q = calor neto entrante al proceso o equipo t = Trabajo neto entrante al proceso o equipo.
Entalpia
Relacionada con la energa interna de un sistema est la entalpia. sta es una funcin de estado que al trabajar con procesos que se efectan a presin constante. Por definicin H = U + PV Tambin a presin contante si no hay cambio de estado
En un proceso a presin constante en el cual se desprende calor, el delta (H) es negativo; esto significa que el estado final del sistema tiene menor entalpia que el inicial.
El sistema ms empleado en la actualidad es el SI. En ese sistema, las unidades de EC, Ep y H estn en j/kg . Para lograr las mayores simplificaciones posibles a las ecuaciones de balance de energa, se debern seleccionar apropiadamente los lmites del sistema. El trmino Q, o sea el calor neto, deber evaluarse mediante el clculo del calor entrante al sistema, menos el calor saliente del mismo. Con frecuencia en muchos sistemas el calor saliente, es debido a las prdidas de friccin en el equipo o proceso F. El trmino t, o sea el trabajo neto, deber evaluarse restando al trabajo entrante al proceso o equipo, el trabajo saliente. En termodinmica se suele usar la siguiente convencin para dar signo a! trabajo y al calor:
Problema 3.2 Para fabricar plvora se necesitan tres sustancias, que son: azufre, carbn nitrato de potasio en proporcin de 10, 15 y 75% en peso. Estas sustancias se deben moler finamente y mezclarse con cuidado para dar el producto final. Cunta cantidad de cada materia se necesitar para producir 4 toneladas de plvora por da? 1. Traduccin
2. Planteamiento
2.1 Balance de materiales
{Rapidez de entrada de materia al sistema termodinmico} { Rapidez de salida de materia del sistema termodinmico}
S1 + S2 +S3 = S4 S4Ws4 + S4W4KNO3 + S4WC4 = S4 Ws4 + W4KNO3 + WC4 = 1 S4Ws4 = S2 S4W4KNO3 = S3
3. Clculos
3.1 Balances S1 + S2 + S3 = 4 000 kg/da 3.2 Carbon S4WC4 = S1= 4 000 (0.15) = 600 kg/da 3.3 Azufre S4Ws4 = S2= 4000(0.1) = 400kg/da . 3.4 Nitrato S3 = S4 -(S1 + S2 ) = 4 000 - (600 + 400) = 3 000 kg/da
4. Resultados
Se requieren 600 kg/da de azufre, 400 kg/da de carbn y 3 000 kg/da de nitrato de potasio.
Problema 3.4
Partiendo de una solucin custica al 10% se deben obtener 500 kg por hora a una concentracin del 50% mediante evaporacin. Determine el flujo de alimentacin y el agua.
2. Planteamiento 2.1 Discusin

Este es un problema de separacin, aplicado a la operacin de evaporacin.
2.2 Balance de masa Balance total
4. Resultados El flujo d alimentacin es de 2 500 kg/h El agua evaporada es de 2 000 kg/h
Problema 3.6
Una columna de absorcin de SO. se disea para producir una solucin acuosa de SO?. Si el agua de entrada contiene, 5% de SO2 y el agua de salida 20% de SO?, que cantidad de solucin al 5% se necesita para obtener 100 kg/'h de solucin de SO- al 20% ' Qu cantidad de gases se deben tratar si los gases entrantes contienen (>()% en peso de SO? y los salientes 2%?
1. Traduccin
2- Planteamiento 2.1 Discusin Este es un problema de balances a contracorriente.
2-2 Balances Balance total
Balance parcial de SO2
3. Clculos 3.1 Balance total
Balance de agua
Resolviendo simultneamente
4. Resultados
Se requieren 84.2 kg/h de la solucin al 5%. Se deben tratar 26.67 kg/h de gases que contienen 60% de SO2.
Problema 3.7 Para formar una solucin de sosa custica al 4% en peso se efecta el siguiente proceso: Se disuelve sosa custica slida con agua; una parte de la corriente se lleva a un recipiente con soda custica slida, de donde sale con un 17% De sosa, la otra parte del agua se deriva unindose posteriormente en proporcin tal que d la solucin al 4%. Qu porcentaje de agua debe derivarse a travs del saturador, si se requieren producir 2 ton/h de solucin al Qu cantidad de agua debe meterse por cada corriente? 1. Traduccin
2. Planteamiento
2.1 Discusin Este tipo de problemas se resuelve mediante balances en los puntos unin de las corrientes.
2.2 Balance total (alrededor de todo el proceso).
2.3 Balance parcial de NaOH
2.4 Balance en el punto de unin Balance total
Balance de NaOH
2.5 Corriente derivada
3. Clculos 3.1 Balances alrededor de todo el proceso
3.2 Balance en el punto de unin
3.3 % derivado
Problema 3.8
Cuntos kg mol/h de O, se requieren para quemar 100 kg/h de coque a CO2?
1. Planteamiento 1.2 Kg mol de coque quemado
1.3 Balance de oxgeno necesario
Rapidez de entrada del oxgeno = Rapidez de combustin del carbono
3. Clculos 3.1 kg mol de coque
3.2 kg mol de O2
4. Resultado
Se necesitan 8.33 kg mol/h de oxgeno para quemar 100 kg/h de coque a CO2

Capitulo 3 (Presnetacion)

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Capitulo 3 (Presnetacion)

Cargado por

Información del documento

Descripción original:

Título original

Derechos de autor

Formatos disponibles

Compartir este documento

Compartir o incrustar documentos

Opciones para compartir

¿Le pareció útil este documento?

¿Este contenido es inapropiado?

Copyright:

Formatos disponibles

Capitulo 3 (Presnetacion)

Cargado por

Copyright:

Formatos disponibles

Objetivos

Balances simples de masa

Balance Total de masa : Ma + Mb = Mc

Balance parcial del componente de la mezcla :

Balance de Total ME = M F + M G Balance parcial del Componente MEZE = MFZF + MGZG

BALANCES CON RECIRCULACION

BALANCES CON DERIVACIN

BALANCES USANDO EL EQUILIBRIO

entrantes y salientes, sino tambin por el equilibrio fsico que determina la

BALANCES CON REACCIN QUMICA

mientras se crean otros. Debido a una reaccin.

de la clave es la masa atmica de los elementos; esta masa atmica (o peso

determinacin de los coeficientes numricos que se

participantes en una reaccin qumica para que se

BALANCES EN RGIMEN NO PERMANENTE

S1 + S2 +S3 = S4 S4Ws4 + S4W4KNO3 + S4WC4 = S4 Ws4 + W4KNO3 + WC4 = 1 S4Ws4 = S2 S4W4KNO3 = S3

2. Planteamiento 2.1 Discusin

2.2 Balance de masa Balance total

4. Resultados El flujo d alimentacin es de 2 500 kg/h El agua evaporada es de 2 000 kg/h

2- Planteamiento 2.1 Discusin Este es un problema de balances a contracorriente.

2-2 Balances Balance total

Balance parcial de SO2

3. Clculos 3.1 Balance total

2.3 Balance parcial de NaOH

2.4 Balance en el punto de unin Balance total

2.5 Corriente derivada

3. Clculos 3.1 Balances alrededor de todo el proceso

3.2 Balance en el punto de unin

1. Planteamiento 1.2 Kg mol de coque quemado

1.3 Balance de oxgeno necesario

Rapidez de entrada del oxgeno = Rapidez de combustin del carbono

3. Clculos 3.1 kg mol de coque

También podría gustarte