Clase Sincrónica: “Soluciones de problemas de Balance de Materia con elemento de correlación, Balance por componentes, Procesos de recirculación”

Enlace de la clase: https://bit.ly/3x5Y2Fs Tema 9: “Soluciones de problemas de Balance de Materia con elemento de correlación, Balance por componentes, Procesos de recirculación”

29/03/22

BALANCE DE MATERIA

Ley de la conservación de la masa

Proceso en estado estacionario

NO EXISTE ACUMULACIÓN

��������������−������������=��  Balance diferencial: cada término de la ecuación de balance es una velocidad, procesos continuos  Balance integral: cada término de la ecuación de balance es una porción de la cantidad que se balancea, procesos discontinuos

Pasos para resolver un problema de balance de masa

Pasos

1

Trace un diagrama simple de proceso

Escriba las ecuaciones quimicas si las hay

Seleccione una base para el calculo

Determine las variables y ecuaciones

Procesa al balance de masa

2

3

4

5

Ejemplo: En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién extraído y filtrado que contiene 7,08% de sólidos en peso, se alimenta a un evaporador. En el evaporador se extrae agua y el contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. Para una entrada de 1000 Kg/h. Calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado y agua de salida.

SOLUCIÓN: 1. Trace un diagrama simple del proceso

2. Escriba las ecuaciones químicas involucradas (NO LAS HAY)

3. Seleccione una base para el cálculo: ��������⟶������������/��������������

4. Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

5. Proceda al balance de masa  Balance de solidos:

1000(0.0708)=��2(0.58) 70.8 0.58 =��2 ��2 =122.07����/ℎ ��������  Reemplazamos en el balance general:

��1 =1000−��2 ��1 =1000−122.07 ��1 =877.93����/ℎ��2��

Ejemplo: Se tiene dos mezclas de metano-agua en matraces distintos. La primera contiene 40.0% por peso de metanol, y la segunda 70,0% por peso de metanol. ¿Qué cantidad de cada una de las mezclas se debe emplear para obtener 350 g con un 52,8% en masa de metanol?

SOLUCIÓN:

1. Trace un diagrama simple del proceso

2. Escriba las ecuaciones químicas involucradas (NO LAS HAY)

3. Seleccione una base para el cálculo: ��������⟶����������

4. Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

m = 350 g c = 52,8%

5. Proceda al balance de masa  Igualando las ecuaciones:

350=��1 +��2

184,8=0.4��1 +0,7��2

 Resultado: Se debe de emplear 201����������1 y 149����������2

Balance procesos continuos en estado estacionario con recirculación

Ejemplo: En un proceso que produce KNO3, el evaporador a 422 K se alimenta con 1000 Kg/h de una solución que contiene 20% de KNO de sólido en masa, de éste se obtiene KNO al 50% de sólido en peso. Esta solución se alimenta a un cristalizador a 311 K, donde se obtiene cristales de KNO al 96 % de sólido en masa. La solución del descarte del cristalizador contiene 37,5% de KNO en masa y se recircula al evaporador. Calcule la cantidad de corriente de recirculación R en Kg/h y la corriente de salida de cristales P en Kg/h.

SOLUCIÓN:

1. Trace un diagrama simple del proceso

2. Escriba las ecuaciones químicas involucradas (NO LAS HAY) 3. Seleccione una base para el cálculo: ��������⟶������������ 4. Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

5. Proceda al balance masa

 Resolviendo las ecuaciones:

�� =791,7����/ℎ �� =975,0����/ℎ �� =766,7����/ℎ �� =208,3����/ℎ

Revision bibliografica (Marco teórico)

 Balance proceso continuo en estado estacionario

El balance en estado estacionario según (UTN, 2016) lo define como la no existencia de acumulación o consumo de materia dentro del sistema, se dice que estamos en estado estacionario o uniforme.

Entradas = Salidas

Si no existen flujos de entrada y salida, se reduce al concepto básico la conservación de la materia dentro de un sistema cerrado o aislado. Para todo balance de materia debe definirse un sistema, se entiende por este a cualquier porción arbitraria o total de un proceso.

El elemento de correlación: (Fernandez, 2010) define al elemento de correlación como aquel o aquellos materiales que pasa de una a otra de las corrientes sin cambiar en ningún aspecto, o sin permitir que se le sume o pierda material semejante a él. Siempre es conveniente tomar como base una cifra redonda (100, 10, 1) aunque se disponga de un dato ya fijo, una vez realizado los cálculos se pueden transformar los resultados a la base primitiva.

 Balance proceso continuo en estado estacionario con Recirculación

(Garcia A. , 2018) Los procesos que implican “alimentación a contracorriente” o recirculación del producto se encuentran con frecuencia en la industria química y del petróleo. Otro ejemplo del uso de las operaciones con recirculación es el de las columnas de destilación fraccionada, en donde una parte del destilado sirve como reflujo de la columna para aumentar la concentración del producto. En la figura se muestra un proceso típico de recirculación.

Se debe entender que el proceso mostrado en la figura se encuentra en condiciones uniformes, es decir, no se verifica la formación o el agotamiento de ningún material dentro del reactor o en la corriente de recirculación. La alimentación al proceso está constituida por dos corrientes: la alimentación fresca y el material de recirculación.

Glosario

TERMINO

Cristalizador

Recirculación

Elemento de correlación

Procesos intermitentes DEFINICIÓN

El cristalizador promueve el crecimiento del cristal y permite controlar el tamaño de estos. Disponen de una hélice y un tubo que generan un lecho fluidizado donde los cristales permanecen en suspensión hasta alcanzar el tamaño adecuado, momento en el que precipitan por gravedad.

El concepto de recirculación está vinculado a volver a impulsar la circulación de algo dentro de un mismo circuito o sistema.

Es el elemento que nunca va a cambiar

Son aquellos procesos que producen artículos en pequeñas cantidades de acuerdo a requerimientos del cliente y sobre la base de pedidos de manera individual. Es conocida como producción a pedido