04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco BALANCE MÁSICO EN PROCESOS ESTACIONARIOS.

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2 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco BALANCE MÁSICO EN PROCESOS ESTACIONARIOS

3 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Las reflexiones modernas en torno a la problemática ambiental, en busca de la disminución de impactos negativos sobre el medio ambiente, han generado la aparición de iniciativas nacionales e internacionales. En ellas se enmarca el principio general de la Producción Más Limpia (P+L), la cual es una estrategia de gestión empresarial preventiva aplicada a productos, procesos y organización del trabajo, cuyo objetivo es minimizar emisiones y/o descargas en la fuente, reduciendo riesgos para la salud humana y ambiental y elevando simultáneamente la competitividad. Sin embargo, para minimizar este tipo de impactos negativos se hace necesario conocer a fondo los sistemas sobre los cuales se ha venido trabajando en la elaboración y fabricación de productos de consumo. En este capítulo se establece una introducción al balance de materia y componentes cuando no existe reacción química alguna.

4 EL BALANCE DE MATERIA. Para efectuar una balance de materia primero se elige el sistema para el cual se hará el balance y se establecen sus fronteras.  Un sistema se refiere a cualquier porción arbitraria o a la totalidad de un proceso establecido.  Frontera del sistema se circunscribe formalmente alrededor del proceso. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

5 Proceso el conjunto de actividades u operaciones industriales que tienden a modificar las propiedades de las materias primas, con el fin de obtener productos que sirvan para cubrir las necesidades de la sociedad. Un balance de materia no es mas que una contabilización de materiales que entran y salen del sistema. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

6 El balance de materia puede referirse a un balance en un sistema para: 1.La masa total 2.El total de moles. 3.La masa de un compuesto químico. 4.La masa de una especie atómica. 5.Los moles de un compuesto químico. 6.Los moles de una especie atómica. 7.El volumen (posiblemente) 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

7 Ecuación para general para el balance de masa: Entrada inicial + Generación- Salida final – Consumo = Acumulación 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Acumulación: se refiere a un cambio de masa o de moles dentro del sistema respecto al tiempo, La transferencia a través de las fronteras del sistema: se refiere a las entradas y salidas del sistema Generación y consumo se da por la reacción química que se produzca dentro del sistema

8 Sistema para el cual se efectúa el balance de materia (generación, consumo, acumulación) Flujos de entradas Flujos de salidas 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

9 La mayor parte de los problemas analizados son problemas en estado estacionario. Por lo tanto ¨Lo que entra debe salir¨ En estado estacionario la acumulación es igual a cero No hay reacción química por lo tanto la generación y el consumo es igual a cero. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Entrada = Salida Entrada - Salida = o Entrada = Salida Entrada inicial + Generación- Salida final – Consumo = Acumulación

10 SISTEMAS ESTACIONARIOS m entra m sale entonces m entrada =m salida 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Acumulación = No hay reacción química entonces generación y consumo = 0

11 2000 kg/h de una mezcla de butanol (CH3(CH2)2CH2OH) y agua que contiene 40% en masa de agua se separan, en una columna de destilación, en dos fracciones. La velocidad de flujo másico del butanol (CH3(CH2)2CH2OH) en la parte superior del flujo es de 950 kg/h y la del agua en la parte inferior del flujo es de 340 kg/h. Calcular las velocidades de flujo no conocidas de los componentes de salida. (Condición de la operación: régimen estacionario) EJERCICIO Columna de destilación 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

12 Solución: Régimen estacionario: EJERCICIO Columna de destilación 800 kg/h (H 2 O) 1200 kg/h ( butanol ) 950 kg/h (butanol), Q 1 (H 2 O ) 340 kg/h (H 2 O), Q 2 (butanol) m entra =m sale 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

13 Estrategias para analizar los problemas de balance de materia Lea el problema y aclare lo que se desea saber. Haga un dibujo del proceso. Rotule con símbolos cada flujo y las composiciones que les correspondan. Indique todos los valores conocidos de composición y flujo de las corrientes en el diagrama. Calcule las composiciones y flujos adicionales a partir de datos dados. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

14 Escoja una base de cálculo. Haga una lista de símbolos. Escriba las ecuaciones correspondientes Resuelva las ecuaciones por los métodos matemáticos que le sean más fácil. Verifique sus respuestas. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

15 Operaciones Básicas Destilación: Separación de dos (binaria) o más componentes (multicomponente), por medio del equilibrio de fases líquido vapor. 04 de septiembre de 2017 Mg. Blanca Pasco

16 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Absorción: separación de un componente de una mezcla gaseosa por medio de un líquido en el que son solubles. Según la solubilidad del gas en el líquido. Puede ser con o sin reacción química. Diferentes tipos de empaques que sirven para tener mayor superficie de contacto y mayor tiempo de residencia

17 Extracción : Se basa en la disolución de una mezcla (líquida o sólida) en un disolvente selectivo. Puede ser Líquido – Líquido ò solido - líquido. Esta última también se le denomina, lavado, lixiviación, etc. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

18 Continua…. Deshidratación: Eliminación de un liquido contenido en el seno de un sólido. La aplicación de calor hace pasar el líquido contenido en el solido, a la fase vapor. La liofilización se basa en eliminar el líquido que se encuentra en la fase solida, por sublimación a estado vapor. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

19 Continua…. Secado: La separación total o parcial de un líquido desde un material sólido por aplicación de calor Existen una serie de operaciones que no se incluyen en esta clasificación, por no basarse en ninguno de los fenómenos de transporte citados anteriormente. Dentro de este grupo se incluyen: la Trituración, Molienda, Tamizado y Mezclado de sólidos y pastas, etc. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

20 Ejemplo: Cada hora se separan por destilación en dos fracciones, 1000 Kg de una mezcla de benceno (B) y tolueno (T) que contiene 50% de benceno por masa. La velocidad del flujo másico del benceno en la corriente superior es 450 kg B/h y la del tolueno en la corriente inferior es 475 kg T/h. La operación se encuentra en estado estacionario. Escriba los balances del benceno y del tolueno para calcular las velocidades de flujo desconocidas de los componentes en las corrientes de salida. El siguiente esquema ilustra el proceso: 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco 500kg B/h 500kg T/h 450kg B/h M 1 ( kg T/h) 475kg T/h M 2 (kg B/h)

21 Explicación: Como el proceso se encuentra en estado estacionario, no se acumula nada en el sistema, de manera que el término de acumulación, es igual a cero en todos los balances de materia. Además como no ocurren reacciones químicas, no pueden haber términos de generación o consumos distintos de cero. Por tanto la ecuación toma siempre la forma simple Entrada = Salida para todos los balances. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

22 Entrada = Salida Balance de Benceno: 500kg B/h = 450kg B/h + m 2 m 2 = 50kg B/h Balance de Tolueno : 500kg T/h = m 1 + 475kg T/h m 1 = 25kg T/h Compruebe sus cálculos: Balance total de masa: 1000kg/h = 450+ m 1 + m 2 + 475kg m 1 = 25 kg/h, m 2 = 50kg/h 1000 kg/h = 1000 kg/h 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

23 Problema nº2 Calcular el caudal másico de agua que se obtendrá de un evaporador continuo que se alimenta con 5 kg/s de diluido y del que se obtienen 1 kg/s de concentrado. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

24 Problema nº3 Calcular la masa de concentrado que se obtendrá en un evaporador por cargas cuando a 500 kg de diluido se le retiran 400 kg de agua. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

25 Los peces que atrapan los pescadores se pueden convertir en harina de pescado, la cual puede servir como alimento para animales en la producción de carne para consumo humano o utilizarse directamente como alimento. El uso directo de la harina de pescado incrementa mucho la eficiencia de la cadena alimenticia, pero el concentrado de proteína de pescado, principalmente por razones estéticas se usa como complemento proteínico. Como tal compite con la soya y otras proteínas oleaginosas. En el procesamiento del pescado una vez que se extrae el aceite, la torta de pescado se seca en secadores de tambor rotatorio, se muele finamente y se empaca. El producto resultante tiene el 65% de proteína. En un lote dado de torta de pescado que contiene 80% de agua( el resto es torta seca), se eliminan 100kg de agua y se determina entonces que la torta de pescado tiene 40% de agua. Calcule el peso de la torta de pescado que se introdujo originalmente en el secador. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Secado

26 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco secador F Torta de pescado ωSOL =0,2 ωH 2 O=0,8 P ωH 2 O=0,4 100kg H 2 O ω sol = 0,6

27 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Un industrial que fabrica por primera vez alcohol para gasohol ha tenido ciertos problemas con una columna de destilación. La operación se muestra en la figura. Los técnicos creen que se pierde demasiado alcohol en las colas ( desperdicio). Calcule la composición de las colas y la masa de alcohol que se pierde en ellas. 1000kg alimentación 10% OH 90% H 2 O Destilado (producto) P=? OH = 60% H 2 O = 40% Peso= de la alimentación F Colas de destilación= B kg OH = ? H 2 O = ?

28 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco Con objeto de preparar una disolución de ácido sulfúrico al 50% un ácido diluido de desecho que contiene 28% de ácido sulfúrico se mezcla con un ácido comprado que contiene 96% de ácido sulfúrico ¿Cuántos kg de ácido sulfúrico concentrado será necesario adquirir por cada 100kg de ácido diluido? MEZCLADOR F 1 = 100kg F 2= ? P1P1 50% H+ = 0.5 H 2 O = 0.5 H+ = 0.28 H 2 O = 0.72 H+ = 0.96 H 2 O = 0.04

29 «Todas las Batallas en la Vida sirven para enseñarnos algo, inclusive aquellas que perdemos¨ Paulo Coelho. 04 de septiembre de 2017Mg. Blanca Pasco

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