balances de materia int ii 2012

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  • 02/05/2012

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    Universidad Tecnolgica NacionalUniversidad Tecnolgica NacionalFacultad Regional DeltaFacultad Regional Delta

    Departamento de Ingeniera QumicaDepartamento de Ingeniera Qumica

    Asignatura:Asignatura:INTEGRACION IIINTEGRACION II

    Balances de materiaBalances de materia

    Ctedra:Ctedra:Prof. Interino:Prof. Interino: Ing. Fernando Pablo Ing. Fernando Pablo VisintinVisintin

    AuxiliarAuxiliar: Ing. : Ing. DamianDamian AyrAyr VerganiVergani

    Primera Parte:Primera Parte:Balances de materiaBalances de materia

    en procesos no reactivosen procesos no reactivos

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    Qu es un balance?Qu es un balance?Segn la Real Academia Espaola:Segn la Real Academia Espaola:

    Estudio comparativo de las circunstancias de unaEstudio comparativo de las circunstancias de unasituacin, o de los factores que intervienen en unsituacin, o de los factores que intervienen en un

    proceso, para tratar de prever su evolucinproceso, para tratar de prever su evolucinEste trmino se aplica en diversas reas del conocimientoEste trmino se aplica en diversas reas del conocimiento

    DemografaDemografa EconomaEconoma EcologaEcologa MeteorologaMeteorologa

    etcetc

    Lo primero que hay que hacer es definir cual es elLo primero que hay que hacer es definir cual es elSISTEMA al cual se va a aplicar el balance!SISTEMA al cual se va a aplicar el balance!

    TIPOS DE SISTEMASTIPOS DE SISTEMAS

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    Ecuacin general de balanceEcuacin general de balance

    Da cuenta de lo que sucede dentro del sistemaDa cuenta de lo que sucede dentro del sistema ACUMULACIONACUMULACION GENERACIONGENERACION CONSUMOCONSUMO

    Y como interacta el sistema con los alrededoresY como interacta el sistema con los alrededores ENTRADAENTRADA SALIDASALIDA

    ][][][][][ CGSEA +=

    A que se puede aplicar?A que se puede aplicar?PROPIEDADES CONSERVATIVAS:PROPIEDADES CONSERVATIVAS:

    MASAMASA CANTIDAD DE MOVIMIENTOCANTIDAD DE MOVIMIENTO

    ENERGIAENERGIA

    PROPIEDADES NO CONSERVATIVAS:PROPIEDADES NO CONSERVATIVAS:

    CANTIDAD DE SUSTANCIACANTIDAD DE SUSTANCIA VOLUMENVOLUMEN ENTROPIAENTROPIA

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    Tipos de balancesTipos de balances BALANCE DIFERENCIALBALANCE DIFERENCIAL

    Indica lo que ocurre en un instante determinado.Indica lo que ocurre en un instante determinado.Cada trmino del balance es una velocidad.Cada trmino del balance es una velocidad.

    BALANCE INTEGRALBALANCE INTEGRALIndica lo que ocurre en un intervalo de tiempo.Indica lo que ocurre en un intervalo de tiempo.

    Cada trmino del balance es una porcin de la propiedad.Cada trmino del balance es una porcin de la propiedad.

    Balances de materia:Balances de materia:

    BALANCE TOTALBALANCE TOTAL BALANCE DE ESPECIES ATOMICASBALANCE DE ESPECIES ATOMICAS BALANCE DE ESPECIES MOLECULARESBALANCE DE ESPECIES MOLECULARES

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    Casos particularesCasos particulares

    En estado estacionarioEn estado estacionarioACUMULACION = 0ACUMULACION = 0

    Si la propiedad es conservativaSi la propiedad es conservativaGENERACION = 0 y CONSUMO = 0GENERACION = 0 y CONSUMO = 0

    ][][][][][ CGSEA +=

    ][][][][ CGES +=

    ][][ ES =

    EJEMPLO 1EJEMPLO 1

    Balance de benceno:Balance de benceno:500 kg/h = 450 kg/h + m500 kg/h = 450 kg/h + m22 Balance de tolueno:Balance de tolueno:

    500 kg/h = m500 kg/h = m11 + 475 kg/h+ 475 kg/h Balance total:Balance total:

    1000 kg/h = 925 kg/h + m1000 kg/h = 925 kg/h + m11 + m+ m22

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    Base de clculo y escala del procesoBase de clculo y escala del proceso Para poder resolver los balances de un proceso se requierePara poder resolver los balances de un proceso se requiereconocer como mnimo EL CAUDAL DE UNA CORRIENTE.conocer como mnimo EL CAUDAL DE UNA CORRIENTE. Este caudal fija la ESCALA DEL PROCESO.Este caudal fija la ESCALA DEL PROCESO. Si el problema no indica ningn caudal es necesarioSi el problema no indica ningn caudal es necesario

    tomar una BASE DE CALCULO.tomar una BASE DE CALCULO. Consiste en adoptar el caudal de una corriente,Consiste en adoptar el caudal de una corriente,elegida convenientemente, y resolver los balanceselegida convenientemente, y resolver los balances

    de materia con esa base.de materia con esa base. Luego, si esa base no es satisfactoria, se puedeLuego, si esa base no es satisfactoria, se puede

    cambiar la escala del proceso.cambiar la escala del proceso. Para ello se utiliza el Para ello se utiliza el factor de cambio de escalafactor de cambio de escala..

    calculodebasedeseadaescalaf..

    .

    =

    EJEMPLO 1 EJEMPLO 1 cambio de escalacambio de escala

    Ahora se desea obtener 1000 kg/h de destiladoAhora se desea obtener 1000 kg/h de destilado Cunta alimentacin se requiere?Cunta alimentacin se requiere? Cunto producto de fondo se obtiene?Cunto producto de fondo se obtiene?

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    GRADOS DE LIBERTADGRADOS DE LIBERTAD

    II: : nmero de incgnitas del diagrama de flujonmero de incgnitas del diagrama de flujo CAUDALESCAUDALES FRACCIONESFRACCIONES

    EE: : nmero de ecuaciones independientesnmero de ecuaciones independientes

    Segn el signo tenemos:Segn el signo tenemos: L = 0, el problema tiene solucin nicaL = 0, el problema tiene solucin nica L > 0, faltan datos para resolver el problemaL > 0, faltan datos para resolver el problema L < 0, el problema est sobreL < 0, el problema est sobre--especificadoespecificado

    EIL =

    Ecuaciones independientesEcuaciones independientes BALANCES DE MATERIABALANCES DE MATERIA

    Si el proceso tiene n componente se pueden escribirSi el proceso tiene n componente se pueden escribircomo mximo n ecuaciones de balances como mximo n ecuaciones de balances

    independientes.independientes. SUMA DE FRACCIONESSUMA DE FRACCIONES

    Si el proceso tiene n corrientes cuya composicin seSi el proceso tiene n corrientes cuya composicin sedesconoce se pueden escribir n ecuaciones de sumadesconoce se pueden escribir n ecuaciones de suma

    de fracciones.de fracciones.

    DATOS ADICIONALESDATOS ADICIONALESUna ecuacin por cada dato adicional dado, por ejemploUna ecuacin por cada dato adicional dado, por ejemplo

    una proporcin dada entre dos corriente o dosuna proporcin dada entre dos corriente o dosfracciones.fracciones.

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    EJEMPLO 1 EJEMPLO 1 grados de libertadgrados de libertad

    EcuacionesEcuaciones::2 de balances de materia independientes2 de balances de materia independientes

    0 de suma de fracciones0 de suma de fracciones0 de datos adicionales0 de datos adicionales IncgnitasIncgnitas: : 2 ( m2 ( m11 y my m22 )) LL = 2 = 2 2 = 2 = 00

    EJEMPLO 2EJEMPLO 2Componentes:Componentes:1 = i1 = i--propanolpropanol2 = n2 = n--propanolpropanol

    Corrientes:Corrientes:A, D y FA, D y F

    mmAAyy1,A1,Ayy2,A2,A

    mmDDyy1,D1,Dyy2,D2,D

    mmFFyy1,F1,Fyy2,F2,F Balance de iBalance de i--propanol:propanol:

    mmAA.y.y1,A1,A = m= mDD.y.y1,D1,D + m+ mFF.y.y1,F1,F Balance de nBalance de n--propanol:propanol:mmAA.y.y2,A2,A = m= mDD.y.y2,D2,D + m+ mFF.y.y2,F2,F Balance total:Balance total:mmAA = m= mDD + m+ mFF

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    Balances en procesos con mltiples unidadesBalances en procesos con mltiples unidades

    Recirculacin y Derivacin (bypass)Recirculacin y Derivacin (bypass)

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    EJEMPLO 3EJEMPLO 3

    Segunda Parte:Segunda Parte:Balances de materiaBalances de materiaen procesos reactivosen procesos reactivos

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    La reaccin qumicaLa reaccin qumicay la estequiometray la estequiometra

    dDcCbBaA ++

    Reactivo limitante y en exceso?Reactivo limitante y en exceso?

    ba

    n

    n

    B

    A =

    ba

    n

    n

    B

    A 0, faltan datos para resolver el problemaL > 0, faltan datos para resolver el problema L < 0, el problema est sobreL < 0, el problema est sobre--especificadoespecificado

    EIL =

    EJEMPLO 5EJEMPLO 5Se desea obtener Se desea obtener monoclorometanomonoclorometano en un reactor continuo en el que se producen en un reactor continuo en el que se producen las siguientes reacciones:las siguientes reacciones:

    CHCH44(g) + Cl(g) + Cl22(g) CH(g) CH33Cl(g) + Cl(g) + HClHCl(g)(g)CHCH33Cl(g) + ClCl(g) + Cl22(g)(g) CH CH22ClCl22(g) + (g) + HClHCl(g)(g)

    La alimentacin contiene 70% molar de etano y el resto de cloro. Si la La alimentacin contiene 70% molar de etano y el resto de cloro. Si la conversin alcanzada es del 80% y la selectividad de 5 mol CHconversin alcanzada es del 80% y la selectividad de 5 mol CH33Cl / mol CHCl / mol CH22ClCl22hallar hallar la composicin completa del efluente del reactorla composicin completa del efluente del reactor y y el rendimientoel rendimiento..

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    Tercera Parte:Tercera Parte:Balances de materiaBalances de materia

    en procesos deen procesos decombustincombustin

    Los SERVICIOS AUXILIARESLos SERVICIOS AUXILIARES

    Proporcionan distintos recursos sin losProporcionan distintos recursos sin loscuales la planta no puede operar.cuales la planta no puede operar.

    No forman parte del No forman parte del ncleo del procesoncleo del proceso..Intervienen en los balances de masaIntervienen en los balances de masa

    y energa.y energa.Son similares en procesos distintos.Son similares en procesos distintos.Cada uno posee una ubicacin ptimaCada uno posee una ubicacin ptima

    dentro de los lmites de batera de la planta.dentro de los lmites de batera de la planta.

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    Cmo se clasifican?Cmo se clasifican?Segn el tipo de recurso que proporcionan:Segn el tipo de recurso que proporcionan:

    1)1) Ser