tema 2 fiq balances de materia sin rq en estado estacionario 2012 2013

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Fundamentos de Ingeniera QumicaTema 2. Balances de Materia sin Reaccin Qumica en Estado Estacionario.(8 horas)

Bloque II

Eva M Romeo Salazar

FUNDAMENTOS DE INGENIERA QUMICABLOQUE II. BALANCES DE MATERIA Y ENERGA MACROSCPICOS.Tema 2. Balances de materia sin reaccin qumica en estado estacionario. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Consideraciones previas. Principio de conservacin de la materia. Conceptos bsicos. Clasificacin de los procesos. Ecuacin general del balance: discontinuos y semicontinuos. balance para procesos continuos,

Diagrama de flujo de un proceso. Lmites del sistema, base de clculo, elemento clave. Reciclo, derivacin y purga. Procedimiento sistemtico para la realizacin de balances de materia en estado estacionario sin reaccin qumica.

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BLOQUE

II.

BALANCES DE MATERIA Y ENERGA MACROSCPICOS

Bibliografa especfica :PEIR PREZ, J.J., GARCIA BARRIDO, J., Balances de materia. Problemas resueltos (vol I.). Universidad Politcnica de Valencia. Valencia 1997. FELDER, R.M. y ROUSSEAU, R.W., Principios Elementales de los Procesos Qumicos. Wiley (3a ed.), Nueva York, (2003). Parte 2 y 3 HENLEY, E.J., ROSEN, E.M., Clculo de Balances de Materia y Energa. Revert, S,A. Barcelona, 1978. Captulo 2. VALIENTE, A. Problemas de Balance de Materia y Energa en la Industria Alimentaria. Limusa. Mexico (1997). HIMMELBLAU, D. M., Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering. 6 ed. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. Traduccin al castellano, 6 ed.: Balances de materia y energa. Prentice-Hall Inc. (1999).

FUNDAMENTOS DE INGENIERA QUMICABLOQUE II. BALANCES DE MATERIA Y ENERGA MACROSCPICOS.Tema 2. Balances de materia sin reaccin qumica en estado estacionario. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Consideraciones previas. Principio de conservacin de la materia. Conceptos bsicos. Clasificacin de los procesos. Ecuacin general del balance: discontinuos y semicontinuos. balance para procesos continuos,

Diagrama de flujo de un proceso. Lmites del sistema, base de clculo, elemento clave. Reciclo, derivacin y purga. Procedimiento sistemtico para la realizacin de balances de materia en estado estacionario sin reaccin qumica.

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Consideraciones Previas Qu son los balances? Los clculos de balance se basan en los principios de conservacin de materia y energa Sirven para determinar los flujos, composiciones y temperaturas de todas las corrientes que intervienen en el proceso a partir de informacin especfica o supuesta sobre el funcionamiento de algunos equipos del proceso o de las propiedades de algunas corrientes. Los balances de materia son la base del diseo de procesos. Un balance de materia sobre un proceso completo determinar las cantidades de materias primas que se requieren y los productos que se producen. Los balances sobre unidades de proceso individuales nos dan los flujos de las corrientes, sus composiciones y temperaturas.

Consideraciones Previas Para qu sirven?Los balances de materia y energa son tiles para: Evaluar composiciones finales tras un mezclado Determinar rendimientos reaccin, mezcla Diseo de equipos La informacin sobre las corrientes de E y S de la unidad de proceso es fundamental de cara al diseo de la misma. Adems, debido a la imposibilidad prctica de medir todas las corrientes de un proceso, a partir de informacin conocida de algunas de ellas y mediante balances, se pueden calcular el resto. Los balances de energa sern esenciales por ejemplo para el diseo de sistemas que impliquen calentamientos y enfriamientos, para asegurar que los fluidos utilizados en el intercambio de calor son dimensionados adecuadamente para cumplir las especificaciones del diseo. La aplicacin conjunta de ambos tipos de balances se usarn en el caso en que durante el proceso existan variaciones de fase o aparicin de otras nuevas (evaporaciones, condensaciones, etc) y eficacias en procesos de: separacin, separacin

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Algunos Conceptos BsicosProceso: serie de acciones, operaciones o tratamientos queproducen una transformacin fsica o qumica dando como resultado un producto

Unidad de equipo donde se lleva a cabo cada una de las etapas Proceso: bsicas u operaciones unitarias que constituyen elproceso.

Flujo de cantidad de materia o flujo de las entradas y salidas Proceso: del proceso o del sistema objeto de estudio.

Balance de contabilizacin de la materia que entra y sale de un Materia: proceso realizada en base al ppo de conservacin dela materia.

FUNDAMENTOS DE INGENIERA QUMICABLOQUE II. BALANCES DE MATERIA Y ENERGA MACROSCPICOS.Tema 2. Balances de materia sin reaccin qumica en estado estacionario. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Consideraciones previas. Principio de conservacin de la materia. Conceptos bsicos. Clasificacin de los procesos. Ecuacin general del balance: discontinuos y semicontinuos. balance para procesos continuos,

Diagrama de flujo de un proceso. Lmites del sistema, base de clculo, elemento clave. Reciclo, derivacin y purga. Procedimiento sistemtico para la realizacin de balances de materia en estado estacionario sin reaccin qumica.

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Clasificacin de los ProcesosEn base a las caractersticas de los flujos de E y S:Proceso continuo: Flujo continuo de entrada y salida del proceso (durante el periodo de tiempo que se analiza el proceso) Todos los flujos y propiedades son constantes con el tiempo, no hay trmino de acumulacin. Rgimen permanente estacionario

Proceso discontinuo o intermitente: No existen flujos continuos de entrada y salida del proceso (entre el tiempo que se realiza la alimentacin y el tiempo en que se extrae el producto) Se opera por lotes: las propiedades del sistema cambian con el tiempo. Existe acumulacin Rgimen no estacionario, transitorio, transiente, dinmico

Proceso semicontinuo: Ni continuo ni discontinuo: continuo para unas corrientes y discontinuo para otras.

Clasificacin de los ProcesosEn base a la relacin Sistema-EntornoSistema:parte del universo aislada objeto de estudio. En los procesos se define el sistema como la porcin del mismo p p establecida especficamente para su anlisis.

Sistema Abierto: existe transferencia de materia hacia o

desde el exterior a travs de su frontera. (procesos continuos).

Sistema Cerrado: no existe transferencia de materia hacia o desde el exterior a travs de su frontera durante el intervalo de tiempo de inters (procesos discontinuos). Sistema Aislado: sistema cerrado en el que no existe

transferencia de energa a travs de sus lneas frontera (sistema adiabtico). Sistema Isotermo la Energa fluye a travs de la lnea frontera para mantener la T constante.

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Principio de ConservacinLey de conservacin de la materia: La materia no se crea ni se destruye, slo se transforma transformaEn una planta de proceso, la cantidad total de materia que entra en ella ha de ser igual a la cantidad total de materia que sale de la misma, ms toda la materia que se haya acumulado d t l d dentro.

mE

mA PROCESO mE = mS + mA

mS

Este enunciado es general y tiene validez en todas las situaciones fsicas posibles, con la excepcin de las reacciones nucleares, en las que s se destruye parte de la materia para convertirse en energa, segn la famosa ecuacin de Einstein E=mc2.

FUNDAMENTOS DE INGENIERA QUMICABLOQUE II. BALANCES DE MATERIA Y ENERGA MACROSCPICOS.Tema 2. Balances de materia sin reaccin qumica en estado estacionario. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Consideraciones previas. Principio de conservacin de la materia. Conceptos bsicos. Clasificacin de los procesos. Ecuacin general del balance: discontinuos y semicontinuos. balance para procesos continuos,

Diagrama de flujo de un proceso. Lmites del sistema, base de clculo, elemento clave. Reciclo, derivacin y purga. Procedimiento sistemtico para la realizacin de balances de materia en estado estacionario sin reaccin qumica.

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Ecuacin General de BalanceSi adems en ese sistema se produce reaccin qumica: durante la reaccin se produce la aparicin de nuevas especies y la desaparicin de otras que ya existan. p p q y

ENTRA + GENERA - DESAPARECE - SALE = ACUMULAa travs de las fronteras del sistema dentro del sistema por reaccin dentro del sistema por reaccin a travs de las fronteras del sistema dentro del sistema

Reaccin

Ecuacin General de BalanceSe puede aplicar a cada una de las sustancias involucradas en el proceso

Ecuacin General de BalanceSe pueden escribir dos tipos de balances:

BALANCES DIFERENCIALES: indican lo que est sucediendo en el sistema durante un instante de tiempo dado. Los trminos de la ecuacin general se definen por unidad de tiempo (velocidad). Este es el tipo de balances para sistemas continuos. BALANCES INTEGRALES: describen lo que ha ocurrido durante un intervalo de tiempo comprendido entre dos instantes de tiempo. Aplicado a los procesos intermitentes o batch: t1= entrada de la alimentacin y t2= vaciado del tanque.

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FUNDAMENTOS DE INGENIERA QUMICABLOQUE II. BALANCES DE MATERIA Y ENERGA MACROSCPICOS.Tema 2. Balances de materia sin reaccin qumica en estado estacionario. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Consideraciones previas. Principio de conservacin de la materia. Conceptos bsicos. Clasificacin de los procesos. Ecuacin general del balance: discontinuos y semicontinuos. balance para procesos continuos,

Diagrama de flujo de un proceso. Lmites del sistema, base de clculo, elemento clave. Reciclo, derivacin y purga. Procedimiento sistemtico para la realizacin de balances de materia en estado estacionario sin reaccin qumica.

Diagrama de Flujo Qu es y qu debe contener?Diagrama de flujo de proceso: representacin esquemtica de las etapas y lneas de proceso que constituyen el mismo.Es un modelo esquemtico del proceso en el que se muestra: La disposicin de los equipos para llevar a cabo el proceso. Las conex