Qumica Industrial

BALANCE DE MATERIA

El Balance de Materia

Ley de la Conservacin de la materia

La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma

Entonces podemos utilizar este principio para llevar la contabilidad de los materiales en los

procesos qumicos

Ecuacin del Balance de Materia

Acumulacin = Entradas Salidas + Generacin Consumo

SISTEMA

Entrada

Salida

En el

sistema

A travs de los

Lmites del sistema

En el

sistema

Balance de Materia

Si el sistema se encuentra en estado estacionario, no hay acumulacin en el sistema.

Acumulacin = 0

En sistemas donde no hay reaccin qumica, no se generan ni se consumen sustancias.

( generacin y/o consumo ) = 0

Resolucin de Problemas de

Balance

1. Grafique el Diagrama de Flujo del Proceso.

2. Coloque los datos conocidos de las corrientes de materia y los que

se puedan calcular con facilidad.

3. Tome un sistema y considerando slo las corrientes que entren y

salen de l (No las internas) realice los balances: totales, por

componente o por elemento que sean independientes entre s.

4. En el caso que el sistema de ecuaciones no est determinado,

tome un sub-sistema y repita la operacin anterior.

5. Resuelva las ecuaciones simultneas.

Representacin Grfica de Procesos

1. Cada UNIDAD es

representada por un

rectngulo o la grfica que le

corresponda.

2. Los FLUJOS DE MATERIA

estn representados por lneas

que entran y salen de las

unidades.

3. Deben escribirse todos los

datos posibles sobre las

COMPOSICIONES de las

corrientes.

0,1 Bz

0,9 Tol

A

F

P

100 l/h

0,5 Bz

0,5 Tol

0,9 Bz

0,1 Tol

Ejemplo: Columna de destilacin

1. Grafique el Diagrama de Flujo del Proceso.

2. Coloque los datos conocidos de las corrientes de

materia y los que se puedan calcular con facilidad.

F

10000 kg/h

50% Bz

50% Tol

P

0,95 Bz

W

0,98 Tol

T

R 0,05 Tol

0,02 Bz

NOTA:

En gases el % es en

moles:

En slidos y lquidos

el % es en peso.

Tome un sistema y considerando slo las corrientes que entren y

salen de l (No las internas) realice los balances: totales, por

componente o por elemento que sean independientes entre s.

F

P

W

T

R

T = P + R

Subsistema 2

F = P + W

Sistema 1

Por ejemplo en el Sistema 1 hemos podido plantear los

siguientes balances.

Balance Global:

F = P + W

Balance por componentes:

Bz 0,5 F = 0,95 P + 0,02 W

Tol 0,5 F = 0,05 P + 0,98 W

Las 3 ecuaciones

no son indepen-

dientes

Balance por elementos:

(innecesario cuando no hay Rx. Qumicas)

(Bz = C6H6, PM=78) (Tol = C7H8 PM = 92)

Carbono:

(0,5*6/78 + 0,5*7/92)F = (0,95*6/78+0,05*7/92)P+(0,05*6/78+0,98*7/92)W

Hidrgeno:

Se procede de la misma manera

Operaciones con Recirculacin:

SISTEMA Y SUBSISTEMAS

F P

R

A S

Operaciones con DERIVACIN

SISTEMA Y SUBSISTEMAS

F P

R

A S

W

P = 60 lb 80 % EtOH 15 % MeOH 5 % H2O

F = 100 lb 50 % EtOH 10 % MeOH 40 % H2O

EJEMPLO 1.- Dado el siguiente esquema, determine si la corriente W entra sale del sistema y calcule su composicin.

EJEMPLO 2.- Dado el siguiente esquema, determine si la corriente B entra sale del sistema, calcule el flujo msico de las corrientes B y C.

B = ? 22 % MeOH 78 % H2O

C = ? 91 % EtOH 9 % H2O

A = 100 kg/s 50 % EtOH 10 % MeOH 40 % H2O

EJERCICIO 1 Se encontr que una pulpa hmeda tena 71 % de agua. Despus del proceso de secado se determin que se haba eliminado el 60 % del agua original. Calcule:

a) La composicin de la pulpa seca b) La cantidad de agua eliminada por libra de pulpa

hmeda alimentada

Pulpa hmeda 71% H2O

H2O

Pulpa seca

Ejemplo 1

Cuantas son libras de recirculacin por lb de alimentacin si

la cantidad de A de desperdicio es de 100 lb?

Recirculacin de A

nicamente

Composicin 40% A

20% A

80% B A 5%

B 95%

A ; desperdicio

alimentacin

S

W A

R

F G

40% A

20% A

80% B A 5%

B 95%

100% A 100%

Sist 1 Sist. 2

Solucin

Sistema 1

S

W

F

0,05A

0,95B

1,0W

0,2A

0,8B

ENTRADA = SALIDA

BALANCE GENERAL:

F = W + S => F = 100 + S

BALANCE DE A:

0,2F = W + 0,05 S => 0,2F = 100 + 0,05 S

Ecuaciones: F S = 100

0,2F 0,05 S = 100

F =

S =

Sistema 2 G

R

F

0,4 A

0,6 B

1,0A

0,2 A

0,8 B

BALANCE GENERAL:

F + R = G

BALANCE DE A:

0,2 F + R = 0,4 A

Ecuaciones: G R = F

0,4 G R = 0,2 F

R =

G =

2.- La etapa final de fabricacin de HNO3 es una destilacin en la que la concentracin del cido pasa de 60% a 99%. El diagrama de flujo se presenta en la figura. El objetivo del H2SO4 es disminuir la presin parcial del H2O, si no se aade acido sulfrico u otro agente de accin similar, imposible sobrepasar por evaporacin del 68%. Tomando como base 100 Kg de HNO3 concentrado. Calcular: a)El peso de agua que sale del evaporador b)El peso de acido sulfrico en G c)El peso de acido diluido que entra al sistema

condensador

destilador

P

99%

HNO3

100Kg

W

Vapor de agua P

93% H2SO4

G

60% H2SO4

F

60% HNO3

evaporador

2.- La siguiente representa el proceso de fabricacin de algunos

frmacos, donde es necesario la separacin de slidos mediante el

uso de centrifugas y filtros, esto mediante un ciclo cerrado. Dadas

estas mediciones experimentales del equipo bosquejado en el

diagrama. Calcule la velocidad en Lb/h del flujo de reciclaje R.

V 60% A 40%

Centrifuga Filtro

29% V

V 96% A 4%

96 Lb/hr V 20%

A 100%

R

P

F

W

S