repaso contenido 1 balance de materia sin reaccion quimica

8/16/2019 Repaso Contenido 1 Balance de Materia Sin Reaccion Quimica

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ALCIRA SOCARRÁS CÁRDENAS FEBRERO 2016

Balance de materia

Clasifcaciónde los sistemas

biertos: INTERCAMBIAmateria con los alrededoresCerrados: NO INTERCAMBIAmateria con los alrededores

diabáticos: NO INTERCAMBIAcalor con los alrededores Aislados: NO INTERCAMBIAma

Proceso:Es cualquier operación que in olucra un ca!"io qu#!ico $#sico% qu#!ico o$#sico&qu#!ico en un !a'erial o !e(cla )e !a'eriales*

Ali!en'ación+a'eria ,ri!a PROCESO

,ro)uc'os )esea)os- secun)arios

Sistema: ,orción )el uni erso a es'u)iar* Can'i)a) )e !a'eria $i.a so"re la cual seen$oca la a'ención )e es'u)io*Alrededores:/o)o lo que es' $uera )el sis'e!a*Frontera: L#!i'e i!a inario o real que separa el SIS/E+A )e los ALREDEDORES*

Ejemplos:Abiertos: Cerrados: Adiabáticos: Aislados:

2



Balance de materiaClasi$icación )e los procesos

Tipo de Clasificación Clasificación Definición

•In'er!i'en'esBA/C3% por

car a4

Se ali!en'an los!a'eriales

Se re'iran los pro)uc'os

Se 5n la $or!a )eALI+EN/AR -RE/IRAR los •Con'inuo

!a'eriales

INICIO

Flujode

Alimentación

TRANSFORMACIÓN FINFlu joDe

Productos

Constante Constante

•Se!i&Con'inuo



Balance de materiaClasi$icación )e los procesos



Ti o de Clasificació DefinicióClasificación

Se 5n las

•Es'acionario

Las aria"les que )e$inen NO CA+BIAN con respec'o al 'ie!po*

CONDICIONES)e ,roceso

• NoEs'acionar io

Al una )e las aria"les en el proceso CA+BIAN con respec'o al 'ie!po*

,rocesos )e se aración $#sica Des'ilación A"sorción A)sorciónSe 5n laIn enier

#a7u#!ica

•Separación 3u!i)i$icación% Fil'ración% +e(cla)o% Li8i iación% Seca)o%Cris'ali(ación% /a!i(a)o% en're o'ras*

•Reac'i os,rocesos con reacción qu#!ica Reac'ores Discon'inuos% Reac'oresCon'inuos% Reac'ores I)eales% no I)eales% Reac'ores Ca'al#'icos%3o!o 9neos o :e'ero 9neos% Reac'ores !ono$ sicos% !ul'i$ sicos*

!



Balance de materiaEC;ACI<N DE BALANCE DE +A/ERIA

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

“La cantidad de materia del Uni erso es constante”Matemáticamente estosi"nifca #$e:

dmUNIVERSO = 0dt%ero

como:

UNIVERSO = SISTEMA + ALREDEDORES

&$ede entonces#$e:

dmSISTEMA

dt+ dm ALREDEDORES =

0 dt

No C$mpleRa'ón decambio

Entonces( la razón de cam io de materia en elsistema se debe a:

=Flu.o )e !a'erial queentra al sis'e!a=Flu.o )e !a'erial quesale )el sis'e!a=+a'erial que seconsume reac'i os4 en la reacción qu#!ica enca)a ins'an'e=+a'erial que seproduce pro)uc'os4 en la reacción qu#!ica enca)a ins'an'e



Balance de materiaEC;ACI<N DE BALANCE DE +A/ERIA

SISTEMA

Fe Fs

Si a lara!ón de cam"io )e !a'eria en el sis'e!a la lla!a!os ACU#ULAC$%&%en'onces% la ecuación eneral )e "alance )e !a'eria pue)e escri"irse co!o

)



ENTRADA ! "ENERACIÓN # CONS$MO # SA%IDA & AC$M$%ACIÓN%ara $n sistema( la ec$ación #$edará:

F'F() )Fn

SISTEMAFn!'

Fm#() )F*

*imasa o moles

tiempo

n m m

Entradas + ,eneración + - Cons$mo+ +./+./+./

p

+ n0/

m

1alida + . Ac$m$lación+./

* i

,i CON13MO1 de i

Ci * i

ENTRA4A1 ,ENERACIONE1 de i 1A5I4A1

6 dm i

dt

D n)ole $or!a !a'e! 'ica a la e8presión an'erior

/o!an)o en cuen'a que la can'i)a) o $lu.o )el co!pues'o i en una corrien'e es>? corrien'e

i? co!pues'o

Don)e F' i? Can'i)a) ó $lu.o ! sico o !olar4 )el co!pues'o i en la corrien'e F> ( ' i? Co!posición )el co!pues'o i en la corrien'e F> 7



F' ? can'i)a) o $lu.o ! sico o !olar4 )e la corrien'e F>



)*i ? @eneración )el co!pues'o i en la reacción .C*i? Consu!o )el co!pues'o i en la reacción .

Ai? Acu!ulación )el co!pues'o i

Tipos de +alances de #ateria+alance de #ateria Total m-sico.

F + ( @eneraciones− Consu!os )− F = )! SIS/E+A

∑ i ∑ ∑i= 1

∑ ii = ! + 1

EN/RADAS SALIDAS

+alance de #ateria por componente m-sico.n n

∑ 8i i=1

∗Fi+ (∑ @eneración

i − ∑ Consu!o

i )− ∑ 8i i=1

∗ Fi = )! i)/

EN/RADAS

+alance de #ateria Total molar.()

SALIDAS

n )n∑ i ∑ ∑ ∑ i

F + @eneraciones− Consu!os − F =i=1 i=! +1

SIS/E+A

)/EN/RADAS

+alance de #ateria por componente molar.n

SALIDAS

n- ∗ F + (

n!

)/

!



Consu!o )−- ∗ F = )n i

∑ i i ∑i=1

i ∑ i ∑ ii=1

i )/EN/RADAS SALIDAS 8



ENTRADAS ! "ENERACIONES + CONS$MOS + SA%IDAS & AC$M$%ACIONES

ENTRADAS ! "ENERACIONES + CONS$MOS + SA%IDAS & ,Como no ocurren reacciones -u.micas / entonces0

ENTRADAS ! , + , + SA%IDAS & ,

ENTRADAS & SA%IDAS

Balance de materiaConsideraciones en el +alance de #ateria

Si el proceso es en/stado /stacionario

0esultando entonces la ecuación:

/strate1ias para resol er pro"lemas de +alance de #ateria'1 ENTIENDA claramente el Pro lema

9 5ea el %roblema detenidamente9 Responda pre"$ntas como:; <&$= tipo de proceso es>; <C$ál es fnalidad del proceso>; <?a@ reacción #$ mica>; <&$= s$stancias entran @ c$ales salen>



Represente el proceso en $n 4ia"rama #$e incl$@a:999

Todas las 3nidades de %rocesoCada corriente4efna el 1istema por medio de $na *rontera

PROCESO


(1 DI2$3E un Dia4rama de Flujo0

51 ETI6$ETE el Dia4rama de Flujo0Rot$le con s mbolos sobre el 4ia"rama:

9 5as ariables conocidas: D$jos @ composición: *i( ( iA9 5as ariables desconocidas: D$jos @ composición: *i( ( iA9 InFormación adicional del %roceso como Ec$aciones9 E prese los datos o relaciones

proporcionadas por el problema a traG=sde ec$aciones matemáticas

F ' & ',,7489

A0 :, ;

<m8m1 2 0

:,;<m8m

1

OCESO




A 0 =( A & =

2 0 = ( 2 & ' # =Relación dada0

F

1F3

kg

A0 >?/( ; <m8m1 H20'/? ; <m8m1



2. /sco*a una +AS/ D/ C3LCUL4 :

= Es'a Base )e C lculo sie!pre ser una ARIABLE E /ENSI A*= ,ara encon'rar los $lu.os reales )e un Balance )e +a'eria se requiere al !enos unaaria"le e8'ensi a% en caso con'rario solo se po)r n encon'rar aria"les in'ensi as'e!pera'ura% presión% co!posición% en're o'ras4*

= Se pue)e u'ili(ar una Base )e C lculo )i$eren'e a la su!inis'ra)a por el pro"le!a -una e( resuel'o 9s'e% se )e"en corre ir los alores )e los $lu.os )e ca)a corrien'e!e)ian'e un $ac'or )e escala*

+p: alor )el Flu.o en la Base ,e)i)aC-lculo del Factor de/scala

FE = Bp

Bc+c : alor )el Flu.o en la Base u'ili(a)a para los c lculosA!"as Bp - Bc )e"en per'enecer a la !is!a corrien'e*

567Formular ecuaciones de "alance independientes867 Traducir cual9uierinformación adicionala ecuaciones

677DD eetteerrmmiinn ee elementos de ccoorrrreellaacciióónn o inculantes

;67<omo1enei!ar las unidades= /rans$or!e los )a'os en OL;+EN a +ASA ó +OLES a 'ra 9s )e la )ensi)a)

= /rans$or!e 'o)os los )a'os a un solo 'ipo )e !a ni'u) !asa o !oles4 en ;ni)a)es )e un!is!o Sis'e!a

=67 Cuando sea necesariocam"iar la "ase /



Balance de materiaTa"la de +alance de #ateria

Los Balances )e +a'eria pue)en ser presen'a)os en una /a"la que po)r#a 'ener si uien'e $or!a

Descripción Componente A Componente + Componente C Componente D/ntraConsumeFormaSale

E.e!ploSupon a!os un proceso de separación sencillo% enestado estacionario Acu!ulación ? 04% )on)e par'icipan'res sus'ancias A, + y C* Se ali!en'anF> masa.)e una !e(cla )e las 'res sus'ancias% con una co!posición! sica ? >A, ?>+, y ? >C respec'i a!en'e* /o)os los $lu.os )e sali)a F@y F . son ! sicos*

Los Flu.os !olares es' n relaciona)os con losFlu.os ! sicos por

*/ JmolarK .*/ JmásicoKLMM/*2JmolarK .*2JmásicoKLMM2* JmolarK .* JmásicoKLMM



Balance de materiaTa"la de +alance de #ateria

Don)e ++1% ++2 - ++ son las !asas !olares pro!e)io )e los $lu.o F1% F2 - F respec'i a!en'e/



Ejemplo:;na !e(cla que con'iene Benceno - /olueno en peso4 se ali!en'a a una 'orre )e)es'ilación% la corrien'e superior 'iene un concen'ración )el G Benceno !ien'ras que el H )el "enceno que se ali!en'a a la 'orre sale con la corrien'e in$erior* Si el $lu.o )e ali!en'ación es )e2000 J:* Se requiere que para es'e procesoa4 Di"u.e - e'ique'e el )ia ra!a )e $lu.o )el proceso*

"4 De'er!inar el $lu.o )e la corrien'e superior - los $lu.os ! sicos )el Benceno - /olueno en lacorrien'e in$erior

1ol$ción:>67,roceso con'inuo% es'acionario% sin reacción qu#!ica% )e separación@ y 67Di"u.ar - E'ique'ar Des'ila)o pro)uc'o )e ca"e(a4

*2 G Benceno /olueno

)es

F1?2000 J: '

l

Benceno ac /olueno i

ó

n

Resi)uo pro)uc'o )e $$oonn))oo44* B%?0%0HKF1KB%1

/% /2

i



Entonces: * / - *2-* .*/ . * 20 * J/K

Balance de Materia J%or COMPONENTE MA1ICOKEntrada . 1alida%ara Benceno:

(!) * / . ((HH)) ** 2 0 B * J2K

%ara Tol$eno:()) * / . ( ) * 2 0 T *

@) InFormación adicional:J K

B * . ( !) "L . (7 " BL J!K

1$stit$@endo la ec$ación J!K en la ec$ación J2K obtenemos:(!) * / . (H) * 2 0 (7 "L J)K /

567Balance )e +a'eria /O/AL +ASICO4En'ra)as @eneración M Consu!o M Sali)as ? Acu!ulaciónS us 'i'u-en)o qquuee))aa En'ra)a MS ali)a ? 0

H )el Benceno que se ali!en'a sale en la corrien'e in'erior Benceno ali!en'a)o a la 'orre ? 0% KF1 ?0% K100 J: ? J:



(!) / "L . (H) * 2 0 (7 +"L .P * 2. ! () "L1$stit$@endo el Galor en la ec$ación J/K obtenemos el Galor de * * . / "L - ! ()

Sus'i'u-en)o los alores )e F1 100 J:4 en ecuación 4

,ara calcular la co!posición )e 'olueno en la corrien'e in$erior se u'ili(a la ecuación 4

0% KF = 0%0 K F+ K F→

= 0% K100 J: & 0%0 K% H J:

= 0%G 62



/ 2 T T )7(!2 "LE5 %ROB5EMA IN4ICA &3E 5A A5IMENTACIQN E1 4E 2 "L por lo tanto es necesari

cambiar de base

/B/0C$C$4 P04PU/ST4:Un proceso de Destilación

Se )es'ilan 100 > J: )e una !e(cla que con'iene par'es i uales )e E'anol - A ua en !asa* La eloci)a) )e$lu.o )e pro)uc'o en el 'ope es )e H%H > J: - el resi)uo )e la )es'ilación con'iene %11 )e E'anol en !asa,ara es'e procesoa4Di"u.e - e'ique'e el )ia ra!a )e $lu.o )el proceso* "4Calcule la co!posición ! sica )el pro)uc'o en el 'ope*

/!

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