TRATAMIENTO DE DESECHOS INDUSTRIALES: Balance de masa. Balance de Masa Ing. Miguel Alcala cristalizaciones etc. • Puesto que el trabajo del ingeniero debe ser cuantitativo la Matemática es una herramienta clave.FUNDAMENTOS DEL BALANCE DE MASA • El ingeniero debe comprender la aplicación de principios de Física y de Fisico-Química en los diversos pasos del proceso. • Los cuales producen cambios físicos tales como vaporizaciones. . condensaciones. FUNDAMENTOS DEL BALANCE DE MASA Proceso intermitente Proceso continuo . consumo = acumulación . Entrada + generación .ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE • El balance de materiales y de energía permiten establecer el tamaño de una planta.salida . PROCESOS CONTINUOS • En un proceso continuo en régimen permanente. en operación continua y “estable” o estacionaria el termino de acumulación debe ser nulo • En procesos sin reacción química y sin acumulación de materiales: Entrada + generación = salida + consumo SIN REACCION QUIMICA Entrada PROCESO Entrada = Salida Salida . 02%. Por la parte superior sale el alcohol con 78% de etanol. F D E S T I L A C I O N G L . Y por la parte inferior sale un concentrado con mucha agua y con una concentración de etanol de 0. • Determinar los flujos de las corrientes.Etanol • • • • Se trata de concentrar una disolución de alcohol en un destilador. Entra 2000 kg/h a 25 ºC con una concentración de etanol del 12%. F D E S T I L A C I O N G F: Etanol 12 % G: Etanol 78% L: Etanol 0.02%.Etanol • • • • Se trata de concentrar una disolución de alcohol en un destilador. Por la parte superior sale el alcohol con 78% de etanol.02% Base de calculo: L =2000 1 Hora Kg/h . Entra 2000 kg/h a 25 ºC con una concentración de etanol del 12%. • Determinar los flujos de las corrientes. Y por la parte inferior sale un concentrado con mucha agua y con una concentración de etanol de 0. 1 y Ec2 G = 307.0002 Balance Parcial Agua Agua en F = Agua en G + Agua l en L 2000 * 0.2582714 Kg/h L= 1692.Etanol F D E S T I L A C I O N G F: Etanol 12 % G: Etanol 78% L: Etanol 0.12 = G * 0.02% Base de calculo: Balance total =2000 Kg/h 1 Hora F = G + L 2000 = G + L Ec. 1 L Balance Parcial Etanol Etanol en F = Etanol en G + Etanol en L 2000 * 0.22 + L * 0.78 + L * 0.741729 Kg/h .88 = G * 0.9998 Ec2 Resolviendo Ec. La mezcla se evapora hasta que los sólidos solubles llegan al 65%. . Se le añade la pectina necesaria.MANUFACTURA DE MERMELADA • • • • • En una manufactura de mermelada se mezcla el azúcar con fruta (45% fruta y 55% azúcar). aproximadamente 250g/100Kg de azúcar. ¿Qué cantidad de mermelada se obtendrá a partir de una fruta con 12% de sólidos solubles? ¿Cuántos kg de mermelada se obtienen por kg de fruta en el proceso? La pectina se considerará como sólido soluble. 25 kilos 81.81818182 Kilos B total M1 + B total 81.Manufactura de mermelada M1 M2 M3 M4 M5 M6 Base de calculo Azucar Fruta Pectina Fruta 12% solidos solubles Azucar Pectina 250 g /100 kg de Azucar Mezcla Agua evaporada Mermelada 65% solidos solubles 100 kilos de azucar 100 kilos (100 x 0.55 0.250 Luego: M2 + M3 = M5 182.45) / 0.0681818 = M5 + M6 + M6 = M5 + M6 .818182 + 100 + 0. 818182 + 100 + 0.12 * 81.25 = 0 M6 = M5 = Mermelada por kilo de fruta: 169.335664 Kilos 12.06965812 .Manufactura de mermelada B parcial de solidos solubles: Solidos en M1 + Solidos en M2 + Solidos en M3 = Luego: 0.65 Mermelada Agua evaporada 169.818182 kg de fruta 2.335664 kg mermelada / 81.7325175 Kilos Solidos en M5 + Solidos en M6 + M6 * 0. Añadiendo después azúcar hasta alcanzar un 2% en el zumo concentrado M5. El zumo inicial recién exprimido M1 . Y se desea elevar esta cantidad en un 10% mediante evaporación. tiene un 5% de sólidos. .ZUMO DE NARANJA CONCENTRADO Se desea preparar un zumo de naranja concentrado dulce. Calcular la cantidad de agua que debe eliminarse y el azúcar que debe añadirse por cada 1000kg de zumo inicial exprimido. 10 * M3 Luego : M3 = 500 kilos M2 = 500 kilos .10 * M3 50 = 0. = M2 + M3 M2 + M3 Sólidos en M1 = Solidos en M2 + sólidos en M3 0.Zumo de naranja concentrado M1 M2 M3 M4 M5 Zumo de naranja Vapor de agua Zumo concentrado Azucar Zumo concentrado 5% solidos 10% solidos 2% Azucar BASE DE CALCULO: M1 = 1000 kg EN EL EVAPORADOR: Balance Total M1 1000 = BP: solidos.05 * 1000 = 0 + 0. Zumo de naranja concentrado EN LA MEZCLADORA Balance total M3 + M4 = M5 500 + M4 = M5 BP: azucar Azucar en M3 0 Resolviendo Ec(1) y Ec(2) + Ec (1) + azucar en M4 = azucar en M5 M4 = 0.20408163 Kilos .02 * M5 Ec (2) M5 = 510.2040816 Kilos M4 = 10. si la composición final de la mantequilla es del 15.4% de sal. . 40% agua).MANTEQUILLA Es conveniente añadir a la mantequilla obtenida en una máquina de elaboración de mantequilla en continuo.8% de humedad y de 1. añadiendo una solución (60% sal. Calcular la humedad inicial de la mantequilla antes de salarla. 60(M2) = M2 = 100 kilos 100 Sal en M3 0.Mantequilla M1 = Mantequilla inicial M2 = Solucion de sal M3 = Producto ? 60% Sal 1.48% Sal Base: M3 = Balance total: Balance Parcial Sal Agua 40% Agua 15.46666667 kilos .8% Agua M1 + M 2 = M3 M1 +M2 = Sal en M1 + Sal en M2 0 + = 0.0148 ( 100.0 ) 2. 53333 = Humedad inicial en M1 15% 0.Mantequilla Balance parcial Agua: Agua en M1 + Agua en M2 = Agua en M3 Agua en M1 + 0.46667 ) = Agua en M1 = Del Balance total: 0.8133333 kilos M1 + M1 = 2.5333333 kilos Humedad inicial en M1 14.151879699 .4000 ( 2.0 ) 14.0 97.466667 = 100.1580 ( 100.813333 / 97. 13% azúcar. El caudal de alimentación de caña de azúcar.AZÚCAR DE CAÑA • • • • • • En la figura se muestra un diagrama de flujo simplificado de la fabricación de azúcar. El jarabe (M3. M2. El evaporador produce un jarabe pesado (M7. 14% pulpa) que contiene fragmentos finamente divididos de pulpa se alimenta a una malla que separa toda la pulpa y produce un jarabe transparente (M4) que contiene 15% de azúcar y un 85% de agua en peso. 25% agua y 59% pulpa) se alimenta a un molino. 16% azúcar. El porcentaje del azúcar que entra con la caña que se pierde con el bagazo. Donde se extrae jarabe por trituración. . M6. b. Las fracciones de masa de los componentes del flujo de deshecho (M5. La caña de azúcar (M1. d. El agua eliminada en el evaporador. Determinar: • • • • a. M1. el bagazo resultante (M2) contiene un 80% de pulpa. 40% azúcar) y el cristalizador produce 900kg/h de cristales de azúcar. 95% Pulpa) c. 40% azúcar) y el cristalizador produce 900kg/h de cristales de azúcar. el bagazo resultante (M2) contiene un 80% de pulpa. El jarabe (M3. 25% agua y 59% pulpa) se alimenta a un molino.AZÚCAR DE CAÑA • • • • La caña de azúcar (M1. M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% 80% 14% 100% 95% 100% 100% . Donde se extrae jarabe por trituración. 13% azúcar. El evaporador produce un jarabe pesado (M7. 16% azúcar. 14% pulpa) que contiene fragmentos finamente divididos de pulpa se alimenta a una malla que separa toda la pulpa y produce un jarabe transparente (M4) que contiene 15% de azúcar y un 85% de agua en peso. 40% azúcar) y el cristalizador produce 900kg/h de cristales de azúcar.AZÚCAR DE CAÑA • El evaporador produce un jarabe pesado (M7. M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% M9 = 900 80% 14% 100% Kg/h Cristales de azúcar M 8 = 100% Agua M6 = 100% Agua 95% 100% 100% . Azúcar de caña M9 = 900 kg/h M9 = 900 Kg/h M 8 = 100% Agua M6 = 100% Agua M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% 80% 14% 95% 100% Balance en el cristalizador 100% 100% M7 = M8 + M9 M7 = M8 + 900 Balance parcial de azucar en el Cristalizador Azucar en M8 + Azucar en M9 M7 = 2250 Kg/h Luego: M8 = 1350 Kg/h Azucar en M7 = (0.4)M7 = 0 + 900 . 15)M4 = .Azúcar de caña M9 = 900 kg/h M8 = 1350 M7 = 2250 M 8 = 100% Agua M6 = 100% Agua M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% 80% 14% 95% 100% Balance en el evaporador 100% 100% M4 = M6 + M7 M4 = M6 + 2250 Balance parcial de azucar en el evaporador 0 + Azucar en M4 = Azucar en M6 + Azucar en M7 900 M4 = 6000 Kg/h Luego: M6 = 3750 Kg/h (0. 037037 Kg/h .95)M5 M3 = (6.14)M3 = 0 + (0.785714286)M5 Pulpa en M3 = Pulpa en M4 Ec (2) Resolviendo ecuaaciones (1) y (2) 7037.037037 Kg/h M3 = M5 = 1037.Azúcar de caña M9 = 900 kg/h M8 = 1350 M4 = 6000 M6 = 3750 M7 = 2250 M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% 80% 14% 100% Balance en la Malla 95% 100% 100% M3 = M4 + M5 M3 = 6000 + M5 Ec (1) Balance parcial de Pulpa en la Malla + Pulpa en M5 (0. Azúcar de caña M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% M9 = 900 kg/h M8 = 1350 M7 = 2250 M4 = 6000 80% 14% 100% 95% 100% 100% Balance en el Molino M1 = M2 + M3 7037.80)M2 + = (0.59)M1 = (0.14403 (0.14)6255.037 Resolviendo ecuaciones (3) y (4) Kg/h M2 = M1 = 22116.59)M1 M1 = M2 + Pulpa en M1 (0.40212 15079.80)M2 + 985.037 M5 = 1037.1851852 Ec (4) M6 = 3750 M3 = 7037.037037 Ec (3) Balance parcial de Pulpa en el Molino = Pulpa en M2 + Pulpa en M3 (0.36508 Kg/h . 2940% M1 = 22116.182940351 En porcentaje .Azúcar de caña M9 = 900 kg/h M8 = 1350 M7 = 2250 M4 = 6000 M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 13% 15% 40% Agua 25% 73% 85% 60% Pulpa 59% Total 100% M6 = 3750 M3 = 7037.182940351 18.037 80% 14% 95% 100% 100% Balance parcial de Azúcar en el Molino Azucar en M2 + Azucar en M3 100% Azucar en M1 = (0.365 Azucar en M2 = 2758.0.402 Fracciòn Agua en M2 = 1 .80 - Fracciòn Agua en M2 = 1.16)M1 = Azucar en M2 + (0.037 M2 = 15079.624339 Fracciòn Azucar en M2 = Kg/h 0.7060% 0.13)M3 M5 = 1037. 402 Azucar en M5 =14.294 13% 15% 40% Agua 25% 1.037 M5 1.706 73% 85% 60% Pulpa 59% 80% 14% Total 100% 100% 100% M6 = 3750 Balance parcial de Azucar en la Malla Azucar en M4 + Azucar en M5 M2 = 15079.014285714 100% .5714% M7 95% M3 = 7037.Azúcar de caña M9 = 900 kg/h M8 = 1350 M7 = 2250 M4 = 6000 M1 M2 M3 M4 Azucar 16% 18.15)M4 + Azucar en M5 M1 = 22116.365 100% Azucar en M3 = (0.13)M3 = (0.95 - Fracciòn Agua en M5 = 3.0.014285714 Fracciòn Agua en M5 = 1 .81481481 Kg/h Fracciòn Azucar en M5 = 0.4286% En porcentaje 0.037 M5 = 1037. 037 M4 = 6000 M2 = 15079.402 .706 73% 85% 3.365 M1 = 22116.Azúcar de caña M1 M2 M3 M4 M5 M7 Azucar 16% 18.037 M7 = 2250 M5 = 1037.294 13% 15% 1.4286 40% Agua 25% 1.5714 60% Pulpa 59% 80% 14% Total 100% 100% 100% 95% 100% 100% M9 = 900 kg/h M6 = 3750 M8 = 1350 M3 = 7037.