IIQ Semestre 1 Otoño 2015Tema No. 5 Fundamentos de Balances de Materia Dra. Diana Bustos Martínez Notas de clase IIQ otoño 2015 1 Conservación de la masa y balances de materia Una de las leyes básicas de física es la ley de la conservación de la masa. Por consiguiente, la masa (o el peso) total de todos los materiales que intervienen en el proceso debe ser igual a la de todos los materiales que salen del mismo, más la masa de los materiales que se acumulan o permanecen en el proceso. entradas = salidas +acumulación Notas de clase IIQ otoño 2015 5-1 2 A este tipo de sistema se le llama proceso en estado estacionario.Conservación de la masa y balances de materia En la mayoría de los casos no se presenta acumulación de materiales en el proceso. “lo que entra debe salir”. por lo que las entradas son iguales a las salidas. entradas = salidas Notas de clase IIQ otoño 2015 5-2 3 . Expresado en otras palabras. Balances de materia Para resolver un problema de balance de materia es aconsejable proceder mediante una serie de etapas definidas. Notas de clase IIQ otoño 2015 4 . 3. Trazar un diagrama simple del proceso. 2. las cuales son: 1. Seleccionar una base para el cálculo. Escribir las ecuaciones químicas involucradas (si las hay). Realizar el balance de materia. 4. En el proceso de concentración de jugo de naranja. el zumo recién extraído y filtrado que contiene 7. calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado y agua de salida. En el evaporador se extrae agua y el contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. se alimenta a un evaporador al vacío. Para una entrada de 1000 kg/h. Notas de clase IIQ otoño 2015 5 .Ejemplo: Concentración de jugo de naranja.08% de sólidos en peso. 1000=W+C 5-3 Notas de clase IIQ otoño 2015 6 . Note que la letra W representa la cantidad desconocida o incógnita de agua y C es la cantidad de jugo concentrado. Etapa 3: Base de cálculo 1000 kg/h de jugo en la entrada.Ejemplo: Concentración de jugo de naranja. Etapa 4: Se procede a un balance total de materia usando la ecuación 5-2. solución Solución: Etapa 1: se traza un diagrama de flujo del proceso. Etapa 2: No hay reacciones químicas. solución Esto produce una ecuación con dos incógnitas. Por lo tanto.1 kg/h de jugo concentrado. Notas de clase IIQ otoño 2015 7 .Ejemplo: Concentración de jugo de naranja. Se obtiene C = 122.08 100 = 𝑊(0) + 𝐶 58 100 5-4 Para resolver estas ecuaciones.9 kg/h de agua. se hace un balance de componentes con base en el sólido: 1000 7. primero se despeja C en la ecuación (5-4) pues W desaparece. Sustituyendo el valor de C en la ecuación (5-3). 1000 = 𝑊 + 122.1 se obtiene que W = 877. Muchas veces se presentan varios procesos en serie.2 = 877.2 En el ejemplo solo intervino un proceso. comprobación Para comprobar los cálculos.9 + 122. 929.5 Al resolver.08 100 = 877. Notas de clase IIQ otoño 2015 8 .9 + 51. en cuyo caso puede llevarse a cabo un balance por separado de cada proceso y un balance para la totalidad del proceso general.1 100−58 100 5. puede escribirse un balance del componente agua. 1000 100−7.3 = 929.Ejemplo: Concentración de jugo de naranja. Notas de clase IIQ otoño 2015 9 . Notas de clase IIQ otoño 2015 10 . Notas de clase IIQ otoño 2015 11 . Solución taller 9 Notas de clase IIQ otoño 2015 12 . 0 + 13. Balance de materia en el extractor: (300 + 87.0 kg aceite = y2 m2 Notas de clase IIQ otoño 2015 13 .0) kg = m2 Balance de sólidos en el extractor: 87.0 Kg S = x2m2 Balance de aceite en el extractor: 13.Solución Ejemplo 9 Base de cálculo: 100 Kg de frijol de soya en la corriente de alimentación. I. 0) kg = m2 Balance de sólidos: 87.0 Kg S = x2m2 Balance de aceite: 13.0 kg aceite = y2 m2 Notas de clase IIQ otoño 2015 14 .Balance de materia en el extractor Balance global: (300 + 87.0 + 13. Balances de materia en el filtro Balance global m2 kg = m3 + m4 kg aceite / kg de hexano (en la torta de filtrado) Notas de clase IIQ otoño 2015 15 . Notas de clase IIQ otoño 2015 16 . Taller 1 Calcule la composición resultante de mezclas de 2 corrientes de proceso (A.Balances.B) contiene 30% en masa de etanol en agua (A) y 45% en masa de butanol en agua (B). Notas de clase IIQ otoño 2015 17 . que se mezcla a razón de 150 g/min cada uno de ellos. ¿cuántas lb mol de cada componente se obtendrán? Notas de clase IIQ otoño 2015 18 . Si 400 lb mol de esta mezcla fueron separados en sus componentes.Balances. Taller 2 Una mezcla de SO2. H2S y SO3 contiene partes iguales de cada componente. la primera mezcla contiene 40% en peso de metanol. mientras que la segunda tiene una fracción molar de 0. ¿Cual es la composición resultante? Calcule el equivalente en lbmol y lbm. Notas de clase IIQ otoño 2015 19 .Balance s Taller 3 Se tienen dos mezclas de metanol-agua en recipientes separados.65 de metanol. Si se combinan 200 g de la primera mezcla con 310 g de la segunda. Balances Taller 4 Una solución acuosa de NaOH contiene un 20% en peso. Se desea producir una solución al 8% en peso. diluyendo una corriente de la solución al 20% utilizando agua pura. Notas de clase IIQ otoño 2015 20 . ¿Cual es el flujo molar de SO2? Exprese los resultados en su equivalente másico en kg/h. Notas de clase IIQ otoño 2015 21 . lbm/h.Balances Taller 5 Una corriente contiene H2S de gases inertes y una segunda corriente de SO4 puro se alimentan a un reactor de recuperación de S donde ocurre la siguiente reacción: 2 H2S + SO2 3S + H2O Se ajustan los flujos de manera que la relación de H2S y SO2 en la alimentación combinada sea siempre estequiométrica si la primera corriente contiene 85% molar de H2S y entra a la unidad con un flujo de 400 moles/h. g/h. especifique la corriente del proceso. Notas de clase IIQ otoño 2015 22 .Balances Taller 6 100 mol/min de C2H6 son alimentados a un incinerador. Notas de clase IIQ otoño 2015 23 . Calcular el flujo de alimentación de N2 al reactor en kg. El flujo de la corriente es 3000 kg/h.Balances. Taller 7 La alimentación de un reactor de síntesis de amoniaco contiene 25% mol de N2 y el resto de H2. Taller 8 Una mezcla de metano y etano contiene 30% peso de etano.Balances. a) ¿cuáles son las fracciones masa de cada especie? b) ¿cuánto metano hay en 200 Kg de la mezcla. c) ¿cuál debe ser el flujo de la mezcla para que el flujo másico del etano sea 75 lb/s? Notas de clase IIQ otoño 2015 24 .