Balance de Masa-2009

7/30/2019 Balance de Masa-2009

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CONSERVACION DE

LA MASA Y

BALANCES DEMATERIA


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CONSERVACION DE LA MASA Y

BALANCES DE MATERIA Ley de Conservacin de la masa: La masano puede crearse, ni destruirse (excluyendolas reacciones nucleares o atmicas)

La masa total de todos los materiales queintervienen en el proceso debe ser igual a lade los materiales que salen del mismo, ms la

masa de los materiales que se acumulan opermanecen en el proceso.

ENTRADA = SALIDA + ACUMULACION


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En la mayora de los casos, no

se presenta acumulacin demateriales en el proceso, por lo

que las entradas son iguales a

la salida (lo que entra debe salir)

A este tipo de sistema se le

llama ESTADO ESTACIONARIO.

ENTRADA = SALIDA


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BALANCES SIMPLES DE

MATERIA

Procesos en estado estable, sin

que se verifique una reaccinqumica.

Unidades: kg, lbm, lb mol, g,kgmol, etc.


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Balances simples de materia

1. Trace un diagrama simple delproceso: incluya composiciones,cantidades, temperaturas yotros detalles.

Corriente de

entrada

Corriente de

salida


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Diagrama de flujoUna buena forma de clarificar unproblema es hacer un diagramasimplificado del proceso en estudio.

Deben ir todas las corrientes de flujodel proceso; las de entrada, las desalida e intermedias.

Los diferentes equipos deben estarrepresentados por smbolos o cuadros

que los representen.


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Ejemplo


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Balances simples de materia

2.Escriba las ecuaciones qumicasinvolucradas. ( si las hay)

3.Seleccionar una base para elclculo.

4.Proceder al balance de materia:puede ser global o parcial.


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Procesos donde no hay una

reaccin qumica: Secado

Evaporacin

Dilucin de soluciones

Destilacin

Extraccin


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Ejemplo 1

En el proceso de concentracin de jugo de

naranja, el zumo recin extrado y filtrado

contiene 7,08% de slidos en peso, se alimentaa un evaporador al vaco. En el evaporador se

extrae agua y el contenido de slidos aumenta

al 58% en peso. Para una entrada de 100kg/h

calcule la cantidad de las corrientes de jugoconcentrado y agua de salida.


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Ejemplo 2

Se est usando un evaporador para

concentrar soluciones de azcar de caa. Se

evaporan 1000 kg/da de una solucin quecontiene 38% en peso de azcar,

obtenindose una solucin con 74% en peso.

Calcule el peso de la solucin obtenida y la

cantidad de agua extrada.


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Ejercicio 3

En un proceso para fabricar jalea, la frutamacerada que tiene 14% en peso de slidossolubles se mezcla con azcar (1,22 kg azcar/

1,00 kg de fruta) y pectina (0,0025kg pectina/1,00 kg de fruta). La mezcla resultante seevapora en una olla para producir una jalea con67% en peso de slidos solubles. Calcule parauna alimentacin de 1000 kg de fruta macerada,los kg de mezcla obtenida y los kg de jaleaproducida.


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BALANCE DE MATERIA Y

RECIRCULACION Cristalizacin y recirculacin de KNO3.En un proceso que produce KNO3, el

evaporador se alimenta con 1000kg/h de una

solucin que contiene 20% de KNO3 y seconcentra a 422K para obtener una solucin deKNO3 al 50%. Esta solucin se alimenta a uncristalizador a 311K, donde se obtienen cristales

de KNO3 al 96%. La solucin saturada quecontiene 37,5% de KNO3 se recircula alevaporador. Calcule la cantidad de corriente derecirculacin R en kg/h y la corriente de salidade cristales P en kg/h


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diagrama de flujo

Evaporador

422 K

Cristalizador

311 K

Agua, W kg/h

Alim, 1000 kg/h

20% KNO3

S, kg/h

50% KNO3

Recirc, R kg/h

37,5% KNO3

Cristales, P

kg/h

4% H2O


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Cristalizacin y recirculacin Se desea producir 1000 kg/h de cristales de

Na3PO4.12H2O a partir de una solucin dealimentacin que contiene 5,6% de Na3PO4 ytrazas de impurezas. La solucin se evaporaprimero en un evaporador hasta obtener unaconcentracin de 35 % en peso y despus seenfra a 293 K en un cristalizador, de donde seextraen los cristales hidratados y la solucinmadre. De cada 10 kg de licor madre se pierde

1,0 kg para eliminar las impurezas y el resto serecircula al evaporador. La solubilidad delNa3PO4 a 293 K es 9,91% en peso. Calcule loskg/h de solucin de alimentacin y los kg/h deagua extrada.


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BALANCES DE MATERIA Y

REACCIONES QUIMICAS Combustin de un gas combustible

Un gas combustible que contiene 3,1

mol% de H2; 27,2% de CO; 5,6% CO2;0,5% O2; 63,6% N2, se quema con 20% deexceso de aire. La combustin del CO secompleta solo al 98%. Para 100kgmol degas combustible, calcule los moles decada componente en el gas de salida


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diagrama de flujo

Quemador100 kg mol de gas combustible

3,1% H2

27,2% CO

5,6% CO2

0,5% O2

63,6% N2

A, kg mol de aire

F kg mol de gas de combustin

H2O

CO

CO2

O2

N2

CO + O2 CO2

H2 + O2 H2O


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resolucin

Moles de O2 en el gas combustible:

()27,2 (CO) + 5,6 (CO2) + 0,5 (O2)

Moles tericamente necesarios:

1,55 + 13,6 0,5 = 14,65 moles de O2

Exceso de 20%= 14,65 *1,2= 17,58 moles


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resolucin

Moles de N2 en el gas combustible:

(79/21)17,58 = 66,1 moles de N2

Moles en el gas de combustin final:

3,1 moles de H2O

0,02 * (27,2) = moles de CO sin reaccionar


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resolucin

Balance total de C:Moles de entrada: 27,2 + 5,6 = 32,8

C de salida: 32,8 0,54= 32,26

Balance general de O2

O2 de entrada: 19,7 + 17,58 = 37,28

O2 de salida: 3,1/2 + 0,54/2= 32,26 + O2 libre

O2 libre= 3,2 moles

Balance general de N2

N2 de salida: 63,6 + 66,1= 129,7


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Combust in de coque.

Un horno quema coque que contiene 81.0%

en peso de C, 0.8% de H y el resto son

cenizas inertes. El horno utiliza 60% de

exceso de aire (con respecto al necesario

para la combustin completa del C a CO2 y

del H a H2O). Calcule los moles de todos los

componentes en el gas de combustin desalida cuando slo se transforma en CO2 el

95% del carbono y el resto queda como CO.


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Produccin de formaldehdo

El formaldehdo CH2O se obtiene por oxidacincataltica de vapor de metanol puro y aire en unreactor. Los moles en este reactor son 63,1 deN2 , 13,4 de O2, 5,9 de H2O, 4,1 de CH2O, 12,3de CH

3OH, 1,2 de HCOOH. La reaccin es:

CH3OH + O2 CH2O + H2O

CH2O + O2 HCOOH

Se verifica tambin una reaccin secundaria:

Calcule las alimentaciones de moles de metanoly de aire y el porcentaje de conversin demetanol y de formaldehdo.


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Fabricac in de aceti leno

Para fabricar 6000 pies3 de acetileno (CHCH)

gaseoso a 70 F y 750 mm de Hg, se usa carburo

de calcio (CaC2), que contiene 97% en peso de

CaC2 y 3%en peso de slidos inertes y agua. La reaccin es:

CaC2 + 2H2O + CHCH + Ca (OH)2

La lechada final de cal contiene agua, slidosinertes y Ca(OH)2. En este producto, el

porcentanje total en peso de slidos constituidos

por inertes y Ca es 20%.


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continuacion problema

Cuntas libras de agua deben aadirse y

cuantas libras de lechada final se obtienen?

[Sugerencia: Use una base de 6000 pie3 de gas y

convierta a Ib mol. Esto da 15.30 Ib mol de C2H2,15.30 Ib mol de Ca( y 15.30 Ib mol de CaC2

aadido. Convierta libras mol de alimentacin de

CaC2 a libras y calcule las libras de inertes. Las

libras totales de slidos en la lechada son,entonces, la suma de Ca ms los inertes. Al

calcular el agua aadida, recuerde que la reaccin

consume una parte.]

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