ING. MANUEL GODOY MARTINEZ 6.0 BALANCE EN OPERACIONES UNITARIAS

27/04/23

Ing. Manuel Godoy Martínez

6.0 BALANCE EN OPERACIONES UNITARIAS

6.1 CARACTERISTICAS DE LOS BALANCES EN OPERACIONES UNITARIAS No ocurren transformaciones químicas ni nucleares. Las operaciones unitarias se presentan en la mayoría de las actividades industriales.    6.2 ECUACIONES DE BALANCE   6.2.1 ESQUEMA DE BALANCE   ENTRADAS

SALIDAS    

Componentes en cada corriente: 1, 2, 3    

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OPERACIÓN

UNITARIA

F

W

D

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6.2.2 ECUACIONES DE BALANCE EN ESTADO ESTABLE POSIBLES 1. BALANCE TOTAL F = D + W (mol/h) (1)   También se puede expresar en (Kg/h)   2.BALANCE PARCIALES O DE COMPONENTES  Componente "1"  F Y1,F = D Y1,D + W Y1,W (mol/h) (2)

 Componente "2“ F Y2,F = D Y2,D + W Y2,W (mol/h) (3)

 Componente "3“ F Y3,F = D Y3,D + W Y3,W (mol/h) (4)    

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3. ECUACIONES DE FRACCIONES MOLARES K Corriente "F" : Yi,F = 1 (5) i=1   Y1,F + Y2,F + Y3,F = 1     K Corriente "D" : Yi,D = 1 (6) i=1   Y1,D + Y2,D + Y3,D = 1   K Corriente "W" : Yi,W = 1 (7) i=1   Y1,W + Y2,W + Y3,W = 1    

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4. BALANCES ATOMICOS O ELEMENTALES  Considerando los componentes: 1: CH3OH , 2: C2H5OH , 3: H2O   Balance del carbono   F Y1,F (1) + F Y2,F (2) = W Y1,W(1) + W Y2,W(2) + D Y1,D(1) + D Y2,D(2) * (8)   Balance del Hidrógeno   F Y1,F (4) + F Y2,F (6) + F Y3,F (2) = W Y1,W(4) + W Y2,W(6) + W Y3,W(2) + D Y1,D(4) + D Y2,D(6) + D

Y3,D(2) **(9)   Balance del Oxígeno   F Y1,F (1) + F Y2,F (1) + F Y3,F (1) = W Y1,W(1) + W Y2,W(1) + W Y3,W(1) + D Y1,D(1) + D Y2,D(1) + D

Y3,D(1) ***(10)  

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6.3 BUSQUEDA DE ECUACIONES INDEPENDIENTES

 Para resolver el sistema de ecuaciones, se debe especificar:  Nº de ecuaciones , Nº de incognitas.  La ecuación del balance total es la suma de las ecuaciones de los componentes.

 Por lo tanto:  Nº de ecuaciones de balance = 3 (se descarta el balance total o del componente).   Nº de ecuaciones de fracción molar = 3    Los balances elementales o atómicos están comprendidos en los balances de los

componentes.   (2) x 1 + (3) x 2 = Ec (*)  (2) x 4 + (3) x 6 + (4) x 2 = Ec (**)  (2) x 1 + (3) x 1 + (4) x 1 = Ec (***)

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Por lo tanto se descarta las ecuaciones (*) (**) (***)   Total de Ecuaciones Independientes = 6   Balance Total: F = D + W (1) Balance de componentes de :   F Y1,F = D Y1,D + W Y1,W (2)   F Y2,F = D Y2,D + W Y2,W (3)   Ecuaciones de fracción molar:

Y1,F + Y2,F + Y3,F = 1 (4) Y1,D + Y2,D + Y3,D = 1 (5) Y1,W + Y2,W + Y3,W = 1 (6)    

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F = 100 mol/h

Y1,F = 0,74 Y2,F = 0,20

Y3,F = ?

APLICACION

DESTILACION

D = 75 mol/hY1,D = 0,97Y2,D = 0,02Y3,D = ?

Y1,W = ?Y2,W = ?Y3,W = ?

W = ?

El esquema muestra una Operación de Destilación en estado estable, aplicandoLas Ecuaciones de balance posibles, determinar los datos desconocidos.

6. BALANCE EN OPERACIONES UNITARIASSOLUCIÓN: Aplicando las ecuaciones de Balance posibles:

1.Balance Total: F = D + W 100 = 75 + W W = 25 mol/h (1) 2.Balance de componentes: F : 100 x 0,74 = 75 x 0,97 + 25 x Y1,W (2)   Y1,W = 0,05   D : 100 x 0,2 = 75 x 0,02 + 25 x Y2,W (3)   Y2,W = 0,74 3.Ecuaciones de Fracción Molar:   0,74 + 0,20 + Y3,F = 1 (4)   Y3,F = 0,06   0,97 + 0,02 + Y3,D = 1 (5)   Y3,D = 0,01   0,74 + 0,05 + Y3,W = 1 (6)   Y3,W = 0,21  

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