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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.]