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BALANCE DE MASA

Optimización de Procesos

1. BALANCE DE MASA. Ley de conservación de la masa:

La materia no se crea ni se destruye solo se transforma.

 Entrada m

PROCESO

 Salida m

Entradas – Salidas = Acumulación El diseño de un nuevo proceso o el análisis de uno ya existente no están completos hasta que se estable que las entradas y salidas satisfacen la ecuación de balance.

1. BALANCE DE MASA. Proceso en estado estacionario: NO EXISTE ACUMULACIÓN Entradas – Salidas = 0

Balance diferencial: Cada término de la ecuación de Balance es una velocidad, procesos continuos. Balance integral: Cada término de la ecuación de Balance es una porción de la cantidad que se balancea, procesos discontinuos.

1. BALANCE DE MASA. Pasos para resolver un problema de balance de masa: 1.- Trace un diagrama simple del proceso

2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay 3.- Seleccione una base para el cálculo

4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan 4.1- Nºde variables = Nº de ecuaciones => Existe solución 5.- Proceda al balance de masa

1. BALANCE DE MASA. 4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

A x1, x2, x3….xn

A = Flujos a, b, c….n = Componentes

PROCESO

B x1, x2, x3….xn

C x1, x2, x3….xn

E 1: Σ F. Entradas = Σ F. Salidas

A=B+C

1

E 1: Σ x1 Entradas = Σ x1 Salida

x1 A = x 1 B + x 1 C

+

E 2: Σ x2 Entradas = Σ x2 Salida

x2 A = x 2 B + x 2 C

n

E n-1: Σ xnEntradas = Σ xn Salida

xn A = x n B + xn C

n+1 ecuaciones

1. BALANCE DE MASA. Ejemplo: Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

A Ton /h Pulpa

Filtro

B Ton/h Agua

20% Sólido 1 Ton/h Pulpa Concentrada 70% Sólido

1. BALANCE DE MASA. Ejemplo: Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

A Ton /h Pulpa

Filtro

B Ton/h Agua

20% Sólido, 80% Agua 1 Ton/h Pulpa Concentrada 70% Sólido, 30% Agua Flujos Pulpa: A = B +1

Sólo bastan 2 ecuaciones para resolver el problema

Flujos Sólidos: A*0,2=1*0,7

A=3,5 Ton/h Pulpa

Flujos Agua: A*0,8 = B*1 +1*0,3

B=2,5 Ton/h Agua

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién extraído y filtrado que contiene 7,08% de sólidos en peso, se alimenta a un evaporador. En el evaporador se extrae agua y el contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. Para una entrada de 1000 Kg/h. Calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado y agua de salida.

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: 1.- Trace un diagrama simple del proceso m1 Kg/h H2Ov

1000 Kg/h Jugo

EVAPORADOR

7,08 % Sólido m2 Kg/h Jugo 58 % Sólido

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: 2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay m1 Kg/h H2Ov

1000 Kg/h Jugo

EVAPORADOR

7,08 % Sólido

m2 Kg/h Jugo 58 % Sólido

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: 3.- Seleccione una base para el cálculo m1 Kg/h H2Ov

1000 Kg/h Jugo

EVAPORADOR

7,08 % Sólido m2 Kg/h Jugo 58 % Sólido

Base: 1000 Kg/h Jugo

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: 4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan m1 Kg/h H2Ov

Base: 1000 Kg/h Jugo Variables: m1 y m2

1000 Kg/h Jugo

Ecuaciones: EVAPORADOR

7,08 % Sólido m2 Kg/h Jugo 58 % Sólido

1) 1000 = m1 +m2 2) 1000(0,0708)=m2(0,58)

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: 4.- Nºde variables = Nº de ecuaciones => Existe solución m1 Kg/h H2Ov

Base: 1000 Kg/h Jugo Variables: m1 y m2

1000 Kg/h Jugo

Ecuaciones: EVAPORADOR

7,08 % Sólido m2 Kg/h Jugo 58 % Sólido

1) 1000 = m1 +m2 2) 1000(0,0708)=m2(0,58)

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: 5.- Proceda al balance de masa m1 Kg/h H2Ov 877,93 Kg/h H2Ov

1000 Kg/h Jugo

Base: 1000 Kg/h Jugo Variables: m1 y m2 Ecuaciones:

1) 1000 = m1 +m2 EVAPORADOR

7,08 % Sólido m2 Kg/h Jugo 122,07 Kg/h Jugo 58 % Sólido

2) 1000(0,0708)=m2(0,58)

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario: Ejercicio en Clases:

Algunos Pescados se procesan como harina de pescado para usarse como proteínas suplementarias en alimentos. En el proceso empleado, primero se extrae el aceite para obtener una pasta que contiene 80% en peso de agua y 20% en peso de harina seca. Esta pasta se procesa en secadores de tambor para obtener un producto “seco” que contiene 40% en peso de agua. Finalmente el producto se muele y se empaca. Calcule la alimentación de pasta en Kg/h necesarias para producir 1000 Kg/h de harina “seca”.

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos intermitentes: Se tiene dos mezclas de metano-agua en matraces distintos. La primera contiene 40.0% por peso de metanol, y la segunda 70,0% por peso de metanol. ¿Qué cantidad de cada una de las mezclas se debe emplear para obtener 350 g con un 52,8% en masa de metanol?

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos intermitentes: 1.- Trace un diagrama simple del proceso

m1 g 40 % masa

MEZCLADOR

INICIO

m2 g 70 % masa

MEZCLADOR

FINAL

m = 350 g c = 52,8%

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos intermitentes: 2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay

m1 g 40 % masa

MEZCLADOR

INICIO

m2 g 70 % masa

MEZCLADOR

FINAL

m = 350 g c = 52,8%

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos intermitentes: 3.- Seleccione una base para el cálculo

m1 g 40 % masa

MEZCLADOR

INICIO

m2 g 70 % masa

Base de cálculo: 350 g

MEZCLADOR

FINAL

m = 350 g c = 52,8%

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos intermitentes: 4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

m1 g 40 % masa

MEZCLADOR

m2 g 70 % masa

MEZCLADOR

m = 350 g c = 52,8%

350 = m1 + m2 mM = 350*0,528 = 184,8

184,8 =m1*0,4+m2*0,7 INICIO

FINAL

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos intermitentes: 5.- Proceda al balance de masa

201 m1 g 40 40% %masa masa

MEZCLADOR

149 m2 gg 70 70% %masa masa

MEZCLADOR

m = 350 g c = 52,8%

350 = m1 + m2 mM = 350*0,528 = 184,8

184,8 =m1*0,4+m2*0,7 INICIO

FINAL

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario con recirculación: En un proceso que produce KNO3, el evaporador a 422 K se alimenta con 1000 Kg/h de una solución que contiene 20% de KNO3 de sólido en masa, de éste se obtiene KNO3 al 50% de sólido en peso. Esta solución se alimenta a un cristalizador a 311 K, donde se obtiene cristales de KNO3 al 96 % de sólido en masa. La solución del descarte del cristalizador contiene 37,5% de KNO3 en masa y se recircula al evaporador. Calcule la cantidad de corriente de recirculación R en Kg/h y la corriente de salida de cristales P en Kg/h.

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario con R: 1.- Trace un diagrama simple del proceso AGUA

1000 Kg/h 20% KNO3

422 K

S Kg/h 50% KNO3

R Kg/h 37,5% KNO3

311 K P Kg/h 96% KNO3

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario con R: 3.- Seleccione una base para el cálculo Base de cálculo: 1000 Kg/h

W AGUA

1000 Kg/h 20% KNO3

422 K

S Kg/h 50% KNO3

R Kg/h 37,5% KNO3

311 K P Kg/h 96% KNO3

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario con R: 4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan 1000=W+S-R 1000+R=W+S 0=-S+R+P S=R+P 200=0,5S-0,375R R(0,375)+1000(0,2)=S(0,5) 0=-0,5S+0,375R+0,96P S(0,5)=R(0,375)+P(0,96)

Incógnitas: W, P, S y R.

W AGUA

1000 Kg/h 20% KNO3

422 K

S Kg/h 50% KNO3 R Kg/h 37,5% KNO3

311 K P Kg/h 96% KNO3

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario con R: 5.- Proceda al balance de masa 1000=W+S-R 0=-S+R+P 200=0,5S-0,375R 0=-0,5S+0,375R+0,96P

W=791,7 Kg/h S= 975,0 Kg/h R= 766,7 Kg/h P=208,3 Kg/h W AGUA

1000 Kg/h 20% KNO3

422 K

S Kg/h 50% KNO3 R Kg/h 37,5% KNO3

311 K P Kg/h 96% KNO3

1. BALANCE DE MASA. Balance procesos continuos en estado estacionario con recirculación: Ejercicio En una planta concentradora de Calcopirita, se alimenta un primer banco de celdas con una pulpa de concentración 1%Cu, el relave de este primer banco de celdas contiene 0,2%Cu, mientras que el concentrado el cual posee 20%Cu alimenta un segundo banco de celdas de flotación. El relave de este segundo banco posee 2% Cu y es recirculado como alimentación del primer banco. El concentrado del segundo banco contiene 28% Cu. ¿Qué alimentación se debe tener para producir 100 Kg/h de concentrado con 28% Cu?

1. BALANCE DE MASA. Ejercicios Resolución en Clases En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14% en peso de sólidos solubles, se mezcla con azúcar (1,22 Kg Azúcar/1,00 Kg fruta) y pectina (0,0025 Kg pectina/1,00 kg fruta). Considere el azúcar y pectina como sólidos solubles. La mezcla resultante pasa a un evaporador para producir una jalea con 67% en peso de sólido soluble. Calcule, para una alimentación de 1000 Kg/h de fruta macerada, los Kg/h de mezcla obtenida, los Kg/h de agua evaporada y los Kg/h de jalea producida.