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Ejercicio 4 Balance de Materia en un proceso de destilación de dos unidades

A continuación puede apreciarse en la figura el diagrama de flujo rotulado para un proceso continuo, en estado estacionario, de destilación en dos unidades.

Cada

corriente contiene dos componentes –llamados A y B- en diferentes proporciones. Tres corrientes cuyos flujos y composiciones o ambos no se conocen se rotulan como F1, F2 y F3. Calcular los flujos desconocidos y sus composiciones para las corrientes F1, F2 y F3

40 kg/h 0,9 kg A/kg 0,1 kg B/kg

100 kg/h

Unidad 1

30 kg/h 0,6 kg A/kg 0,4 kg B/kg

F2

F1

Unidad 2

F3

0,5 kg A/kg 0,5 kg B/kg

30 kg/h 0,3 kg A/kg 0,7 kg B/kg

Definamos los límites de los diferentes balances de materia que se podrían definir en el diagrama de flujo planteado y definamos todas las corrientes y composiciones, tal y como se presenta en el esquema a continuación.

Tomemos como Base de Calculo: 100 kg/h F1

Las incógnitas a determinar en el balance de matéria son los Flujos F1, F2 y F3, así como sus composiciones xi, donde i representa el componente A o B de La corriente a quien se esta haciendo mención.

Balance de Materia en la frontera Balance General:

A

del diagrama de flujo:

F4 + F6 = F5 + F7 + F3 (incógnita: F3) F3 = F4 + F6 – F5 – F7 F3 = 100 kg/h + 30 kg/h – 40 kg/h – 30 kg/h = 60 kg/h

Balance para el componente A: xAF4*F4 + xAF6*F6 = xAF5*F5 + xAF7*F7 + xAF3*F3 (incógnita: xAF3) x AF 3

x AF 3

x AF 4 * F 4 x AF 6 * F 6 x AF 5 * F 5 x AF 7 * F 7 F3

0,5 *100kg / h 0,3 * 30kg / h 0,9 * 40kg / h 0,6 * 30kg / h 60kg / h xAF3 + xBF3 = 1

Balance de Materia en la frontera Balance General:

xBF3 = 1 - xAF3 = 1-0,83 = 0,27 B

del diagrama de flujo:

F4 = F5 + F1 (incógnita: F1) F1 = F4 – F5 F1 = 100 kg/h – 40 kg/h = 60 kg/h

Balance para el componente A: xAF4*F4 = xAF5*F5 + xAF1*F1 (incógnita: xAF1) x AF 4 * F 4 x AF 5 * F 5 F1

x AF 1

x AF1

0,5 *100kg / h 0,9 * 40kg / h 60kg / h

xAF1 + xBF1 = 1 Balance de Materia en la frontera Balance General:

0,23

xBF1 = 1 - xAF1 = 1-0,23 = 0,87

D

del diagrama de flujo:

F1 + F6 = F2 (incógnita: F2) F2 = F1 + F6 F2 = 60 kg/h + 30 kg/h = 90 kg/h

0,83

Balance para el componente A: xAF1*F1 + xAF6*F6 = xAF2*F2 (incógnita: xAF2) x AF 2

x AF1

x AF 1 * F1 x AF 6 * F 6 F2

0,87 * 60kg / h 0,3 * 30kg / h 90kg / h

xAF2 + xBF2 = 1

0,68

xBF2 = 1 - xAF2 = 1- 0,68 = 0,32

De esta manera, ya está resuelto el balance de materia, al conseguir todas las incógnitas.