Fisicoquimica Ubv Hidrocarburos - Gas

BALANCE DE MATERIA

Ecuación General:

Entrada + Producción – Salida – Consumo = Acumulación

Ó lo que es igual de manera resumida:


E + P – S – C = A



EJERCICIOS RESUELTOS


I. Balance de Materia en Procesos Continuos Régimen Permanente Sin Reacciones Químicas en una Unidad.
1. Para la separación de oxígeno y nitrógeno del aire se emplea una membrana fabricada con unrecubrimiento muy delgado de polímero a una capa de soporte de grafito poroso, como se ilustra en la siguiente figura:
















¿Cuál es la composición del flujo de desecho si este equivale al 80% de la alimentación?
Solución:

Paso 1: Diagrama de Flujo









Paso 2: Escogencia de Base de Cálculo


F=100 gmol Aire


De acuerdo al enunciado D=0,8*F (D=0,8*100 gmol Aire ( D=80 gmol Aire





Paso 3: Etiquetar las Incógnita


Se llevó a cabo en el paso 1. La alimentación se etiquetó como “F”, la línea de desecho se etiquetó como “D” y la otra línea como “C”.


Paso 4: Contabilidad del Problema

Incógnita: 3 (C, yO2 y yN2 de D)
Balance: 3 2 Balance por componente: uno del oxigeno y uno nitrógeno.
1Balance total (o general).

Una relación importante que se tiene que tener en consideración siempre, es que la sumatoria de las fracciones molares de los componentes de una corriente es igual a uno: (yi=1.

yO2 + yN2 = 1


Paso 5: Conversiones de los flujos volumétricos a unidades másicas o molares


En este caso no existe flujo volumétrico. Todos están en unidades molares.



Paso6: Conversiones de los datos a una sola unidad de existir molar y másica

En este caso no existe mezcla de unidades másicas y molares. Solo existe Molares.


Paso 7: Conversiones de los datos a una sola unidad de existir molar y másica

Todos los datos están en la misma unidad. Este paso para este problema no aplica.

Paso 8: Escribir las Ecuaciones de Balance de Materia

[pic] E + P –S – C = A

Como es régimen estacionario (ó permanente):
A: Acumulación= 0
No existe reacción química:
P: Producción=0,
C: Consumo= 0.

Entonces: [pic]( E – S =0 ( E = S

Balance por Componentes:

O2: [pic]

[pic]

[pic] Ec. 1


N2: [pic]


[pic]

[pic] Ec. 2Balance Tota: F = D + C; sustituyendo los valores de F y D se tenemos_

100 gmol = C + 80 gmol ( C= 100 gmol – 80 gmol ( C = 20 gmol

Paso 9: Resolución de la Ecuaciones

Sustituyendo el valor de “C” en la Ec. 1 obtenemos el valor de “yN2” :
[pic]

[pic]

[pic]

Para obtener el valor de N2 podemos emplear dos caminos:
Primero: emplear la relación de las fracciones molares de unacorriente: (yi=1.

yO2 + yN2 = 1


Sustituyendo el valor de yO2 en la relación anterior se tiene:
[pic]

Ó Segundo: Sustituir el Valor de “C” en la Ec. 2

[pic]

[pic]

[pic]

Respuesta:
La corriente de desecho es D= 80 gmol y su composición:

[pic][pic]

II. Balance de Materia en Procesos Continuos Régimen Permanente Sin Reacciones Químicas en Varias Unidades.
E = S

2.Diseñe un sistema de recuperación de Acetona con un diagrama de flujo como el que se muestra a continuación:
















Todas las concentraciones que se muestran en la figura, tanto para gases como para líquidos, se especifican en porcentaje en peso en este caso especial a fin de simplificar los cálculos. Calcule los flujos de: A, F, W, B y D por hora.
Solución:
Los pasos 1y 3 (Diagrama de Flujo y Etiquetar las incógnitas o variables) se encuentran en la figura que da el problema a resolver.

Paso 2: Escoger Base de Cálculo

Se toma como base 1 hora por lo cual G = 1400 Kg.

Iniciaremos el análisis como 3 subsistemas, comenzando con la torre de absorción, luego la columna de destilación y por último el condensador.

Subsistema 1: Columna de Absorción...