balance de materia

APUNTES DE BALANCES DE MATERIA Y
ENERGIA
Dr. Raúl González García
FCQ-UASLP

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Contenido
1 DIAGRAMAS DE FLUJO
2 PRINCIPIOS DE BALANCES DE MASA
2.1 Clasificación de Procesos . . . . . . . . . . . . . .
2.2 La Ecuación de Balance de Materia . . . . . . . .
2.3 Grados de Libertad (Contabilidad del Problema) .
2.4 Estrategia de Solución . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Un sistema . . . . . . .. . . . . . . . . .
2.4.2 Varios sistemas . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 Escalamiento del Proceso y Base de Cálculo . . .
2.6 Comentarios Adicionales . . . . . . . . . . . . . .

CONTENIDO

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CONTENIDO

Bibliografía
[1] R. W. R. Richard M. Felder, Principios Elementales de Los Procesos Químicos (Limusa
Wiley, 2010), third edn.
[2] D. M. Himmelblau, Principios Básicos Y Cálculos En Ingeniería Química (Prentice Hall,
1997), 6th edn.
[3] A. Husian, Chemical Process Simulation (Wiley Eastern Limited), firstedn.

BIBLIOGRAFÍA

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BIBLIOGRAFÍA

1. DIAGRAMAS DE FLUJO
En ingeniería química, un diagrama de flujo (DF) es un plano de un proceso industrial.
Contiene información sobre los equipos que forman el proceso, las corrientes que fluyen
desde y hacia el proceso, las interconexiones que lo forman, además de información relativa
a ritmos de flujo, composiciones, temperaturas, presiones, etc.El DF de un proceso es una
de las principales herramientas que un ingeniero emplea para diseñar, construir, optimizar
u operar un proceso. También para identificar sus partes, corregir las operaciones erróneas,
inventar mejoras, decidir sobre nuevas condiciones de operación, etc. Estas son sólo algunas
de las actividades para las cuales un DF es utilizado.
• Los balances de materia y energía serealizan a partir de un DF en donde se relacionan
las variables del proceso con datos conocidos del mismo.
• Cuando un esquema del DF no existe, es necesario “crearlo” a partir de la descripción
textual del proceso.
• Son útiles para su generación preguntas como ¿cuántos equipos forman el proceso?
¿cuántas alimentaciones y cuántas corrientes de producto? ¿cómo están interconectados los equipos?.
• Apartir del esquema del DF se etiqueta cada corriente con datos numéricos de los valores conocidos, además de emplear literales para nombrar todas las variables requeridas
cuyo valor numérico no se conozca.
• Es importante incluir las unidades asociadas a cada cantidad.
• De acuerdo con el principio de Gibbs, se considera que una corriente con una sola
fase estará etiquetada cuando contengainformación (números o literales) acerca de:
su flujo, composición, presión y temperatura. Esta información será suficiente para
definir el estado de la corriente.
• En una masa con Π fases es necesario incluir una corriente por cada fase o bien manejar
la mezcla de las fases como un todo y definir sólo las variables de la mezcla total.
Ejemplo: las siguientes corrientes se consideran completamenteetiquetadas:
8

800 K, 2 bars
1500 kgmol / s
→
04 kgmol A / kgmol
03 kgmol B / kgmol
03 kgmol C / kgmol

DIAGRAMAS DE FLUJO

8
⇔

800 K, 2 bars →
6000 kgmol A
4500 kgmol B
4500 kgmol C
1

o
3

3 (K), 1 atm
3 (mol / hr)
→
3 (mol A / mol)
1 − 3 (mol B / mol)

3

3 (K), 1 atm
→
3 (mol A / hr)
3 (mol B / hr)

Ejemplo 1.1 El acetaldehído, 3 , puede producirse por deshidrogenacióncatalítica
de etanol, 2 5 , vía la reacción.
2 5  −→ 3  + 2
Sin embargo, existe una reacción paralela indeseable que produce acetato de etilo, 3 2 5 ,
tal reacción es:
22 5  −→ 3 2 5 + 22
Suponga que se alimentan 100 moles/s de etanol fresco a un proceso para producir acetaldehído. Esta corriente se mezcla con etanol recirculado y juntos se alimentan al reactor...