Balances De Mteria

Tema 4

Balances de materia

TEMA 4.
BALANCES DE MATERIA

INDICE

1. INTRODUCCIÓN
2. LEY DE CONSERVACIÓN DE MATERIA 2.1. BASES DE CÁLCULO 2.2. CONSIDERACIONES ADICIONALES

3. EJEMPLOS RESUELTOS
4. RELACIÓN DE PROBLEMAS PROPUESTOS

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Balances de materia

2
S

S2 V2

1
V1

S1

*

Sistema formado por una conducción de sección variable

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Balances demateria

ENTRADA

APARICIÓN POR REACCIÓN

SALIDA

ACUMULACIÓN

ACUMULACIÓN

ENTRADA SALIDA

APARICIÓN POR REACCIÓN

d miT dt

i1 V1S1

i2

V2 S 2

ni1S1 nis S

ni 2 S 2

rimV

Convección forzada

Convección natural

Despreciando la convección natural:

d miT dt

i1 V1S1

i2

V2 S 2

rimV

Para régimen estacionario
i1 V1S1

rimV

i2

V2S2

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Balances de materia

Balance de materia global
c i 1

c

c

miT

MT
i 1

iT

i 1

rim

0

d mT dt

1 V1S1

2

V2 S 2

Para régimen estacionario

1 V1S1

2

V2S2

m

caudal másico

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Balances de materia

Bases de cálculo

Una determinada cantidad de uno de los componentes de la mezcla que no sufra reacción química y que entre y salga delsistema con el mismo caudal y formando parte de la misma corriente. Una determinada cantidad de uno de las corrientes de entrada o salida del sistema: puede elegirse aquella de la que se conocen el mayor número de datos. Un determinado espacio de tiempo.

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Problema 3.1
Una pirita de hierro tiene la siguiente composición en peso: Fe 40.0%; S 43.6%; 16.4% materialmineral inerte. Esta pirita se quema con un 100% de exceso de aire sobre la cantidad requerida para quemar todo el hierro a Fe2O3 y todo el azufre a SO2. Supóngase que no se forma nada de SO3 en el horno. Los gases formados pasan al convertidor, donde se oxida el 95% de SO2 a SO3. Calcular la composición de los gases que entraron y que abandonaron el convertidor.

Aire 100% exceso

HornoS+O2 = SO2 4 Fe+3O2 = 2Fe2O3

Convertidor 95% 2SO2+O2 = 2SO3

Pirita 40% Fe 43.6% S Fe2O3

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Balances de materia

Aire 100% exceso

Horno
S+O2 = SO2

Convertidor 95% 2SO2+O2 = 2SO3

4 Fe+3O2 = 2Fe2O3
Pirita 40% Fe 43.6% S Fe2O3

Base de cálculo: 100 Kg de pirita. ENTRADAS AL HORNO Fe que entra en el horno 40 Kg = 40/55.85 Kmoles = 0.715 Kmoles S que entra en el horno 43.6Kg = 43.6/32 = 1.362 Kmoles O2 necesario (para la formación de Fe2O3) = (0.715)(3)/4 = 0.566 Kmoles (estequiométrico) O2 necesario (para la formación de SO2) = 1.362 Kmoles O2 total necesario = 1.362 + 0.5363 = 1.898 Kmoles O2 que entra en el aire (1.8983)(2) = 3.797 Kmoles N2 que entra en el aire (3.7966)(79)/21= 14.28 Kmoles

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Balances de materia

3.797 kmol O2 14.28 kmol N2Horno
S+O2 = SO2

Convertidor 95% 2SO2+O2 = 2SO3

0.715 kmol Fe 1.362 kmol S

4 Fe+3O2 = 2Fe2O3

Fe2O3

SALIDA DEL HORNO
SO2 formado en el horno = 1.362 Kmoles O2 que sale del horno (sin reaccionar) = 1.8983 Kmoles N2 que sale del horno = 14.28 Kmoles Total de gases que salen del horno = 17.54 Kmoles

COMPOSICIÓN DE LOS GASES QUE ENTRAN EN EL CONVERTIDOR: % SO2 = (1.362)(100)/17.54 =7.77 % O2 = (1.898)(100)/17.54 = 10.83 % N2 = (14.28)(100)/17.54 = 81.40

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Balances de materia 1.362 kmol SO2

3.797 kmol O2 14.28 kmol N2

Horno
S+O2 = SO2

1.8983 kmol O2 14.28 kmol N2

Convertidor 95% 2SO2+O2 = 2SO3

0.715 kmol Fe 1.362 kmol S

4 Fe+3O2 = 2Fe2O3

Fe2O3

CÁLCULO DE LA COMPOSICIÓN DE LOS GASES QUE SALEN DEL CONVERTIDOR: SO3 formado en el convertidor(0.95)(1.362) = 1.2939 Kmoles. SO2 sin reaccionar = (0.05)(1.362) = 0.0681 Kmoles O2 consumido en el convertidor = (1.362)(0.95)/2 = 0.64695 Kmoles O2 sin reaccionar = 1.898-0.6495 = 1.25105 Kmoles N2 que pasa por el convertidor sin reaccionar = 14.28 Kmoles Total de gases que salen del convertidor: 1.2939+0.0681+1.25105+14.28 = 16.89305 Kmoles

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Balances de materia 1.362 kmol SO2...