Hola a todos,
mi nombre es Rubén Santiago y soy profesor del área
de ingeniería química en la Escuela de Industriales de la UNED
en esta pidió clase voy a tratar de explicar brevemente
una introducción acerca de la resolución tanto teórica
como práctica de balances de materia.
Está habido clase es de utilidad para dados las distintas asignaturas
que impartimos dentro del área comunes a los grados en Ingeniería
como pueden ser ingeniería, química, ingeniería, el medio ambiente,
o del máster como química, industrial y ambiente.
En primer lugar, hay que tener en cuenta
que el objetivo principal, la resolución de un malhace materia
es conocer tanto los caudales como las composiciones
de todas las corrientes que componen un sistema o un proceso.
Para ello esto se rige a través de la ley,
de la conservación de la materia,
en la cual enuncia que la materia no se crea ni se destruye.
Simplemente se transforma estos común a todos los procesos químicos,
físicos de la industria,
a excepción de uno de ellos, como son la nuclea,
en la cual se destruye materia para generar energía.
De manera simplificada
se puede asumir como la masa total que dentro de un sistema
es igual a la masa que sale del mismo,
a modo general podemos definir una expresión general
que enuncie lo que pasa dentro de un sistema
o dentro de un proceso.
De esta manera la cantidad de materia que se acumula,
el proceso del resultó ser igual a la que entra en el mismo,
menos la que sale del mismo,
más la que se genera, ha causado una reacción química
en caso de que el balance y lo estemos realizando
respecto a un reactivo
este exige un lo más cambiará menos y será desaparición
desaparición de reactivo, a modo simplificado.
Tenemos que la acumulación es igual a la entrada,
menos la salida más la generación o en caso de tener desaparición menos
la desaparición para la resolución de cualquier balance de materia.
En primer lugar, lo que hay que hacer es seleccionar una base de cálculo
y que es una base de cálculo.
Una base de cálculo.
Es una toma de una unidad de masa o de materia por unidad de tiempo.
Para comenzar a resolver el balance.
Estas unidades pueden ser.
Por ejemplo, de 100 kilos moles hora o de 100 kilogramos hora,
en función de lo que estemos realizando
dentro de nuestro sistema, a modo de ejemplo en la presentación
se puede observar un reactor de tanque agitados;
en mi contigo se me continuó con reacción líquido, gas, es decir,
una reacción bifásica.
En este caso nuestro sistema
se compone únicamente de una unidad que este,
que en este caso es el tractor,
como se puede observar se alimenta en continuo reactivo,
ve en forma en formato gaseados o en forma gas,
a un factor de take agitado en el que ya se encuentra atractivo
a su forma líquida,
es decir, el reactivo a-se encuentra dentro
del reactor y nos alimenta el continuo.
Es por ello que tenemos un acto semi, continuo,
del cual tenemos en continuo una salida del activo,
ve en forma gas, que queda sin traccionar dentro del,
y por tanto, a medida que se está produciendo
la reacción a más b para Darc en forma líquida.
En formato líquido, conviven dentro del reactor
tanto el reactivo a que queda sin reaccionar
o que está reaccionando y el producto c que está siendo producido.
En fin, recordando las maneras simplificada en la que ejemplificamos
o resolvemos con avances de materia, sabemos que la acumulación,
es decir lo que se acumula dentro del tanque,
sería igual a lo que entra menos, lo que sale,
por lo que se genera o menos lo que desaparece.
En este caso
vamos a poder realizar balances por los distintos componentes
o compuestos que se encuentran dentro de nuestro factor a, b o c,
comenzando por el primero de ellos, balance.
El componente a en este caso tenemos que los kilogramos,
ya que se acumulan dentro del tanque por vía de tiempo;
es decir, lo que queda sin reaccionar,
los que van reaccionando a lo largo del tiempo serán igual,
a los que entran, menos los que salen
y menos en este caso.
Se trata de un reactivo
los que desaparecen a causa de la razón química
por unidad ética en este caso el reactivo, a no se alimenta,
ya que se encuentran dentro del tanque; por tanto,
el término de entrada es cero nos sale del tanque en continuo,
por lo que el término de salida también.
Este así que de manera simplificada el balance del componente
a dentro de nuestro tanque será igual la acumulación será igual
a menos la desaparición al menos lo que desaparece
por a causa de la región por contra si hacemos el balance
del compuesto b tenemos exactamente la misma forma
que los kg debe que se acumulan son igual
a los que entran menos los que salen
y menos los que desaparecen porque en este caso
también estamos haciendo el balance de un reactivo en este caso
como podemos observar tenemos una entrada en continuo
del reactivo b y una salida en continuo de reactivo
que queda sin reaccionar por tanto ninguno de los términos
de nuestra expresión general del balance pueden ser llevados
a cero habrá que tener en cuenta todos ellos para la resolución
del mismo bien hasta este momento se ha explicado
la resolución de balances de materia en una única unidad o en este caso
una operación unitaria que es un reactor químico a modo general
en la diapositiva se observa un diagrama de flujo
un diagrama de bloques en este caso general de procesos químicos
en la industria compuestos principalmente por una entrada
un reactor en el que se produce se produce el producto interés,
un separador que puede ser distintos tipo,
una columna, rectificación, una columna,
absorción un condensador,
cualquier tipo de operación de separación
del cual separaremos nuestro producto interés y lo reactivo,
el reactivo reactivos, que hayan quedado sin reaccionar,
podrán ser devueltos al racc o a la operación de reacción
para poder maximizar la conversión dentro del mismo con el fin
de evitar acumulaciones de inertes dentro del sistema.
Normalmente se obtienen una operación de purga,
de la salida del separador que se va a devolver.
Al reactor qué tipos de balance podemos hacer
dentro de nuestro sistema?
Pues distintos tipos o globales,
es decir,
de todos los componentes que van por cada una de las corrientes
por componentes, es decir por moléculas,
o incluso por iones o a todos, la mayor parte de los casos,
lo que realizamos para resolver los balances de materia
son balances del tipo global, es decir,
de todos los componentes que circulan por una corriente o por componente
o por cada uno de los componentes que circulan por cada una de ellas.
Aunque a excepciones
en las cuales se pueden hacer los otros tipos de balance que se ven
en la diapositiva en cuanto a las partes del proceso,
las que podemos hacer balance balances de materia se pueden hacer
en cualquier parte del proceso aquí ejemplificado.
Algunas de ellas,
la línea uno marcada con el rectángulo más grande,
con un uno hace referencia al todo el proceso,
la totalidad del proceso a la entrada del proceso
y a las salidas del mismo entradas por aquí y salidas por aquí
es lo que llamamos el balance global de entradas y salidas del proceso.
También podemos hacer partes del proceso
como por ejemplo, la enviados este rectángulo que veis aquí
que es el que compone, en este caso, reactor y separador,
aquí solo tendríamos en cuenta a la entrada al reactor
tanto por su alimento líquido
como por la recirculación más su alimentación fresca
y la salida de separador en forma de la corriente,
que se va a dividir a purga o recirculación,
y su producto.
También podemos hacer como hemos visto previamente,
balances por unidades, en este caso el número 3,
que puede ser reactor o separador y de igual manera
tendremos en cuenta solo el trabas al reactor y salidas del rector
y sólo entradas al separador y salidas del separado.
Por último,
se pueden hacer también balances en nodos o tramos de conducción
como soldados en la línea cuatro que aparecen aquí
que son la corriente de división que sale del separador para red,
circularse o purgarse, o la corriente de adicción,
en este caso de recirculación más alimento fresco,
para dar la entrada de tracto en este caso hay
que tener en cuenta que únicamente se tienen en cuenta las entradas
y las salidas que llegan a ese punto o Asia, no de esta forma,
proponiendo balances en cada una de las unidades
o incluso en todo el proceso o no.
Dos se puede llegar a conocer todas las composiciones y corrientes
que componen el proceso químico en cuestión,
una vez definido cómo se plantean y resuelven los balances de materia,
vamos a ejemplificar cómo hacerlo con ejemplos prácticos,
con cinco de ellos desde casi el caso más sencillo,
hasta uno de los casos más complejos,
comenzando por el primero, empezaremos con una única unidad,
un proceso que compone una única unidad
y en el que no tenemos la acción química,
a continuación complicaremos un poco el balance,
incluyendo una, un solo unidad
en la que tengamos la acción química.
Después iremos a un proceso en el que tengamos más de una unidad
y exista recirculación,
y daremos un paso más, incluyendo la recirculación y purga
en el proceso con reacción química ejemplificando,
lo que suele ser un proceso típico de la industria química.
Por último, a modo de ejemplo realicemos un balance.
Realizaremos un balance en estado no estacionario,
es decir, un balance en el que no todas las composiciones
y corrientes evolucionan con el tiempo.
Es decir, todas ellas evolucionan con el tiempo,
no han llegado a estabilizase lo que se conoce como estado
no estacionario,
que evoluciona con el tiempo, comenzando con el primero de ellos,
en este caso una unidad siempre acción sin tracción química.
En el ejemplo que tenemos aquí tratamos una planta
de salinización por ósmosis inversa por el proceso de ósmosis inversa,
que es el que se ve aquí en el que tratamos
4.000 kilogramos hora de una disolución salina
al cuatro por 100.
Es decir, esta disolución está compuesta
por un solo luto en este caso, sal y agua,
en el que se tratan 4.000 kilogramos hora al cuatro por 100.
Las condiciones de operación son tales que permiten obtener
1.200 kilogramos hora de agua desalinizada,
es decir, por la parte de arriba de esta operación
de membranas ósmosis inversa con un tres por 100,
el sabes que se pide calcular el resto de corrientes
y composiciones que abandonan el proceso de ósmosis inversa.
En este caso de la Sálvora derecha,
como se puede ver en la presentación.
El primer paso para la resolución del balance
siempre es proponer un diagrama de bloques
que contenga tanto los caudales que conocemos
o que no conocemos de cada una de las corrientes
como las composiciones y los componentes que componen
cada una de esas corrientes del proceso.
Vale, en este caso se puede ver ejemplificado
en el diagrama que se muestra en la figura una a continuación.
El siguiente paso es proponer una base de cálculo,
como hemos dicho,
para resolver cualquier balance que propone una base de cálculo;
en este caso tenemos el dato de 4.000 kilogramos
hora que entran o que se alimentan el proceso.
Por tanto esa va a ser nuestra base de cálculo
a partir de ese momento el siguiente paso
será proponer balances del tipo que queramos,
ya sea globales o por componentes, comenzando en este caso
por lo más sencillo, balance global,
entradas son iguales a salidas.
En este caso tenemos que la entrada son 4.000 kilogramos hora,
mientras que la salida son 1.200 ese desconocida.
Por tanto, nuestro balance global será 4.000 igual a 1.200 más
es las dos corrientes que abandonan nuestro proceso de ósmosis inversa.
En este caso directamente desde aquí podemos despejar
la corriente ese y obtener su caudal en kilogramo sano.
Siguiente paso, obtener la concentración
o la composición de sal de nuestras Almudena, de rechazo.
Para ello lo que haremos será proponer un balance por componentes.
En este caso tenemos dos componentes, que son la sal
y el agua.
Podemos hacer balance en cada una de ellas.
Comenzando con la sal,
tenemos que lo que entra al proceso de ósmosis inversa.
Son 4.000, es decir, el caudal total por el cuatro por 104 en 300.
Esto será igual a lo que sale, que son 1.200 por el tres por 100,
es decir, tres entre 100,
además por las moradas.
Rechazo sale la corriente, ese de la cual ya conocemos su valor,
porque lo hemos podido despejar del balance global,
y lo multiplicamos por equis de la concentración de sal
desconocida entre 100 para que la composición
sea en tanto por 1.
De esta forma, como se puede observar,
se puede despejar directamente el valor de equis referido
a la composición o concentración de sal en las salmueras derecho.
De la misma manera, se puede hacer un balance de agua,
que es el otro componente que aparece en nuestro sistema.
Simplemente por diferencia entre la composición de la sal
y el 100 por 100,
es decir, no veintiseis por 100,
la entrada 99 con siete en el agua es la desalinizada y 100
menos equis.
La Sálvora derecha cualquiera de estas dos ecuaciones
es válida para resolver el balance de materia
y obtener la composición de esa de la fórmula de rechazo
se puede utilizar una de ellas para resolver y la otra
para comprobar que hemos realizado bien nuestro mar, por tanto,
resolviendo el sistema en este caso primero del balance global,
el caudal de salmuera y del balance por componentes
de cualquiera de los 2, la composición
de las al-obtenemos 2.800 kilogramos hora de caudal de Sálvora rechazo
y un cinco con seis por 100 de concentraciones.
Vamos a dar un paso más y el siguiente paso será
hacer un balance de materia.
En un proceso con reacción química, en el que sólo tenemos una unidad,
un reactor con reacción química, en el que existe reacción química,
por tanto, en este caso lo que tenemos
es una caldera en la que existe una operación de combustión,
una reacción de combustión, alimentamos a ella
una mezcla gaseosa.
Está principalmente formada por mete propano y oxigen al 80 por 100
del primer vale 80 20.
Este se quema un 200 por 100 en exceso de aire,
es decir, a la cámara de combustión.
Alimentamos también aire con un 200 por 100
de exceso importante respecto a la reacción principal,
que será la reacción de combustión para dárselo;
o sea, agua.
La combustión completo en este caso conocemos
que el 80 por 100 del propano se va a la reacción de cerdos,
es decir a la combustión completa la combustión, hace dos agua,
es decir, la conversión de esa reacción es el 80 por 100,
mientras que el 10
por 110 por 100 se van a monóxido de carbono
es lo que se conoce como oxidación parcial o combustión parcial,
en la cual se obtienen monóxido de carbono,
y ha el resto.
Es decir, la diferencia entre 100, 80 10 permanece sin quemase,
será el propano que no se quema o que no ha reaccionado.
Se pide calcular las composiciones del gas de salida
de nuevas de combustión, como hemos dicho anteriormente.
El primer paso es
plantear el diagrama de bloques con los componentes
y los caudales que tenemos en cada una de las corrientes,
en este caso solo tenemos tres corrientes
y aquí tenéis los componentes que abandonan,
el factor, que son todos los que componen el sistema.
Por otro lado, tenemos una alimentación de aire
compuesta por nitrógeno y 21 por 121 oxígeno al 79,
21 por 100, vale composiciones típicas de aire,
y una alimentación al 80, 20 de propano y oxígeno.
Una vez realizado el diagrama de bloques siguiente,
paso, será proponer las reacciones químicas que tienen lugar
y ajustarlas en este caso
-reacción.
Uno hace referencia a la combustión completa propanol más oxígeno
para dar cia, dosi, agua, junto a su este,
que metiera correspondiente para ajustar esos átomos
dentro de los activos y los productos.
En cuanto a la reacción 2, en este caso
tenemos oxidación parcial y damos monóxido de carbono,
y de igual manera, con su este geometría ajustada
para balancear todos los átomos que componen activos y productos,
una propuesta y ajustada a nuestra reacciones químicas,
el siguiente paso será proponer una base de cálculo.
En este caso no nos el enunciado no nos da ningún caudal.
Por tanto, tenemos que ser nosotros los que proponemos un una base
de claro.
En este caso hemos elegido 100 kilos moles de alimentación vale?
Es mucho más sencillo comenzar el balance desde la izquierda,
ir hacia adelante hacia la derecha?
Que proponer una base de cálculo, el producto a la derecha
y retroceder hacia atrás?
Aunque es igualmente válida.
Se puede proponer una base de cálculo en cualquiera de las corrientes
del proceso.
En algunos, en algunos puntos éramos sencillo que en otros,
pero desde todos ellos se puede resolver una propuesta
a la base de cálculo.
Vamos a comenzar con el balance,
y para ello vamos a hacer balance por componentes.
El primero de ellos vamos a que el propio vamos
a comenzar va a ser por el oxígeno y en este caso el oxígeno
que requerimos para que se produzca la combustión completa,
es decir, la primera combustión,
porque empezamos por este y es porque el aire
que alimentamos, como dice el enunciado,
es en exceso respecto a la reacción principal.
Por tanto, vamos a ver cuánto oxígeno
necesitamos para que se produzca hasta la acción este geométricamente
y de esa manera poder calcular el exceso de aire que,
que se alimenta por la otra corriente en este caso conocemos
que el propano que se alimenta, son 80 kilos Moles.
Es en nuestra referencia en la base de cálculo
y por este geometría sabemos que por cada molde propano
se necesitan cinco moles de oxígeno para que la reacción tenga lugar,
por tanto, multiplicando 80 por 5,
tenemos el oxígeno necesario o este kilométrico.
Para que se produzca la reacción de combustión completa,
si recordamos, además de propano,
se alimentado oxígeno por la 40 alimentación.
Por tanto, el oxígeno requerido vamos a tener que restar.
El que necesitamos para la combustión completa
a los 400 kilovoltios de oxígeno menos los 20 que alimentamos
de esta manera tendremos el oxígeno real
que se requiere alimentar para que la reacción tenga lugar,
porque parte estos 20 kilos ya se están alimentando
con la mezcla fresca;
por tanto, se requieren 380 kilos molestia oxigen.
De esta manera ya podemos calcular el aire en exceso,
es decir, la corriente de aire que estamos alimentando nuestro sistema,
cómo lo hacemos?
Simplemente lo que hay que hacer es sumar los 380, que son nuestros,
quiero moles de oxígeno
este geométricos a los que sumamos 380 por 2,
ya que nos dice que el exceso es del 200 por 100,
es decir, dos porque caudal de oxígeno este,
que de esta manera ya tenemos el caudal de oxígeno que entra
por la corriente de aire en exceso conocida la composición
de este aire.
Como todos conocemos, 79 por 100,
nitrógeno 20 por 100 oxígeno, podemos calcular el nitrógeno
que se alimenta por esta corriente de la siguiente manera.
Con el oxígeno que entra multiplicando por 79,
que es el porcentaje de nitrógeno del aire,
y dividiendo entre 21, que es el porcentaje de oxígeno en el aire,
obtenemos los 4.289 kilos,
moles de nitrógeno que alimentamos en nuestra corriente,
denominada al con su extenso,
cuál es el siguiente paso.
El siguiente paso será ver
cuántos dijeron, estamos consumiendo por cada una de estas reacciones.
La primera de ellas, cuánto consume?
Pues teniendo en cuenta la este,
que mezcla.
La reacción, 80 kilos de propano por los cinco quiero moles de oxígeno
que necesitamos, por cada kilo molde propano y por la conversión
de la reacción principal.
La reacción 1, combustión completa, es decir por 8,
es decir,
para que la primera región se tenga lugar,
se consumen 320 kilos moles de oxígeno
por contra, para la segunda seguimos el mismo procedimiento
y, en este caso, con su, este que metería tres medio,
moltes por cada molde, propano que se consume,
y su este, que me su conversión del 10 por 100.
Con en este caso consumimos 28 kilo moles
para que la segunda reacción tenga lugar o se lleve a cabo;
por tanto podemos calcular el oxígeno que saldrá por la corriente de gases
de combustión, como lo haremos simplemente
por diferencia entre el oxígeno que entra menos el que se consume
y recordamos que consiguieron el oxígeno que entra,
entra por dos corrientes distintas,
la primera de ellas por la corriente aire
y la segunda de ellas por la corriente de alimentación fresca.
Por tanto sumamos el oxígeno, el exceso 1.140,
más los 20 que alimentamos la alimentación fresca a esto,
le restamos los que hemos calculado,
que se consumen por cada reacción 320 para la primera reacción,
combustión completa y 28 para la segunda oxidación parcial.
De esta manera tenemos 812 kilos amores de oxígeno a la salida
de nuestro de nuestro combustión, lo de nuestra caldera
de esta manera.
Hemos calculado el caudal del oxígeno del primero de nuestros componentes,
vamos a seguir el mismo procedimiento
e realizaremos el mismo balance por componentes para el resto
de los componentes que salen de la cámara de combustión.
Aquí están, resumidas, las ecuaciones necesarias
para obtener los caudales de cada una de ellas.
Comenzando con el agua,
el agua se produce tanto en la reacción principal
como la reacción secundaria.
Comenzamos con la primera
y con nuestro propano, alimentado 80 kilos Moles,
su conversión de primera reacción, 80 por 100, por su este que metería,
cuatro moles por cada móvil de propano que se consume,
es decir, se produce el cuatro por cada uno
que está reaccionando tendremos el caudal de agua producido
por la primera de reacción.
Si a esto le sumamos el que se produce la segunda,
de la misma manera en este caso
teniendo en cuenta el la conversión del 10 por 100 la geometría también,
1, cuatro obtenemos 288 kilos moles de aguas.
En cuanto al propano hay propano que queda sin reaccionar.
Es decir, el anunciado nos decía
que el 80 por 100 reaccionado hace dos mientras que el 10 por 100
hace un avance, si sumamos, no llega al 100 por 100,
tenemos el 90 por 100 restando ese día ese 100 al 90.
Tenemos el 10 por 100 de propano que queda
sin reaccionar, que es precisamente lo que calculamos aquí.
80 por cero 1,
es decir, 8.
Quiero moles de propaga,
no sean a los que abandonen la cámara de combustión
y que no el racial.
En cuanto al c
-o 2, este se produce únicamente en la primera reacción
y siguiendo la estética metida de la misma humor por cada 3,
su conversión obtenemos el caudal de ciertos,
el monóxido se hace de manera análoga,
teniendo en cuenta, si usted metería también 1,
tres su conversión en este caso del 10 por 100,
es decir, obtenemos 24 kilos moles de monóxido de carbono,
de esta manera,
conocidos todos los caudales de cada uno de los componentes,
que abandonan el combustión,
podemos obtener las composiciones del mismo,
que son los que es las que se reflejan en estatal,
cuál es la forma de hacerlo, suma hacer el sumatorio
de todos los caudales que componen los gases de combustión,
los que salen de la caldera y todo ello cada uno de ellos?
Lo iremos dimitiendo.
Entre el caudal total de esta manera obtendremos en porcentaje,
en este caso en porcentaje
Moles, la composición de los gases de salir,
la suma total de ellos siempre del suma,
el 100 por 100 a modo de recordatorio a modo de resumen,
para resolver balances de este tipo.
El primer paso será proponer el diagrama de bloques
junto a sus corrientes, composiciones y caudales,
conocidos, composiciones conocidas, y a continuación,
proponer y ajustar las reacciones químicas base de cálculo,
que puede ser seleccionada en cualquiera de las partes
del proceso, y proponiendo balances,
tanto globales como por componentes dentro de nuestro sistema.
Vamos a dar un paso más y en este caso
vamos a calcular balance de materia en un proceso
en el que tenemos recirculación.
En este caso no existe reacción química,
pero tenemos una recirculación, y en este caso
tenemos un sistema compuesto por un evaporadores fiscalizador,
como se pueden ver en los bloques de la diapositiva,
en el que tratamos 10.000 kilogramos hora de una disolución que contiene
un 20 por 100 sólido en peso no conocemos cuál,
pero tenemos un solo luto del 20 por 100 el resto será agua.
Una disolución con que contiene agua absoluto,
es decir, 80 por 100 de agua, alimentada;
el 20 por 100 son esa disolución
concentrada después de pasar por eleva por Ador
del cual abandonará una corriente de agua pura,
vale por evaporación y la corriente que abandona la evacuar ador;
la otra corriente del orador
contendrá un 50 por 100 en peso de solutum de sólidos,
que se llevará a una unidad de cristalización
a una operación de cristalización por la que obtendremos cristales,
con un 96 por 100 en solutum y un cuatro por 100 en agua;
es decir, estamos concentrando nuestra disolución
desde un 20 por 100 en sol de solutum hasta un 96 por 100 que ocurre
con la corriente que, que liquida que el, que no ha cristalizado,
que la devolvemos a nuestra operación de acuerdo,
a nuestro evaporado y además conocemos
que esta disolución, saturada, contiene 0,
con seis kilogramos de sólido por cada kilogramo de agua total
que se circula, por tanto, por cada kilogramo de la disolución
vale.
Y este se devolverá directamente al evaporado
que se pide pues calcular las composiciones caudales
de todas las corrientes que tenemos.
En el sistema primer paso, como siempre proponerle,
balance de diagrama,
bloques que se puede ver en la figura siguiente paso,
reacciones químicas,
que en este caso no tenemos.
Por tanto, no hay que plantearlas, vamos a la base de cálculo;
en este caso tenemos 10.000 kilogramos hora
que alimentamos; frescos.
Por tanto, vamos a seleccionarlo como base de cálculo,
no tenemos que elegir ninguna otra y comenzamos con los balances.
En primer paso, línea 1, que se recta con lo más grande.
Vamos a promover balances globales y por componentes.
Primer paso, balance global.
Lo que entra es decir lo que entra en esta línea, que son
10.000 kilogramos hora, sería igual a lo que sale de esta línea,
es decir, el agua evaporadas,
de la primera unidad v y los cristales que abandona
se por tanto el balance global;
será 10.000 kilogramos; horas igual a v máster,
es decir, a la corriente de agua Eva aforada más la corriente de cristales
que abandona nuestro sistema.
Como podemos ver,
tenemos dos incógnitas en una sola ecuación.
Por tanto, tendremos que buscar otra ecuación
para realizar un sistema de con dos ecuaciones
y dos incógnitas y de esta manera poder resolver
nuestro qué haremos proponer balances por componentes en este caso
tenemos dos componentes.
Son luto y agua disolvente.
Vamos a comenzar por el primero, realizando un balance solutum,
en este caso balance absoluto global,
igual que antes en la línea 1,
tenemos que el 20 por 100 de lo que entra de la corriente,
que entre absoluto por tanto el 20 por 100
de 10.000 es lo que está entrando al sistema por contra,
lo que sale es por la corriente de agua,
sale algo apura, no tenemos absoluto
por lo que esa corriente es el acera,
mientras que la de los cristales se compone
de un 96 por 100 de eso, luto y aquí tenemos el 96 por 100,
que es la corriente cristales, vale.
Por tanto, nuestro balance del sólido global
en el conjunto será 0, dos por 10.000,
igual a 96 en 396 por el caudal de cristales
que abandona nuestro sistema.
Existen,
como se puede observar directamente desde esta ecuación,
se puede despejar c y obtener el caudal de cristales.
Una vez conocido nos podemos ir al balance global,
y obtener v, es decir,
el caudal de agua evapora, resolviendo el sistema,
obtenemos 7.900 kilogramos hora de agua, evaporadas,
el primer, la primera unidad y 2000;
aproximadamente 2000 kilogramos
-hora de cristales que abandonan nuestro cristalizados,
disolución concentra que nos quedaría calcular
el resto de corrientes que tenemos en nuestro sistema,
como son la salida del evaporado por lo que hemos denominado como va
y la que circulamos,
la que hemos denominado como r.
Qué haremos.
Para ello proponen más balances.
En este caso vamos a proponer un balance en una única unidad
en eleva, Poblador lo que llamamos el rectángulo 2, de igual manera
lo que haremos será balance global.
El nuevo parador, es decir,
lo que entró al evaporado, será igual a lo que sale.
En este caso, lo que dentro al evaporado
son 10.000.
De alimentación fresca más r, que es el caudal red circulada, vale,
10.000 más se hace.
Esa es nuestra entrada,
ya que sería igual a lo que sale del mismo,
a lo que alimentamos.
Ha cristalizado corriente a más v, que es la barba
poblada recordar que v el caudal de Google,
lo hemos podido calcular con anterioridad
y podríamos directamente emplear ese, no.
En cualquier caso seguimos teniendo dos incógnitas
y una única ecuación, por lo tanto, de la misma manera que antes
realizaremos un balance por componentes,
en este caso un balance de solutum en el evaporado, que es lo que llegan
a nuestro valorador, llegan a nuestro valorador.
El 20 por 100 son todo de la alimentación fresca,
0, dos por 10.000 igual que antes,
pero además estamos añadiendo una corriente recirculación
del cual conocemos su composición, que es con seis
por cada kilogramo de agua que se recicla,
es decir, por kilogramo de agua.
Total de instrucción, por tanto 0, 6, entre 0,
seis más uno entre uno con seis será la composición de saldo absoluto
en este caso que es desconocido que red circula,
y esto multiplicado por r, que es nuestra corriente de recirculación,
dará lugar a la cantidad de esos luto que estamos reciclando
a nuestro sistema.
Esto será igual, al 50 por 100 con cinco concentraciones;
alcohol de su luto conocida, salía.
Eleva parador por hora, que es nuestra corriente de salida
del evaporado.
De esta manera tenemos dos ecuaciones.
Dos incógnitas.
La corriente-r y la corriente a que podremos resolver
y obtener aproximadamente 7.600 kilogramos sola,
te recirculación de caudales de circulación
y 9.700 kilogramos hora de corriente
que abandona la evaporadores alimentada al cristalizado.
Vamos con el nuevo ejemplo en este caso el más completo
de los que suele componerse a un proceso químico,
en el cual incluimos tanto raquel química recirculación,
como hemos visto previamente, y también una corriente de purga
para que no haya acumulaciones dentro del sistema,
en este caso tenemos un rastro;
catalítico para fabricar amoniaco en el que alimentamos nitrógeno
e hidrógeno en proporción 1,
tres vale, nos dice que la mezcla que se alimenta tractor
es decir no la alimentación fresca,
sino la que alimentamos al reactor.
Está en proporción 1, 3, como se puede ver.
Además nos dice que la conversión dentro del reactor
es del 25 por 100 o amoniaco.
Estamos ya conformado
lo separaremos mediante una operación de condensación de esta forma.
La fracción líquida contendrá amoniaco puro,
mientras que en la fracción gaseosa
la que queda sin condensar abandonar al condensador y partes red circulara
y parte se por gala además nos dice que la mezcla inicial,
nitrógeno e hidrógeno,
es decir, la alimentación fresca contiene un 0, dos por 100 de Argón.
Por tanto, tenemos un nuevo componente que en este caso
es un inerte, que no intervendrá en la reacción
pero que está circulando por todos.
Nuestro sistema, por tanto ese inerte tendrá que ser purgado.
De ahí que tengamos una corriente de puro.
Tenemos también que suponer que tenemos que mantener
el tener una concentración de algo a la entrada del reactor,
es decir, no en el alimento fresco,
sino la entrada.
El reactor del cinco por 100 vale,
nunca puede exceder ese cinco por 100.
Por tanto, tendremos que purgar
para que nunca haya una concentración de agua con la central de actor mayor
del cinco por 100 que se pide,
pues calcular la fracción de corrientes de circulación
que se purga respecto a la que sale del condensador,
y para ello,
como llegaremos a ello, resolviendo nuestro balance de materia
y obteniendo todos nuestros caudales y composiciones que abandonan
o que o que entran a cada una de las unidades de nuestro proceso.
Primer paso, diagrama de bloques
que ya se puede observar en la diapositiva siguiente.
Paso.
Raquel química que tiene lugar,
en este caso muy sencilla, nitrógeno, más hidrógeno
para dar amoníaco con su ajuste.
Este kilométrico, un molt de nitrógeno con tres de hidrógeno,
da lugar a dos de amoniaco siguiente.
Paso proponer una base de cálculo.
En este caso no tenemos ningún caudal que nos dé
el enunciado.
Por tanto, vamos a proponer una base de cálculo de 100 moles
a la entrada del rector.
Cuidado con esto, ya que estamos proponiendo un bala,
una base de cálculo a la entrada del reactor
y no como alimento fresco.
También se podría hacer, como he dicho con anterioridad,
una base de cálculo en cualquiera de las de las corrientes de proceso.
En este caso, para facilitar los cálculos,
hemos seleccionado una base de cálculo a la entrada del reactor,
en este caso cielo esa entre una vez conocida la base de cálculo.
Comenzamos con los balances.
En primer lugar, vamos a calcular cuál es la composición o las corridas
por los caudales que tienen cada uno de los componentes
que entran al rector.
En este caso, sabemos que tenemos nitrógeno,
hidrógeno y algo que entra en el reactor;
y sabemos que el nitrógeno hidrógeno están,
proporciona 1, 3, por tanto, por cada molta hidros
de de hidrógeno; tenemos tres de nitrógeno
y la suma de hidrógeno, nitrógeno será el 95 por 100, vale, es decir,
95 Moles porque nuestra base calculan 105 Moles de Argón,
que son los que Andy, los que denuncian,
los dice que se tienen que mantener como máximo
a la entrada dentro de esta manera sistema de dos ecuaciones.
Dos incógnitas podemos despejar el caudal de nitrógeno
y el caudal de hidrógeno que tenemos en la entrada de nuestros actos,
en este caso, veintitres, 35,
moles de nitrógeno y 71 con 25 Moles de hidrógeno,
una vez conocidas las los caudales de cada uno de los componentes
que entran el rector.
Con este geometría y conversión
podemos calcular la salida del mismo.
Para ello hacemos un balance dentro del reactor,
cuál será el nitrógeno que sale, que no se ha convertido.
Por tanto, como lo calculáramos como el que entra,
es decir, los veintitres, 75 menos lo que está reaccionando,
lo que es lo que se consume, veintitres, 75 por su conversión,
era el 25 por 125, por tanto, del redactor,
abandona 17 con 81 moles de nitrógeno.
De la misma manera,
opera mojón el hidrógeno en este caso tenemos 71 Moles,
que entran de hidrógeno,
calculados previamente y con la este,
que metía la reacción y el caudal de nitrógeno;
por cada moll de nitrógeno, páctela, van tres de hidrógeno por tanto,
tres por veintitres, 75.
Y, con su este, que metería.
25 serán los moles de hidrógeno,
que se están consumiendo o están reaccionan, por tanto,
en este caso tenemos 53 moles de hidrógeno,
que abandonan nuestros actos, qué ocurre con el amoniaco,
que estamos produciendo, amoniaco en nuestra reacción,
por tanto, el amoniaco abandona el rector
simplemente por prestigio;
geometría, los veintitres, 75, Moles de nitrógeno,
que nuestra referencia por cada moll de nitrógeno, tenemos,
dos de amoniaco multiplicamos por dos por su conversión
y obtenemos 11 con 87 moles de amoníaco
que abandonan nuestros actos.
Recordamos también que teníamos un inerte,
que se elaboró con en este caso, que entre el rector,
y que no reacciona, por tanto, el caudal de Argón
que abandona el reactor será de cinco horas,
el mismo que una vez conocida la salida de nuestro rector.
Podremos calcular el resto de corrientes de nuestro sistema.
Para ello sabemos que todo el amoniaco
y se produce abandona por el condensador en forma líquida,
son 11 87,
Moles de amoniaco, los que hemos calculado previamente.
Por tanto, ya tenemos la corriente de producción,
mientras que la corriente,
ese compondrá los otros tres componentes que han quedado,
sin traccionar gaseosos, que son el nitrógeno,
el hidrógeno y el algo con los caudales que abandonaban el reactor,
la suma total, es decir la corriente,
ese será la suma de todos ellos en este caso
el 76 con 25.
Esta corriente mafiosa que sale se bifurcan 2, la que se circula
y la que se puro hay que tener en cuenta que al ser
una bifurcación no existe ninguna transformación química,
y, por tanto, la composición de los gases de la corriente,
ese será la misma que la corriente y la misma
que la de la corriente.
Esto es importante a la hora de realizar los cálculos del balance
de materia.
Siempre que exista una división se mantienen las composiciones,
las distintas corrientes
va vamos a continuar calculando el caudal de recirculación,
el caudal que circulamos, y para ello,
que realizamos, pues un balance en uno de los nodos,
como hicimos previamente, balance en este caso en el nuevo 2.
Cuál es el nuevo dos
en el que la entrada al rector es igual a la suma
de la corriente de circulación más el alimento fresco.
Por tanto, planteamos ese balance total
que conocemos, conocemos a que el alimento fresco,
del cual no conocemos su caudal más r,
que del que también desconocemos su caudal
y esto será igual la entrada nuestro rector,
que curiosamente es nuestra base de cálculo,
es decir 100 moles, por tanto 100 desigual a Masia
en este caso dos ocio, dos incógnitas,
una sola ecuación tenemos que buscar una segunda para ello
balance por componentes.
En este caso vamos a realizar un balance de Argón,
aunque podríamos hacerlo de cualquiera de los otros compuestos
de de nuestro sistema, vale,
pero cómo conocemos la composición de Argón?
A la entrada conocemos la composición de Argón
en alimento fresco y conocemos la composición de Argón
en los corrientes de circulación.
Podemos obtener fácilmente las dos corrientes, por tanto lo que llega
al no 2, que es lo que llega pues la corriente recirculación,
en este caso balance de Argón,
pero con los 66.
Cómo se obtiene este número?
Simplemente dividiéndolos 5.
Moles de Argón.
Entre la 40 total, 76, no recuerdo que la composición de la corriente
es la misma que la corriente ese por r caudal de recirculación,
esto también hay que sumarle la corriente al alimento fresco,
que es la que tenemos aquí a la izquierda,
vale?
En este caso conocemos un cerrados
porque contiene un cero por 100 de Argón,
por tanto cero con dos por a que la corriente ya desconocida
en este caso corriente de alimento fresco
y esto será igual a que a al cinco por 100 de Argón
por la corriente entre el rector,
que era nuestra base de cálculo, si recordamos que eran 100;
por tanto, el caudal de Argón,
que entra el actor, son cinco Moles,
vale que tenemos aquí por tanto cincos, igual hacer,
o con dos por a máster, o con 66 por de esta manera,
tenemos dos ecuaciones.
Dos incógnitas.
Resolvemos nuestro sistema
y obtenemos el caudal de a de alimento fresco
y ver.
Tenemos 25 moles de alimento fresco y 75 de recirculación,
que nos queda calcular la composición de purgas.
El caudal de puro vale,
y para ello que realizamos un balance en el lado 3,
lo que llega a tres seré igual a lo que sale del mismo,
que llega corrientes y que abandona tanto
como, por tanto, ese será igual a va a ser despejando ya conocidas.
Ese r que las hemos calculado.
Previamente obtenemos uno con 25 móviles,
que son los moles que abandonan por la corriente de purga,
se les pediría la fracción de corriente que se purga
respecto a la red.
Circula conocida las dos corrientes.
El cálculo es inmediato
y, simplemente dividiendo uno 25.
Entre los 75
Moles que se red circular, obtenemos el uno con 66 por 100,
es decir, respecto a la recirculación,
únicamente se está purgando un uno con 6,
66 por 100, de los gases condensados para mantener una concentración
de alguna central actor del cinco por 100,
como se puede ver en este caso.
Los pasos a seguir son los mismos,
pero hay que proponer más balances, ya sea globales,
como en unidades o en partes de proceso,
como en este caso dos nuevos distintos.
Pero gracias a todo ello,
podemos llegar a la resolución de todas las corrientes
y composiciones de nuestro de nuestro proceso químico.
Vamos a a observar un último ejemplo.
En este caso todos los balances que hemos hecho
con anterioridad corresponden al estado estacionario,
es decir, tiempo al cual ya no existen
variaciones en composiciones y caudales,
vale respecto al tiempo y vamos a hacer en este caso
un balance en estado no estacionario,
es decir, en los tiempos,
en los cuales existen variaciones tanto en composiciones
como en caudales dentro de nuestro sistema,
y para ello tenemos un tanque de mezcla completa
que contiene 450 kilogramos de salmuera;
es decir, nuestra corriente de salida agua son 450 kilogramos,
todo ello dentro de nuestro tanque agitación.
Además, conocemos la composición de esa concentración de salud, que es
un 10 por 100, por tanto,
tenemos 45 kilogramos de esa dentro de nuestro tanque inicialmente
y al cual empezamos añadir a razón de nueve kilogramos minuto.
Una salmuera concentrada con una concentración de 20 por 100,
o sea, es decir, alimentamos en continuo
otra corriente, en este caso al 20 por 100,
en sal a razón de nueve kilogramos minuto.
También conocemos que en paralelo se empieza a extraer,
por la parte inferior del tanque una corriente,
a razón de cuatro con cinco kilogramos minuto
del cual no conocemos su composición.
No conocemos la concentración, esa que se nos pide,
pues se pide calcular la variación de la cantidad de salud del tanque
respecto al tiempo,
es decir, la relación entre la cantidad de salud del tiempo
y, además, que calculemos el tiempo necesario
para llegar al 90 kilogramos de sal dentro de este,
pues si recordamos el principio de estabilidad clase,
lo que haremos será proponer la expresión general de balance,
materia que es acumulación es igual, entrada menos salida, más generación
o menos desaparición.
En este caso no tenemos razón química.
Por tanto, no existe el término de generación o desaparición
y se nos queda acumulación, lo que se está acumulando dentro
del tanque ser igual a lo que entra al mismo,
menos lo que sabe.
De igual manera podemos plantear este balance por componentes,
como hemos hecho previamente, también lo podemos hacer
de forma global.
Comenzamos con el global, el balance global
a que será igual la acumulación.
La acumulación será igual a la variación del caudal de salmuera
vale respecto al tiempo, es decir,
cogiendo diferenciales la diferencial del caudal de salmuera.
Respecto al tiempo, será igual a lo que entra, que es lo que entra
a nuestro tanque en este caso nueve kilogramos minuto.
Desarbola concentrada de currito total
y lo que abandona menos lo abandona el mismo,
que son cuatro con cinco kilogramos minuto de salida del mismo;
por tanto, nuestro balance global
obtenemos que la variación de nuestra concedente.
Nuestra caudal de salmuera, respecto el tiempo, es igual a cuatro
con cinco kilogramos minutos.
Esta forma podemos separar nuestra variables integral
e integrar, resolver nuestra cohesión diferenciales,
una integral muy sencilla, inmediata, y con nuestras condiciones
iniciales conocidas, quiere decir que a tiempo cero
tenemos un caudal de salmuera o de de salmuera de 450 kilogramos,
si recordamos aquí dentro del tanque.
Por tanto, podemos obtener nuestra expresión final
de que nuestro caudal de salmueras igual a cuatro con cinco
por el tiempo más 450, es decir, si sustituimos aquí el tiempo
o si sustituimos.
Aquí el caudal de salmuera podremos obtener
o ese caudal de salmuera o el tiempo para ese caudal
de salvar el enunciado que nos pide la variación de la cantidad de salud
no de toda la coherencia total, por tanto,
que haremos un balance por componentes,
como hemos hecho en el resto de ejercicios
de estabilidad para ello, para hacer absoluto balance de salud,
en este caso la variación de esa dentro del tanque respecto
al tiempo, a que será igual a lo que entra al mismo,
es decir, 20 por 100 por nueve kilogramos hora,
minuto perdón, con dos por nueve menos,
lo que abandona el mismo,
cuatro con cinco por la composición de salud, que es desconocida,
es decir eme minúscula entre en mayúscula, caudal de sal,
respecto a caudal total, cauta caudal.
De mezcla que abandona el reactor,
vale, podremos resolver esta ecuación.
Vale?
Es una ecuación diferencial del cual podemos,
es una diferencia exacta,
podemos separarlas variables e integrarlas vale?
En unas condiciones iniciales de que a tiempo cero
conocemos que la cantidad de esa dentro del tanque son 45 kilogramos,
vale, o que nos decía que era una salmuera,
10 por 100 en peso y, por tanto, podemos obtener la expresión,
que relaciona la sala, la cantidad sau?
Respecto al tiempo, el enunciado nos pide que el tiempo necesario
para obtener 90 kilogramos de esa dentro del tanque por tantos,
simplemente con sustituir 90 kilogramos;
en esta denme minúscula,
podemos obtener el tiempo para alcanzar.
Ese es es esa cantidad de esa, que son, en este caso,
poco más de media hora, 36 minutos,
esta es la forma de resolver, galantes en estado no estacionario,
propone su expresión general y, desglosando término a término,
lo que ocurre dentro del sistema, a diferencia de Estado,
estacionario, siempre tendremos que resolver una cocción diferencial
y, por tanto, una integral,
en las condiciones iniciales de contorno que aparecerán
en nuestro enunciado hasta aquí nuestra clase de introducción
a los balances de materia.
Espero que haya sido de utilidad.