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8/11/2019 Cinetika FORMATO PPT.doc (2)

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BALANCE DE MATER

El balance de materia es un mtodo matemtico utilizado

en Ingeniera Qumica. Se basa en la Ley de conservacin dmateria ni se crea ni se destruye, solo se transforma), que masa de un sistema cerrado permanece siempre constante reacciones nucleares o atmicas en las que la materia senerga segn la ecuacin de Einstein E=mc2, y la materia caproxima a la velocidad de la luz). La masa que entra en salir del sistema o acumularse dentro de l, as:

Entradas = salidas + acumulacin


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Los balances de materia se desarrollan comnmente para la maslos lmites de un sistema. Tambin pueden enfocarse a un elemequmico. Cuando se escriben balances de materia para compuestlugar de para la masa total del sistema, se introduce un trmino deequivale a lo que se genera en la reaccin qumica menos lo que des

El trmino de produccin puede utilizarse para describir velocidadLos trminos de produccin y acumulacin pueden ser tanto positinegativos.

Balance de materia en estado estacionario

La mayora de los procesos industriales son continuos, con un mnalteraciones o paradas. En este tipo de procesos, a excepcin de lospuesta en marcha y paradas, el tiempo no es una variable a considelas variables intensivas dependen solamente de la posicin, siendo estacionario.

Entrada + produccin = salida + acumul


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Entrada + produccin = salidas

En estos sistemas en estado estacionario el trmino acumulacin simplificndose la ecuacin a la siguiente:

A su vez, en aquellos sistemas donde no se produzca reaccin qusimplifica todava ms:

Entradas = salidas

TiposLos balances de materia pueden ser integrales o diferenciales. El bintegral se enfoca en el comportamiento global del sistema, mientrdiferencial lo hace en los mecanismos dentro del sistema (los cualeafectan al comportamiento global). En los casos ms simples, el insistema se considera homogneo (perfectamente mezclado).


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Para poder hacer un balance integral de materia, primero se delos lmites del sistema, es decir, cmo el sistema est conectadmundo y cmo el resto del mundo afecta al sistema.

Tambin pueden clasificarse de la siguiente forma:

Balance de masa global o total:se realiza en todo el sistconsiderando las masas

totales de cada una de las corrientes de materiales.

Balance parcial:se realiza en los subsistemas, considerandeterminado componente en cada una de las corrientes.

Balance molar:si en el sistema no se originan cambios qu

Balance atmico:si en el sistema hay cambios qumicos.

Balance volumtrico:si no se originan cambios de estado


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BALANCE DE MATERIA (FELD

Problema 1:(FELDER - EJEMPLO 4.2-1) La ecuacin gener

Cada ao llegan 50000 personas a la ciudad, se van 75000, mueren 19000. Escriba un balance de la poblacin de la ciudad.

Solucin

Representaremos a las personas por la letra P

Entrada + generacin salida consumo = acumulacin

50000 (P/ao) + 22000 (P/ao) 75000 (P/ao) 190(P/ao)

Cada ao a poblacin de la ciudad pierde 22000 personas

A = -22000 (P/ao)


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Problema 2:(FELDER - EJEMPLO 4.2-2) Balance deun proceso de destilacin continua.

Cada hora se separan por destilacin en dos fracciones, 1000de una mezcla de benceno (B) y tolueno (T) que contiene 50% por masa. La velocidad del flujo msico del benceno en lsuperior es 450 kg B/h y la del tolueno en la corriente inferioT/h. La operacin se encuentra en estado estacionario.

balances del benceno y del tolueno para calcul.ar las velocidadesconocidas de los componentes en las corrientes de salida.


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Balance de benceno:

Flujo de Benceno = 50% (1000 kg/h)

Flujo de Benceno = 500 kg B/h

Entrada = salida

500 kg B/h = 450 kg B/h + m2

Entrada = salida

m2= 50 kg B/h


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Balance de Tolueno:

Flujo de Tolueno = 50% (1000 kg/h)

Flujo de Tolueno = 500 kg T/h

Entrada = salida

500 kg T/h = m1 + 475 kg T/h

Problema 3: (FELDER - EJEMPLO 4.2-3) Balance proceso de mezclado intermitente.

Se tienen dos mezclas de etanol-agua en matraces distintprimera contiene 40% por peso de metanol, y la segunda 70.0peso de metanol. Si se combinan 200 g de la primera mezcla cg de la segunda. Cules sern la masa y la composiciproducto?

m1= 25 kg T/h


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Solucin

Observamos que las corrientes de entrada y salida que se mudiagrama sealan los estados inicial y final de este proceso Como no se lleva a cabo ninguna reaccin, los trminos de consumo (de la ecuacin de balance de materia) pueden omitique todos los balances tienen la forma simple:


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Balance Total:

Entrada = salida200 g + 150 g = m

Balance de metanol:

Entrada = salida(200 g)(0.400 g CH3OH) + (150 g)(0.700 CH3OH)= m(g)(x g

Pero: m = 350 g, reemplazando.

Entrada = salida

m = 350 g

x = 0.529 g CH3OH/g

1-x = 0.471 g H2O/g


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Problema 4: (FELDER - Problema Propuesto 4.55)El intermediario (A) de un proceso farmacutico continuo puede contener hasta 10% por peso del ingrediente R.

El producto final (P) debe contener 0.75% por peso de R. Para

fraccin del A que se alimenta al proceso se deriva del reactor yla corriente de producto que sale de este para dar P. Una segualimentacin (B), sin R, entra al reactor junto con el A que no s


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Suponga que mp= 4850 kg P/h y xRA= 0.0500 kg R/kg A. Calc

Solucin


No hay Generacin, ni consumo ni acumulacin.

Balance para R: solo ah R en (A) y en (P)

Entrada = salida

(mA0)(xRA) = mp(0.0075)(mA0)(0.05) = 4850(0.0075)

Entrada = salida

mA0= 727.5 (kg A/h)


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Balance Total:

Entrada = salida

(mA0) + (mB0) = mp

727.5 + mB0 = 4850

Problema 5: (FELDER - Problema Propuesto 4.7)La extraccin liquida es una operacin que se usa para separar lcomponentes de una mezcla formada por dos o ms especies de caso ms simple, la mezcla contiene dos componentes: un solutosolvente lquido (B). La mezcla se pone en contacto, en un recipiagitacin, con un segundo solvente liquido (C), el cual tiene dos fundamentales: A se disuelve en l y B es inmiscible o casi inmis(Por ejemplo, B puede ser agua, C puede ser un aceite de hidrocaespecie soluble en agua o en aceite.)

mB0 = 4122.5 (kg/h)


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Parte de A se transfiere de B a C, y despus la fase rica en Bsepara de la fase rica en C (el extracto) en un tanque de deotra etapa, el refinado se pone en contacto con C fresco, se thacia l. Este proceso puede repetirse hasta que se extrsustancia A de la B.

A continuacin aparece el diagrama de flujo de un proceso encido actico (A) de una mezcla de este cido y agua (B), u(C), un lquido inmiscible con agua.


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A) Calcule mC, mE, mRempleando como base la velocidad de aldada de la mezcla.

B) Calcule la diferencia entre la cantidad de cido actico en laalimentacin y en la mezcla al 0.5%.

Solucin Entrada + generacin salida consumo = acumulacin

No hay Generacin, ni consumo ni acumulacin.

Balance para el Agua: ah en R y en (B)

Entrada = salida(mB)(0.885) = mR(0.995)

(400)(0.885) = mR(0.995)

Entrada = salida

mR= 355.78 (g/min)


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Balance para el cido Actico: ah en B, E y R

Entrada = salida

(mB)(0.115) = mE(0.096) + (mR)(0.005)

(400)(0.115) = (355.78)(0.005) + mE(0.096)

Balance Total:

Entrada = salida

mB +mC= mE+ mR400 + mC = 355.78 + 460.64

mE = 460.64 (g/min)

mC = 416.42 (g/min)


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B) cido Actico en la Alimentacin:

CH3COOH= (400)(0.115)

CH3COOH= 46 (g/min)

cidoActico en R:

CH3COOH= (355.78)(0.005)

CH3COOH= 1.78 (g/min)

Diferencia= 46 (g/min) - 1.78 (g/min)

Diferencia= 44.22 (g/min)


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Problema 6: (David Himmelblau -Ejemplo 3.5 - Pg. 64)

Las membranas representan una tecnologa relativamente nuegases. Una aplicacin que ha llamado la atencin es la separacinitrgeno del aire. La figura 1 ilustra una membrana con poros d

se fabrica aplicando un recubrimiento muy delgado de polmersoporte de grafito poroso. Cul es la composicin del flujo deequivale al 80% de la entrada?


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Colocando todos los datos y smbolos en la figura:

MEMBRANAF1(mol) F2(mol)

F3(mol)

(80% F1)

Fr. Molar

O2 0.21

N2 0.79

Fr. MolarO2 0.25

N2 0.75

Fr. Molar

XO2

XN2

1.00


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Escogiendo como base de clculo:

F1= 100 mol

Calculamos el valor de F3:

F3= 0.80 x 100 = 80 mol

Al ser un proceso en estado estacionario sin reaccin qumica, trminos de acumulacin, generacin y consumo de la ecuacicero quedando:

Planteando los balances de masa:

Total: 100 = F2 + 80

O2: 0.21(100) = 0.25(F2) + X O2(80)

Entrada = Salida


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La solucin de las ecuaciones es:

F1 = 20 mol

XO2= 0.20

Ahora hallamos la ltima incgnita con la ecuacin:

Problema 7: (David Himmelblau -Ejemplo 3.6 Pg. 1

Un industrial que fabrica por primera vez alcohol para gasoholciertos problemas con una columna de destilacin. La operacila figura 2. Los tcnicos creen que se pierde demasiado alcohol(desperdicio). Calcule la composicin de las colas y la masa de pierde en ellas.

XO2+ XN2= 1

XN2= 0.80


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A l id d d d il i d d


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Aunque la unidad de destilacin consta de dos o tres individuales, se escoge como sistema que incluye dentrfrontera todos los equipos, as que podemos ignorar todos linternos.


DESTILACIN1000 kg

P (kg

(10% B (kg)

Fr. Msica

EtOH 0.10

H2O 0.90

Fr. Msica

XEtOH

XH2O

1.00

Fr. Msic

EtOH 0

H2O 0

D l d t d P / d F


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Del dato de P es 1/10 de F:

F3 = 0.10 x 1000 = 100 Kg.


Total: 1000 = B + 100

EtOH: 0.10(1000) = 0.60(100) + XEtOH(B)La solucin de las ecuaciones es:

B= 900 Kg

XEtOH = 0.04


XH2O + XEtOH = 1

XH2O = 0.96

Como nos piden la masa de alcohol en la cola:

mEtOH = 0.04(900) = 36

P bl 8 (D id Hi lbl Ej l 8 P 6


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Problema 8: (David Himmelblau -Ejemplo 3.8 Pg. 16

Los peces que atrapan los pescadores se pueden convertir en haEn el procesamiento del pescado, una vez que se extrae el aceite,pescado se seca en secadores de tambor rotatorio, se muele finamempaca. El producto resultante contiene 65% de protena. En un

torta de pescado que contiene 80% de agua (el resto es torta seca100 kg de agua, y se determina entonces que la torta de pescado agua. Calcule el peso de la torta de pescado que se introdujo origsecador.


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DESTILACIN

A (kg)

B (kg)

100 kg

H2O

Fr. Msica

Torta 0.20

H2O 0.80

Fr. Msica

Torta 0.60

H2O 0.40



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Total: A = B +100

Torta: 0.20(A) = 0.60 B

Del balance de la torta se nos da la razn:

B = (1/3) A

Reemplazndolo en el balance total obtenemos

Problema 9: (David Himmelblau -Problema de autoevPg. 174)

Si 100 g de Na2SO4 se disuelven en 200 g de H2O y la disolucique se separan por cristalizacin 100 g de Na2SO4.10H2O.

Encuentre la composicin de la disolucin restante.

A = 150 Kg

B = 50 Kg


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CRISTALIZADOR 100 g

Na2SO4.1100 g Na2SO4

200 g H2O m1(g) Na2SO4

m2(g) H2O

Escogeremos Na2SO4y H2O como los componentes del sistema enNa2SO4.10H2O porque se requieren menos pasos para realizar losnecesarios.

De la formula Na2SO4.10H2O podemos hallar las fracciones msiccomponente

XNa2SO4= (mNa2SO4)/mTXNa2SO4= (142 g)/(142 g + 10(18 g) = 0.44

XH2O= 0.56


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Na2SO: 100= m1+ 0.44(100)

H2O: 200 = m2+ 0.56(100)

La solucin de las ecuaciones es:

Problema 10: (David Himmelblau -Problema 3.27 Pg

Un gas que contiene 80% de CH, y 20% de He se hace pasar por udifusin de cuarzo (vase la Fig. 4) con objeto de recuperar el heli20% en peso del gas original, y su composicin es de 50% He. Calcomposicin del gas de desecho si cada minuto se procesan 100 kpresin inicial del gas es de 120 kPa, y la final es de 115 kPa. El ba740 mm Hg. La temperatura del proceso es 22C.

m1 = 56 g

m2 = 144 g


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DIFUSOR100 kmol/s C ( kmol/

B (kmol/s)

20% A

Fr. Molar

CH4 0.80

He 0.20

Fr. Mo

XCH4

XHe

Fr. Molar

CH4 0.50

He 0.50


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Del dato del problema:

F3 = 0.20 x 100 = 20 kmol


Total: 100= B +20

CH4: 0.80(100) = 0.5(20) + XCH4(C)La solucin de las ecuaciones es:

C = 80 kg

XCH4= 0.875


XCH4+ XHe= 1

XHe= 0.125


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TEORIA:

Ramos Ganoza, Juan

PROBLEMAS:

1-5 : Loayza Infante, Percy

6-10: Anicama Snchez, Magaly

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