Balance de Materia Teoria
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Qumica Industrial
BALANCE DE MATERIA
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El Balance de Materia
Ley de la Conservacin de la materia
La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma
Entonces podemos utilizar este principio para llevar la contabilidad de los materiales en los
procesos qumicos
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Ecuacin del Balance de Materia
Acumulacin = Entradas Salidas + Generacin Consumo
SISTEMA
Entrada
Salida
En el
sistema
A travs de los
Lmites del sistema
En el
sistema
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Balance de Materia
Si el sistema se encuentra en estado estacionario, no hay acumulacin en el sistema.
Acumulacin = 0
En sistemas donde no hay reaccin qumica, no se generan ni se consumen sustancias.
( generacin y/o consumo ) = 0
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Resolucin de Problemas de
Balance
1. Grafique el Diagrama de Flujo del Proceso.
2. Coloque los datos conocidos de las corrientes de materia y los que
se puedan calcular con facilidad.
3. Tome un sistema y considerando slo las corrientes que entren y
salen de l (No las internas) realice los balances: totales, por
componente o por elemento que sean independientes entre s.
4. En el caso que el sistema de ecuaciones no est determinado,
tome un sub-sistema y repita la operacin anterior.
5. Resuelva las ecuaciones simultneas.
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Representacin Grfica de Procesos
1. Cada UNIDAD es
representada por un
rectngulo o la grfica que le
corresponda.
2. Los FLUJOS DE MATERIA
estn representados por lneas
que entran y salen de las
unidades.
3. Deben escribirse todos los
datos posibles sobre las
COMPOSICIONES de las
corrientes.
0,1 Bz
0,9 Tol
A
F
P
100 l/h
0,5 Bz
0,5 Tol
0,9 Bz
0,1 Tol
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Ejemplo: Columna de destilacin
1. Grafique el Diagrama de Flujo del Proceso.
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2. Coloque los datos conocidos de las corrientes de
materia y los que se puedan calcular con facilidad.
F
10000 kg/h
50% Bz
50% Tol
P
0,95 Bz
W
0,98 Tol
T
R 0,05 Tol
0,02 Bz
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NOTA:
En gases el % es en
moles:
En slidos y lquidos
el % es en peso.
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Tome un sistema y considerando slo las corrientes que entren y
salen de l (No las internas) realice los balances: totales, por
componente o por elemento que sean independientes entre s.
F
P
W
T
R
T = P + R
Subsistema 2
F = P + W
Sistema 1
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Por ejemplo en el Sistema 1 hemos podido plantear los
siguientes balances.
Balance Global:
F = P + W
Balance por componentes:
Bz 0,5 F = 0,95 P + 0,02 W
Tol 0,5 F = 0,05 P + 0,98 W
Las 3 ecuaciones
no son indepen-
dientes
Balance por elementos:
(innecesario cuando no hay Rx. Qumicas)
(Bz = C6H6, PM=78) (Tol = C7H8 PM = 92)
Carbono:
(0,5*6/78 + 0,5*7/92)F = (0,95*6/78+0,05*7/92)P+(0,05*6/78+0,98*7/92)W
Hidrgeno:
Se procede de la misma manera
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Operaciones con Recirculacin:
SISTEMA Y SUBSISTEMAS
F P
R
A S
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Operaciones con DERIVACIN
SISTEMA Y SUBSISTEMAS
F P
R
A S
-
W
P = 60 lb 80 % EtOH 15 % MeOH 5 % H2O
F = 100 lb 50 % EtOH 10 % MeOH 40 % H2O
EJEMPLO 1.- Dado el siguiente esquema, determine si la corriente W entra sale del sistema y calcule su composicin.
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EJEMPLO 2.- Dado el siguiente esquema, determine si la corriente B entra sale del sistema, calcule el flujo msico de las corrientes B y C.
B = ? 22 % MeOH 78 % H2O
C = ? 91 % EtOH 9 % H2O
A = 100 kg/s 50 % EtOH 10 % MeOH 40 % H2O
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EJERCICIO 1 Se encontr que una pulpa hmeda tena 71 % de agua. Despus del proceso de secado se determin que se haba eliminado el 60 % del agua original. Calcule:
a) La composicin de la pulpa seca b) La cantidad de agua eliminada por libra de pulpa
hmeda alimentada
Pulpa hmeda 71% H2O
H2O
Pulpa seca
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Ejemplo 1
Cuantas son libras de recirculacin por lb de alimentacin si
la cantidad de A de desperdicio es de 100 lb?
Recirculacin de A
nicamente
Composicin 40% A
20% A
80% B A 5%
B 95%
A ; desperdicio
alimentacin
-
S
W A
R
F G
40% A
20% A
80% B A 5%
B 95%
100% A 100%
Sist 1 Sist. 2
Solucin
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Sistema 1
S
W
F
0,05A
0,95B
1,0W
0,2A
0,8B
ENTRADA = SALIDA
BALANCE GENERAL:
F = W + S => F = 100 + S
BALANCE DE A:
0,2F = W + 0,05 S => 0,2F = 100 + 0,05 S
Ecuaciones: F S = 100
0,2F 0,05 S = 100
F =
S =
-
Sistema 2 G
R
F
0,4 A
0,6 B
1,0A
0,2 A
0,8 B
BALANCE GENERAL:
F + R = G
BALANCE DE A:
0,2 F + R = 0,4 A
Ecuaciones: G R = F
0,4 G R = 0,2 F
R =
G =
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2.- La etapa final de fabricacin de HNO3 es una destilacin en la que la concentracin del cido pasa de 60% a 99%. El diagrama de flujo se presenta en la figura. El objetivo del H2SO4 es disminuir la presin parcial del H2O, si no se aade acido sulfrico u otro agente de accin similar, imposible sobrepasar por evaporacin del 68%. Tomando como base 100 Kg de HNO3 concentrado. Calcular: a)El peso de agua que sale del evaporador b)El peso de acido sulfrico en G c)El peso de acido diluido que entra al sistema
condensador
destilador
P
99%
HNO3
100Kg
W
Vapor de agua P
93% H2SO4
G
60% H2SO4
F
60% HNO3
evaporador
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2.- La siguiente representa el proceso de fabricacin de algunos
frmacos, donde es necesario la separacin de slidos mediante el
uso de centrifugas y filtros, esto mediante un ciclo cerrado. Dadas
estas mediciones experimentales del equipo bosquejado en el
diagrama. Calcule la velocidad en Lb/h del flujo de reciclaje R.
V 60% A 40%
Centrifuga Filtro
29% V
V 96% A 4%
96 Lb/hr V 20%
A 100%
R
P
F
W
S