Es el estudio de la llamada Ley Conservación de la Materia (Antoine Lavoisier en 1785) y la forma en que puede aplicarse a los cálculos de ingeniería.

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R: Masa H2O=74,627 Kg ; Masa Ba(NO3)2=21,642 Kg cristalizados

5.- Realice el balance de materia a flujo continuo sin reacción química para la siguiente figura. Determine la cantidad másica de todos los flujos faltantes en Kg/s.

[pic 16]

BALANCE DE MATERIA CON PROCESOS DE: RECIRCULACIÓN, DERIVACIÒN Y PURGA

- BALANCE DE MATERIA CON RECIRCULACIÓN (“RECYCLE”):

En muchos casos en la industria es muy frecuente encontrarse procesos en los cuales se lleva una parte del producto final a mezclarse con la línea de alimentación al proceso. Este tipo de proceso se lo conoce con el nombre de recirculación, como se muestra en la figura:[pic 17]

En estos tipos de problemas se pueden plantear balance en distintos puntos. Así por ejemplo:

1.- Balance global del proceso: L1 = L5

2.- Balance alrededor de la unidad de proceso: L4 = L2

3.- Balance en el punto de unión o mezclado: L1 + L3 = L4

4.- Balance en el punto de separación: L2 = L3 + L5

- BALANCE DE MATERIA CON DERIVACIÓN (“BYPASS”):

El proceso inverso a la recirculación es la derivación, la cual consiste en desviar una parte de la alimentación y mezclarla con el producto final, tal como se muestra en la figura: [pic 18]

Al igual que en la recirculación se pueden plantear balances en distintos puntos:

1.- Balance global del proceso: L1 = L5

2.- Balance alrededor de la unidad de proceso: L2 = L4

3.- Balance en el punto de separación: L1 = L2 + L3

4.- Balance en el punto de unión o mezclado: L3 + L4 = L5

[pic 19]

- BALANCE DE MATERIA CON PURGA (“PURGE”):

Corriente desviada de una recirculación hacia el exterior del sistema, con objeto de eliminar ciertas sustancias que de otra manera se acumularían en el interior del sistema. Tal como se muestra en la figura:

Se plantean balances en distintos puntos:

1.- Balance global del proceso: L1 = L5 + L7

2.- Balance alrededor de la unidad de proceso: L2 = L3

3.- Balance en el punto de mezclado: L1 + L6 = L2

4.- Balance en el punto de extracción de la purga: L4 = L6 + L7

5.- Balance en el punto de separación: L3 = L5 + L4

EJERCICIOS DE APLICACIÓN:

1.- Para concentrara el jugo de naranja se parte de un extracto que contiene 12,5% de sólidos. El jugo se pasa a los evaporadores que trabajan al vacío y parte se deriva para luego diluir el jugo concentrado que sale del evaporador con 58% de solidos hasta la concentración final del 42% de sólidos. La finalidad de la derivación es mejorar el sabor del jugo ya que durante la evaporación pierde ciertos componentes volátiles. Calcule:[pic 20]

a) El peso del agua evaporada por cada 100Kg/h de jugo diluido que entra al proceso.

b) La cantidad derivado del jugo.

2.- La figura, muestra un proceso de separación en tres etapas. La razón de P3/D3 es de 3, la razón de P2/D2 es de 1 y la razón de A y B en el flujo P2 es de 4 a 1. Calcule la composición del flujo E y el porcentaje de cada uno de los elementos de ese flujo.

[pic 21]

BALANCE DE MATERIA CON REACCIONES QUÍMICAS

Generalmente no se utilizan cantidades estequiométricas en los procesos químicos, lo que hace necesario recordar algunas definiciones:

Reactivo limitante: Reactivo que está presente en la menor cantidad estequiométrica, es decir, aquél que desaparecería en primer lugar si la reacción se llevara a cabo hasta su término.

Reactivo en exceso: Reactivo que está presente en cantidad superior a la necesaria para reaccionar con el reactivo limitante.

Conversión: Fracción de un compuesto alimentado que reacciona.

Rendimiento: Fracción de un compuesto alimentado que se transforma en el producto deseado.

Selectividad: Fracción de producto que se transforma en el producto deseado.

LA REACCIÓN DE COMBUSTIÓN:

- Combustión: Reacción rápida de un combustible con oxígeno.

- Los productos de reacción no son valiosos, pero sí lo es la producción de calor.

- Combustibles: Carbono o hidrocarburos (sólidos, líquidos o gaseosos), que producen como gases de combustión CO2 y H2O.

- Comburente: Aire (fuente de oxígeno), que se suministra siempre en exceso y se considera con una composición de 21% O2 y 79% N2.

- Oxígeno teórico: Cantidad molar necesaria para una combustión estequiométrica completa de un combustible (C a CO2 y H a H2O).

- Aire teórico: Cantidad de aire que contiene el oxígeno teórico.

- Aire en exceso: Cantidad de aire alimentada por encima del valor teórico; suele expresarse como porcentaje de aire en exceso

Expresión de la composición de los gases de combustión:

- Base húmeda: Composición de los gases, incluido su contenido en agua, tal como salen de la unidad de combustión.

- Base seca: Composición de los gases, excluido su contenido en agua, tal como se expresan en las técnicas de análisis usuales.

EJERCICIOS DE APLICACIÓN:

1.-Uno de los procesos modernos para producir ácido nítrico se basa en la oxidación del amoniaco (NH3). Sintetizado por la reacción de Haber. El primer paso