FUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Profesor: Danny Guzmán Méndezdanny.guzman@uda.clDepartamento de

MetalurgiaClase 2.

1. BALANCE DE MASA.

Ley de conservación de la masa:

La materia no se crea ni se destruye solo se transforma.

PROCESOm mEntrada Salida

El diseño de un nuevo proceso o el análisis de uno ya existente no están completos hasta que se estable que las entradas y salidas satisfacen la ecuación de balance.

Entradas – Salidas = Acumulación

1. BALANCE DE MASA.

Proceso en estado estacionario:

NO EXISTE ACUMULACIÓN

Entradas – Salidas = 0

Balance diferencial: Cada término de la ecuación de Balance es una velocidad, procesos continuos.

Balance integral: Cada término de la ecuación de Balance es una porción de la cantidad que se balancea, procesos discontinuos.

1. BALANCE DE MASA.

Pasos para resolver un problema de balance de masa:

1.- Trace un diagrama simple del proceso

2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay

3.- Seleccione una base para el cálculo

4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

4.1- Nºde variables = Nº de ecuaciones => Existe solución

5.- Proceda al balance de masa

1. BALANCE DE MASA.4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

PROCESOA

x1, x2, x3….xn

B

x1, x2, x3….xn

C

x1, x2, x3….xn

A = Flujosa, b, c….n = Componentes

E 1: Σ x1 Entradas = Σ x1 Salida x1 A = x1 B + x1 C

E 1: Σ F. Entradas = Σ F. Salidas A = B + C

E 2: Σ x2 Entradas = Σ x2 Salida x2 A = x2 B + x2 C

E n-1: Σ xnEntradas = Σ xn Salida xn A = xn B + xn C

1

n

n+1 ecuaciones

+

1. BALANCE DE MASA.Ejemplo: Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

FiltroA Ton /h Pulpa

20% Sólido

B Ton/h Agua

1 Ton/h Pulpa Concentrada

70% Sólido

1. BALANCE DE MASA.Ejemplo: Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

FiltroA Ton /h Pulpa

20% Sólido, 80% Agua

B Ton/h Agua

1 Ton/h Pulpa Concentrada

70% Sólido, 30% Agua

Flujos Pulpa: A = B +1

Flujos Sólidos: A*0,2=1*0,7

Flujos Agua: A*0,8 = B*1 +1*0,3

Sólo bastan 2 ecuacionespara resolver el problema

A=3,5 Ton/h Pulpa

B=2,5 Ton/h Agua

1. BALANCE DE MASA.

Balance procesos continuos en estado estacionario:

En el proceso de concentración de jugo de naranja, el zumo recién extraído y filtrado que contiene 7,08% de sólidos en peso, se alimenta a un evaporador. En el evaporador se extrae agua y el contenido de sólidos aumenta al 58% en peso. Para una entrada de 1000 Kg/h. Calcule la cantidad de las corrientes de jugo concentrado y agua de salida.

1. BALANCE DE MASA.

1.- Trace un diagrama simple del proceso

EVAPORADOR100 Kg/h Jugo

7,08 % Sólido

m1 Kg/h H2Ov

m2 Kg/h Jugo

58 % Sólido

Balance procesos continuos en estado estacionario:

1. BALANCE DE MASA.

2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay

EVAPORADOR100 Kg/h Jugo

7,08 % Sólido

m1 Kg/h H2Ov

m2 Kg/h Jugo

58 % Sólido

Balance procesos continuos en estado estacionario:

1. BALANCE DE MASA.

EVAPORADOR100 Kg/h Jugo

7,08 % Sólido

m1 Kg/h H2Ov

m2 Kg/h Jugo

58 % Sólido

3.- Seleccione una base para el cálculoBase: 100 Kg/h Jugo

Balance procesos continuos en estado estacionario:

1. BALANCE DE MASA.

EVAPORADOR1000 Kg/h Jugo

7,08 % Sólido

m1 Kg/h H2Ov

4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

Base: 1000 Kg/h Jugo

Variables: m1 y m2

m2 Kg/h Jugo

58 % Sólido

Ecuaciones:

1) 1000 = m1 +m2

2) 1000(0,0708)=m2(0,58)

Balance procesos continuos en estado estacionario:

1. BALANCE DE MASA.

EVAPORADOR1000 Kg/h Jugo

7,08 % Sólido

m1 Kg/h H2Ov

4.- Nºde variables = Nº de ecuaciones => Existe solución

Base: 1000 Kg/h Jugo

Variables: m1 y m2

m2 Kg/h Jugo

58 % Sólido

Ecuaciones:

1) 1000 = m1 +m2

2) 1000(0,0708)=m2(0,58)

Balance procesos continuos en estado estacionario:

1. BALANCE DE MASA.

EVAPORADOR1000 Kg/h Jugo

7,08 % Sólido

877,93 Kg/h H2Ov

5.- Proceda al balance de masa Base: 1000 Kg/h Jugo

Variables: m1 y m2

122,07 Kg/h Jugo

Ecuaciones:

1) 1000 = m1 +m2

2) 1000(0,0708)=m2(0,58)

m1 Kg/h H2Ov

m2 Kg/h Jugo

58 % Sólido

Balance procesos continuos en estado estacionario:

1. BALANCE DE MASA.

Balance procesos continuos en estado estacionario:Ejercicio en Clases:

Algunos Pescados se procesan como harina de pescado para usarse como proteínas suplementarias en alimentos. En el proceso empleado, primero se extrae el aceite para obtener una pasta que contiene 80% en peso de agua y 20% en peso de harina seca. Esta pasta se procesa en secadores de tambor para obtener un producto “seco” que contiene 40% en peso de agua. Finalmente el producto se muele y se empaca. Calcule la alimentación de pasta en Kg/h necesarias para producir 1000 Kg/h de harina “seca”.

1. BALANCE DE MASA.

Balance procesos intermitentes:

Se tiene dos mezclas de metano-agua en matraces distintos. La primera contiene 40.0% por peso de metanol, y la segunda 70,0% por peso de metanol. ¿Qué cantidad de cada una de las mezclas se debe emplear para obtener 350 g con un 52,8% en masa de metanol?

1. BALANCE DE MASA.

MEZCLADOR

Balance procesos intermitentes:

1.- Trace un diagrama simple del proceso

INICIO FINAL

m1 g

40 % masa

m2 g

70 % masa MEZCLADOR

m = 350 gc = 52,8%

1. BALANCE DE MASA.

MEZCLADOR

Balance procesos intermitentes:

INICIO FINAL

MEZCLADOR

2.- Escriba las ecuaciones químicas involucradas si las hay

m1 g

40 % masa

m2 g

70 % masa

m = 350 gc = 52,8%

1. BALANCE DE MASA.

MEZCLADOR

Balance procesos intermitentes:

INICIO FINAL

MEZCLADOR

3.- Seleccione una base para el cálculo

m = 350 gc = 52,8%

Base de cálculo: 350 g

m1 g

40 % masa

m2 g

70 % masa

1. BALANCE DE MASA.

MEZCLADOR

Balance procesos intermitentes:

INICIO FINAL

MEZCLADOR

4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

350 = m1 + m2

mM = 350*0,528 = 184,8

184,8 =m1*0,4+m2*0,7

m1 g

40 % masa

m2 g

70 % masa

m = 350 gc = 52,8%

1. BALANCE DE MASA.

MEZCLADOR

Balance procesos intermitentes:

INICIO FINAL

MEZCLADOR

350 = m1 + m2

mM = 350*0,528 = 184,8

184,8 =m1*0,4+m2*0,7

m1 g

40 % masa

m2 g

70 % masa

m = 350 gc = 52,8%

5.- Proceda al balance de masa

150 g

40 % masa

200 g

70 % masa

1. BALANCE DE MASA.

Balance procesos continuos en estado estacionario con recirculación:

En un proceso que produce KNO3, el evaporador a 422 K se alimenta con 1000 Kg/h de una solución que contiene 20% de KNO3 de sólido en masa, de éste se obtiene KNO3 al 50% de sólido en peso. Esta solución se alimenta a un cristalizador a 311 K, donde se obtiene cristales de KNO3 al 96 % de sólido en masa. La solución del descarte del cristalizador contiene 37,5% de KNO3 en masa y se recircula al evaporador. Calcule la cantidad de corriente de recirculación R en Kg/h y la corriente de salida de cristales P en Kg/h.

1. BALANCE DE MASA.

1.- Trace un diagrama simple del proceso

422 K 311 KS Kg/h50% KNO3

R Kg/h37,5% KNO3

P Kg/h96% KNO3

1000 Kg/h20% KNO3

AGUA

Balance procesos continuos en estado estacionario con R:

1. BALANCE DE MASA.

422 K 311 KS Kg/h50% KNO3

R Kg/h37,5% KNO3

P Kg/h96% KNO3

1000 Kg/h20% KNO3

W AGUA

3.- Seleccione una base para el cálculo

Balance procesos continuos en estado estacionario con R:

Base de cálculo: 1000 Kg/h

1. BALANCE DE MASA.

422 K 311 KS Kg/h50% KNO3

R Kg/h37,5% KNO3

P Kg/h96% KNO3

1000 Kg/h20% KNO3

W AGUA

Balance procesos continuos en estado estacionario con R:4.- Determine las variables y ecuaciones que las relacionan

Incógnitas: W, P, S y R. 1000+R=W+SS=R+PR(0,375)+1000(0,2)=S(0,5)S(0,5)=R(0,375)+P(0,96)

1000=W+S-R0=-S+R+P200=0,5S-0,375R0=-0,5S+0,375R+0,96P

1. BALANCE DE MASA.

422 K 311 KS Kg/h50% KNO3

R Kg/h37,5% KNO3

P Kg/h96% KNO3

1000 Kg/h20% KNO3

W AGUA

Balance procesos continuos en estado estacionario con R:

W=791,7 Kg/hS= 975,0 Kg/hR= 766,7 Kg/hP=208,3 Kg/h

1000=W+S-R0=-S+R+P200=0,5S-0,375R0=-0,5S+0,375R+0,96P

5.- Proceda al balance de masa

1. BALANCE DE MASA.

Balance procesos continuos en estado estacionario con recirculación:

Ejercicio

En una planta concentradora de Calcopirita, se alimenta un primer banco de celdas con una pulpa de concentración 1%Cu, el relave de este primer banco de celdas contiene 0,2%Cu, mientras que el concentrado el cual posee 20%Cu alimenta un segundo banco de celdas de flotación. El relave de este segundo banco posee 2% Cu y es recirculado como alimentación del primer banco. El concentrado del segundo banco contiene 28% Cu. ¿Qué alimentación se debe tener para producir 100 Kg/h de concentrado con 28% Cu?

1. BALANCE DE MASA.

Ejercicios Resolución en Clases

En un proceso para fabricar jalea, la fruta macerada que tiene 14% en peso de sólidos solubles, se mezcla con azúcar (1,22 Kg Azúcar/1,00 Kg fruta) y pectina (0,0025 Kg pectina/1,00 kg fruta). Considere el azúcar y pectina como sólidos solubles. La mezcla resultante pasa a un evaporador para producir una jalea con 67% en peso de sólido soluble. Calcule, para una alimentación de 1000 Kg/h de fruta macerada, los Kg/h de mezcla obtenida, los Kg/h de agua evaporada y los Kg/h de jalea producida.