BALANCE DE MATERIA A RÉGIMEN NO PERMANENTE

Transcripción

1 BALANCE DE MATERIA A RÉGIMEN NO PERMANENTE 1. PROBLEMA Establecer la ecuación de balance de materia para el monoetilenglicol (MEG) durante la etapa de dilución. Esta ecuación debe permitir conocer la variación de la concentración del MEG a lo largo del tiempo. 2. PARTE EXPERIMENTAL 2. 1 Medidas de higiene y seguridad Evitar la ingestión y contacto con la piel de la solución de MEG Evitar derrames en elementos e instalaciones eléctricas 2.2 Materiales Cronómetro 13 Jeringas Refractómetro (ATAGO T3, ATAGO T1, ATAGO R5000) 2 Mangueras para refractómetro Probeta de 1L Extensión eléctrica 1 agitador magnético 2.3 Sustancias Solución Problema monoetilenglicol (MEG) / agua Agua 2.4 Servicios Auxiliares Corriente eléctrica. 2.5 Descripción del equipo El equipo esta constituido por dos secciones experimentales (con la finalidad de poder trabajar simultáneamente dos subgrupos), por lo que cada sección está integrada por: un Tanque de alimentación de agua (10) y uno descarga en donde se almacenan los residuos (11), una Probeta de alimentación (1) y una de descarga (8), un Mezclador (3) con parrilla de agitación magnética de velocidad variable (4), una Bomba dosificadota (7) con controles de % Frecuencia y % Volumen, Líneas de corrientes de flujo y válvulas (2), (5) y (9).

2 2.6 Fotografía del equipo Módulo de Mezclado a régimen no permanente (13) (2) (1) (5) (3) (12) (4) (6) (8) (7) (9) (11) (10) (10 ) 2.7 Desarrollo experimental Preparación del equipo: 1. Para iniciar, activar el multicontacto eléctrico (12). 2. Cerrar la válvula de salida de la probeta de alimentación (2). 3. Llenar una probeta de 1L con la solución problema, depositarla en la probeta de alimentación al mezclador (3), hasta el máximo nivel. 4. Verifique que no exista líquido en el mezclador, de ser así, descárguelo al contenedor de residuos (11) abriendo la válvula de purga (5) en seguida cierre las válvulas de alimentación (4) y de purga (5) 5. Coloque la barra magnética de agitación en mezclador (6), iniciar la agitación lo mas lento posible. 6. Con la barra de agitación en movimiento deposite la solución en el mezclador, abriendo la válvula de salida de la probeta de alimentación (2), hasta el derrame. Anotar con exactitud el volumen de la solución depositada en el mezclador (Vm). A continuación seleccionar la velocidad en la que se observe el mejor mezclado, añadiendo una mampara o canastilla de agitación. d).- Preparación de la bomba (7)

3 7. Antes de iniciar el proceso de dilución, para especificar el flujo volumétrico de operación, es necesario abrir la tapa de controles que se encuentra en el frente de la bomba (7), identificar los controladores de frecuencia, volumen y arranque/paro. Se recomiendan las siguientes condiciones: frecuencia de 50 a 60 %, y un 40 % de volumen. 8. Posteriormente, elija las condiciones de operación para ajustar el % volumen, es necesario que la bomba esté encendida (activarla con el control de arranque/paro). Posteriormente, desactive la bomba para seleccionar el % de frecuencia (la bomba ya se encuentra en condiciones de operación). OPERACIÓN DE PROCESO DE DILUCIÓN e)-alimentación de agua al mezclador 9. Abrir la válvula de alimentación del mezclador (4). 10. Activar la bomba (7) con el control de arranque/paro para iniciar la dilución. 11. Cuando el agua entre al mezclador y empiece a salir por el derrame (13) a la probeta de de medición de salida de (8) se activa el cronómetro. f).-toma de muestras 12. Con una jeringa tomar un volumen de aproximadamente 0.5 ml la de la solución inicial (para cuando el tiempo es cero), posteriormente tomar muestras de aproximadamente 2 ml cada minuto en la salida del mezclador durante12 minutos. g).- Medición de las composiciones de las muestras 13. De cada una de las muestras en las en las jeringas, agregar de 3 a 4 gotas de la solución en el porta muestras del refractómetro, para determinar su composición (el uso de este instrumento se encuentra en el apéndice del manual), anotar los resultados en la Tabla 1. h).- Medición del flujo volumétrico en el mezclador 14. Con un cronómetro y la probeta instalada en la salida del mezclador (8), con la válvula de descarga (9) cerrada, se determina el flujo volumétrico, midiendo los incrementos de volumen y tiempo, se recomienda determinar de 3 a 5 valores para dar un representativo en la solución del problema, (anotándolos en la Tabla 2). Para que la probeta de medición de salida (8) no se derrame es necesario desalojar el líquido después de cada medición abriendo la válvula (9) y que éste se acumule continuamente en el contenedor de residuos del módulo (11).

4 PARO Terminada la toma de muestras y la medición del flujo volumétrico: i).- desactivar la bomba accionando el arranque/ paro que se encuentra junto a los controladores de frecuencia y volumen de la bomba. j).- Desactivar el multicontacto de la corriente eléctrica (12). k).- Depositar la solución diluida de mezclador en el contenedor de residuos (11), abriendo la válvula de purga (9). m).- Dejar limpia y ordenada el área de trabajo, limpiar el material adicional y entregarlo al almacén. 2.8 INFORMACIÓN EXPERIMENTAL Tabla 1. Composición de las muestras (min) IR % en masa 0.0 (Solución problema) V (ml) Tabla. 2 Medición del flujo de descarga (s) V / ( ml / s) V / ( ml / s) 1 Promedio

5 3. CUESTIONARIO 1.- Mostrar las corrientes de flujo en un diagrama que describa el proceso de mezclado. 2.- Observe el proceso que ocurre en el interior del mezclador, identificando lo que permanece constante y lo variable. 3.- Con los datos experimentales determinar lo que se indica en relación al mezclador en la siguiente tabla 3. Tabla No. 3 (Fracción masa) Concentración MEG Masa MEG Tiempo X (min.) MEG (g/ml) (g.) En función de que variables del proceso se determina que el proceso mezclado es a régimen no permanente. 5.- Con los datos de la tabla 3 hacer una gráfica de la concentración de MEG- vs. Tiempo. 6.- Considerando el signo, indicar el significado físico de la pendiente y las unidades que le corresponden. 7.- Con referencia al diagrama del punto No. 1 del cuestionario plantear: 7-a.- La ecuación general de balance de materia. 7-b.- La ecuación de balance por componente para el MEG. Y con ésta determinar la concentración de MEG para cada tiempo del experimento anotando resultados en la siguiente tabla 4.

6 Tiempo Experimental (min) Tabla. 4 Concentración Experimental (g de MEG/mL) Concentración Calculada (g de MEG/mL) Con ecuación de balance de MEG 8.- Con la ecuación de balance planteada en el inciso 7-b, con la información de la tabla 5 y con la gráfica del inciso (5) determine la masa de MEG y de agua que hay en el mezclador en el minuto 2, 6, y En función de los resultados del inciso anterior, si existen diferencias hacer un análisis para explicar la razón por las que se dan. 4. NOMENCLATURA (Para el planteamiento de las ecuaciones de balance de materia) E = Flujo volumétrico de agua en la entada del mezclador (ml / min) E =flujo másico de agua en la entada del mezclador (g / min) S = Flujo volumétrico de agua en la salida del mezclador (ml / min) S = Flujo másico de agua en la salida del mezclador (g / min) A = Acumulación en el mezclador (g / min) V = Volumen de mezcla en el mezclador (ml) C MEG = Concentración de MEG en el mezclador y la salida (g de MEG / ml de mezcla)

7 5. BIBLIOGRAFÍA Valiente B. A. y Stivalet C. R., Problemas de Balances de Materia, Alhambra Mexicana, Andersen L. B. and Wenzel L. A., Introduction to Chemical Engineering, McGraw- Hill, N. Y ANEXOS (consultarlo en el guión de Balances de Materia y Energía a Régimen Permanente)