INTEGRACIÓN III Ing. Carlos R. Echevarría
Fundamento de los balances de materia Clasificación de los Procesos l Proceso intermitente o por lotes (batch) l Proceso continuo l Proceso semicontinuo Según el comportamiento de las variables respecto del tiempo los procesos pueden estar l Estado estacionario l Estado transitorio o no-estacionario
Ecuación General de Balance l El balance de una cantidad que se conserva en un sistema es: Entrada+ Generación- Salida- Consumo = Acumulación m entra (kg C4/h) Unidad de procesos m sale (kg C4/h) Los balances pueden ser: l Diferenciales indica lo que ocurre en un sistema en un instante determinado. l Los términos de la ecuación de balance se expresan en caudales l Integralesdescribe lo que ocurre en dos instantes determinados. l Los términos de la ecuación de balance se expresan en porciones de la cantidad que se balancea
Balances de procesos continuos l En el estado estacionario Entrada+ Generación = Salida + Consumo
Balances integrales de procesos intermitentes l Acumulación = Salida final Entrada final l Acumulación = Generación- Consumo l Entrada final +Generación= Salida final + Consumo
Diagramas de flujo del proceso l Dibujar el diagrama de flujo l Representar las unidades de proceso usando recuadros u otros símbolos l Representar las entradas y salidas con flechas l Escribir los valores y las unidades de todas las variables conocidas en los sitios del diagrama donde se encuentran las corrientes l Asignar símbolos algebraicos a las variables desconocidas con sus unidades asociadas l
Escala del diagrama de flujo l Proceso balanceado l Ajuste de escala es el procedimiento de cambiar los valores de todas las cantidades o caudales de las corrientes por una cantidad proporcional sin que cambie las composición de las corrientes l Escala aumentada (scaling up) l Escala disminuida (scaling down) l Base de cálculoes una cantidad o un caudal de una corriente o de un componente de la corriente de un proceso
Balance de un proceso Para un proceso NO reactivos l El número máximo de ecuaciones independientes es igual al número de especies químicas en las corrientes de entrada y de salida. l Escriba primero aquellos balances que incluyan el menor número de variables desconocidas
Análisis de los grados de libertad l El grado de libertad del proceso (G) es igual a la diferencia entre el número de incógnitas (I) y el número de ecuaciones independientes (E). l G = I E 1. Si E=0 Puede haber una solución única 2. Si E>0 el problema está subespecificado y tenga una cantidad infinita de soluciones 3. Si E<0 el problema está sobrespecificado
Ecuaciones de balances Se pueden derivar de: l Balance de materia l Balance de energía l Especificaciones del proceso l Propiedades y leyes físicas l Restricciones físicas
Procedimiento general del balance de materia en unidades únicas l Elija como base de cálculo una cantidad o un caudal de una de las corrientes de proceso. l Dibuje el diagrama de flujo y escriba todas las variables conocidas y todas las variables desconocidas. l Identifique las incógnitas a resolver l Si se dan unidades mixtas de masa y molares para una corriente transforme todas en una misma base. l Haga el análisis del grado de libertad l Escriba las ecuaciones en orden minimizando las ecuaciones simultaneas l Resuelva las ecuaciones l Calcule las variables solicitadas
Balances de procesos de unidades múltiples Procesos de dos unidades
Recirculación (Reciclo) l Reciclo Reactor Separador l Derivación (bypass)
Aplicaciones del reciclo l Recuperación y utilización de reactivos no consumidos l Recuperación de catalizador l Dilución de una corriente de proceso l Control de una variable de proceso l Circulación de un fluido de trabajo
Separación de productos y recirculación