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BALANCE DE MATERIA
Objetivo: Realizar cálculos de balance de materia en procesos industriales
Con reacción
ECUACIONES DE BALANCE DE MATERIA
Para balance con reacción
Combustión
Es la oxidación por el O2 del aire de una sustancia (S, L,
G) que contiene principalmente C, H, y otros en menor escala, desprendiendo energía en forma de calor.
Es necesaria la presencia simultánea de : Un material base: combustible Oxígeno, generalmente del aire Un aporte inicial de energía (generalmente calor) Una reacción en cadena
Ejemplos combustibles
Sólidos Líquidos Gaseosos
Leña
Turba
Lignito
Hulla
Antracita
Coke
Carbón vegetal
Residuos sólidos
Metanol
Etanol
Petróleo
Aceites vegetales
Aceites animales
Derivados del petróleo
Gas natural: metano, etano
GLP: propano, butano
Gas de generador
Gas de vertedero
Biogás
Propiedad importante: Poder calorífico
Es la cantidad de unidades de energía, en forma de calor, que se pueden obtener en la combustión completa de una unidad de peso de un combustible.
PCS: considera la energía aportada por la reacción más la energía aportada por la condensación del agua formada por la reacción
PCI: considera sólo la energía aportada por la reacción.
Esquematización de un problema
Un carbón que contiene en peso: un 87 %
de carbono, un 7 % de hidrógeno y el resto
de inertes, se quema con aire. Se utiliza un
40 % de exceso de aire necesario
teóricamente. Calcule la composición de los
gases que salen del horno.
Esquematización de un problema
Las ecuaciones químicas son:
C + O2 →CO2
H2 + O2 → H2O
Balances de Materia en Procesos Industriales
Recirculación
Balances de Materia en Procesos Industriales
Purga
Balances de Materia en Procesos Industriales
Derivación
Ejercicio 1
Un carbón que contiene en peso: un 87 % de carbono,
un 7 % de hidrógeno y el resto de inertes, se quema con
aire. Se utiliza un 40 % de exceso de aire necesario
teóricamente.
Sólo 90 % del carbono reacciona y el 80 % se ha
convertido en CO2.
Calcule la composición de los gases que salen del horno.
Ejercicio 2
El análisis de un gas es: CO2, 5%; CO, 40%; H2, 36%; CH4, 4% y N2, 15%. Este gas se quema con 60% de exceso de aire; la combustión es completa. El gas y el aire entran a 60 ºF, y los gases de chimenea descargan a 500 ºF.
Calcular:
a) El análisis del gas de chimenea seco.
b) Pies cúbicos de aire por pie cúbico de gas.
c) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo por pie cúbico de gas.
Ejercicio 3
Un horno quema carbón con la siguiente composición en peso: 75,2 % de C; 4,8 % de H; 1,3 % de N; 1,0 % de S; 8,3 % de O; 4,8 % de humedad y 4,6% de cenizas.
Calcular:a) El requerimiento de aire teórico necesario para
la combustión de 1 kg de combustible.b) El análisis volumétrico de los gases de
chimenea en base seca cuando el combustible se quema con 50 % de aire en exceso.
c) ¿Cuál es la masa del gas producido?
Ejercicio 4
Metano puro es quemado con aire seco. La mezcla gaseosa resultante se pasa a través de un condensador que separa la mayor parte del agua proveniente de la combustión por condensación de vapores. Los gases de la combustión que salen del condensador son analizados por el método de Orsay, encontrándose: 8,21 % de
CO2; 0,91% de CO; 5,02 % de O2; 85,86 % N2 (%mol).
Considerar la composición del aire seco: 21 % de O2, 79 %N2 (%mol)
¿Cuántos moles de aire seco se usaron por cada mol de metano?
Ejercicio 5
Se desea producir 1000 kg/h de cristales de Na3PO4.12H2O a partir de
una solución de alimentación que contiene 5,6% en peso de Na3PO4 y
trazas de impurezas. La solución se evapora primero en un evaporador hasta obtener una concentración de 35% en peso y después se enfría a 293 K en un cristalizador, de donde se extraen los cristales hidratados y la solución madre. De cada 10 kg de licor madre se pierde 1,0 kg para eliminar las impurezas y el resto se recircula al evaporador. La solubilidad del Na3PO4 a 293 K es 9,91% en peso.
Calcule los kg/h de solución de alimentación y los kg/h de agua extraída.
Ejercicio 6
Agua de mar es desalinizada por evaporación con el fin de emplearla en riego. Si dicha agua de mar contiene 600 ppm de sal y en el agua de riego se permite 50 ppm de sal, ¿qué fracción del agua puede ser bypaseada fuera del evaporador?
