Balance de Materia y Energia

Contenido

1.        INTRODUCCIÓN        1

2.        Marco Teórico        2

2.1. Balances de materia        2

2.2.        Balances de energía        3

2.3.        Simulación de procesos        4

2.4.        Descripción del simulador de procesos PRO II.        5

3.        Objetivos        6

3.1.      Objetivo general        6

3.2.        Objetivos específicos        6

4.        Justificación        7

5.        Metodología        8

5.1.   Balance de Materia y Energía        9

5.2.        Diagrama de flujo de procesos (DFP)        9

5.3.        Análisis del proceso        10

1. INTRODUCCIÓN

En la formación del Ingeniero Químico esta la operación de procesos, ya que gran parte de los procesos industriales están directamente relacionados con las interacciones de la materia, donde las materias primas del proceso son convertidas en productos deseados.

Se deben conocer los principios que rigen los comportamientos de los compuestos, tales como estructura, propiedades físicas y químicas, grupos funcionales y sus reacciones, para así entender y predecir las diferentes formas de transformación de la materia.

La ausencia de instrucción en el salón de clases, acerca del uso de simuladores de procesos en el dimensionamiento y cálculo de propiedades termodinámicas de especies puras y sus mezclas, determina significativamente el tiempo de respuesta en la propuesta preliminar de un diseño de la Ingeniería Química.  

Cada día es más común que las empresas inviertan grandes cantidades de dinero en la adquisición de programas de cómputo para el dimensionamiento de equipos y plantas de proceso. Todo esto, pone de manifiesto una desventaja competitiva de nuestros egresados con el de otras instituciones. Si bien, en algunas materias como Balance de Materia, Ingeniería de Procesos se utilizan herramientas de cálculo como Excel, Matlab u otro tipo de programa, ninguno es tan específico como los programas de simulación de procesos, en este trabajo se ocupará uno de los mejores simuladores en la actualidad como lo es PROII.

Este programa, evitara que los estudiantes de la facultad sigan utilizando tablas y gráficas para especificar los cálculos de manera artesanal y se realiza mucho trabajo a mano.

1. Marco Teórico

En el curricular de un ingeniero químico una de las materias de más importancia o trascendencia es la de “Balance de Materia y Energía”, aunque se podría decir que dichos balances no son más que la aplicación de la ley de conservación de la masa y energía. Los cálculos hechos en esta son un requisito previo para resolver diversos problemas tanto sencillos como complejos en la ingeniería.

La ingeniería química se centra en operaciones como las reacciones químicas, el transporte de fluidos, la reducción y la amplificación de tamaño del equipo, la generación y el transporte de calor, la destilación, la absorción de gases, los biorreactores y demás cosas que causan cambios físicos y químicos en los materiales. Un sistema se refiere a cualquier porción arbitraria o la totalidad de un proceso establecida específicamente para su análisis. Cada sistema tiene una frontera que lo limita, ya sea imaginaria o real, esta frontera es la separación entre el sistema y sus alrededores o entorno. A base de esto los sistemas se dividen en:

• Abiertos: Aquellos que intercambian materia y energía con su entorno.
• Cerrados: Intercambian solo energía con su entorno.
• Aislados: No intercambian ni materia, ni energía, con el entorno.

La mayoría de los procesos de la industria química se encuentran formados por diversas series de operaciones y procesos llamadas unitarios, en las operaciones unitarias las materias no sufren cambios a nivel molecular, aunque sí cambios físicos tales como cambios de estado, concentración, presión y temperatura; y en los segundos por el contrario que en las operaciones unitarias, en la materia si existen cambios químicos, como por ejemplo en la combustión o polimerización, por mencionar algunos. La combinación de procesos y operaciones unitarios permite la formación de cualquier proceso químico y por lo tanto cualquier planta química.  

Como ya se sabe, los procesos químicos pueden clasificarse en procesos batch (por lotes) en los cuales la alimentación se introduce al inicio del proceso y después de determinado tiempo, se obtienen todos los productos al final del proceso; o como procesos continuos, en este tipo de procesos las alimentaciones y las salidas fluyen continuamente, es decir todo el tiempo mientras el proceso se encuentre activo, se van a alimentar los equipos y se van a estar obteniendo productos. Cuando los valores de las variables del proceso (como son temperaturas, presiones, volúmenes, velocidades de flujo, etc.) no varían con el tiempo, se dice que el proceso opera en régimen permanente o estacionario; por otra parte, si dichos valores cambian, se dice que el proceso se encuentra en régimen dinámico.

2.1. Balances de materia

Para empezar, hay que definir muy bien que son los balances de materia. Ya que se utilizan para contabilizar los flujos de masa y energía en un proceso. Esto es importante para poder determinar el diseño y el tamaño de los equipos y/o materiales que se emplean y para poder calcular costos. Al mismo tiempo proporciona información sobre la eficiencia, y así poder controlar los niveles de producción o avance del proceso.

Para realizar el balance de materia de un proceso químico es indispensable partir de un diagrama, en este se deben mostrar la transformación de la materia prima a un producto. El ingeniero debe tener una gran capacidad para poder visualizar el proceso como una sola estructura general y de esto poder pasarla a papel o en mejor de los casos poder llevar dicha estructura a un simulador de procesos. El balance no necesariamente debe de estar en un diagrama de flujo detallado, basta con realizarlo partiendo de un diagrama de bloques, siempre y cuando no se olvide indicar la dirección de flujos, entradas y salidas de cada equipo, así como ciertas características de cada corriente.

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