Procesos químicos

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL

332569 – PROCESOS QUÍMICOS

ALGUNOS CONCEPTOS IMPORTANTES PARA RECORDAR

En esta lección evaluativa el estudiante a medida que interactúa, ira profundizando el algunos conceptos básicos a desarrollar en el curso de procesos.

Como son inicialmente los balances de materiales y su empleo en los procesos, los cuales están basados en la estequiometria de las reacciones químicas vistas por ustedes en su curso de Química general.

BALANCE DE MATERIA: Es el esquema básico de toda transformación que se desee desarrollar en las diversas industrias que se tienen en la actualidad.

Para ello debemos conocer la ley fundamental como es: Ley de conservación de la materia

Acumulación = Entrada – Salidas + Generación – Consumo

Esto sucede dentro de un espacio que se llamará en adelante como sistema.

- Si dentro del sistema no hay generación o consumo de materia, la ley de conservación se transforma en:

Acumulación = Entradas – Salidas

- Si no existe acumulación o retención de materiales dentro del sistema, se dice que estamos en estado estacionario o uniforme.

Entradas = Salidas

Si no existen flujos de entrada y salida, se reduce al concepto básico la conservación de la materia dentro de un sistema cerrado o aislado.

Para todo balance de materia debe definirse un sistema, se entiende por esté a cualquier porción arbitraria o total de un proceso.

Proceso: Es el lugar donde sucede una transformación o cambio real de los elementos que ingresan a él, ya sean cambios físicos o químicos.

Sin reacción química

PROCESOS Con reacción química (se debe aplicar estequiometria)

GASES IDEALES

http://www.educaplus.org/gases/ejer_gas_ideal.html

CALOR

El calor (representado con la letra Q) es la energía transferida de un sistema a otro (o de un

Diseñado por: Ing. Yeimmy Peralta.

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El método general para resolver balances de masa (BM) es simple: Básicamente se debe seguir el siguiente esquema:

1. Definir el sistema. Abierto o Cerrado. 2. Dibujar un diagrama de proceso. 3. Colocar en el diagrama los datos disponibles. 4. Observar cuales son las composiciones que se conocen, o que pueden calcularse fácilmente para cada corriente. 5. Determinar las masas (cantidad enpeso) que se conocen, o que pueden definirse fácilmente, para cada corriente. Una de estas masas puede usarse como base de cálculo. 6. Seleccionar una base de cálculo adecuada. Cada adición o sustracción deberá hacerse tomando el material sobre la misma base. 7. Asegurarse de que el sistema esté bien definido.

Una vez logrado lo anterior, se estará preparado para efectuar el número necesario de balances de materia.

1.- Un Balance de masa total.

2.- Un Balance de masa para cada componente presente.

Definiciones importantes: En los balances de materia siempre se debe tener en cuenta los conceptos

- Reactivo limitante: es aquel que se encuentra en la mínima cantidad estequiométrica. - Reactivo en exceso: es el reactivo en exceso respecto al reactivo limitante.

Moles de exceso % exceso = -------------------------------------------------------------------------------- * 100 Moles requeridas para reaccionar con el reactivo limitante

- Porcentaje o Factor de conversión: es la proporción de cualquiera de los reactivos que se transforma en productos. - Rendimiento: para un solo reactivo y producto es:

Peso o moles del producto final Rendimiento= R = -------------------------------------------------- Peso o moles del reactivo inicial

En caso de más de un producto y un reactivo, se debe determinar claramente cuál es el reactivo en el que se basa el rendimiento de la reacción.

Fórmulas a utilizar en el BM:

- RLCF * C = PD (molar) - RLCF * PM2/PM1 * C = PD (peso) - (RLCF + RLR) * C = PD (molar)

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. - (RLCF + RLR) * C * PM2/PM1 = PD (peso)

Donde cada una de las siglas significan:

RLCF: Reactivo limitante de carga fresca.

RLR: Reactivo limitante de reciclo.

C: Conversión.

PD: Producto deseado.

PM: Peso molecular.

Producto convertido = Carga fresca * C final.

- Producto convertido = (Carga fresca + Reciclo) * C por paso.

- Producto obtenido = Producto convertido * P Mo/P Mc.

Donde

P Mo = peso molecular del producto obtenido.

P Mc = peso molecular del producto convertido.

Se debe tener en cuenta para resolver los problemas de BM que por cada variable desconocida se tendrá que establecer un BM independiente en caso de que el conjunto de ecuaciones pueda tener solución única.

Cuando en lugar de balance de un equipo se requiere resolver toda una planta es necesario establecer alrededor del proceso total y de cada equipo un BM.

Elementos de correlación:

El elemento de correlación en un proceso químico es alguno de los materiales que pasa de una a otra de las corrientes sin cambiar en ningún aspecto, o sin permitir que se le sume o pierda material semejante a él.

Siempre es conveniente tomar como base una cifra redonda (100, 10, 1) aunque se disponga de un dato ya fijo, una vez realizado los cálculos se pueden transformar los resultados a la base primitiva.

Cálculos necesarios en procesos con recirculación

Los procesos que implican “alimentación a contracorriente” o recirculación del producto se encuentran con frecuencia en la industria química y del petróleo.

En las reacciones químicas, el material sin reaccionar puede separarse del producto y recircularse, tal como en la síntesis del amoníaco.

Otro ejemplo del uso de las operaciones con recirculación es el de las columnas de destilación fraccionada, en donde una parte del destilado sirve como reflujo de la columna para aumentar la concentración del producto.

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se encuentran con frecuencia en la industria química y del petróleo.

En las reacciones químicas, el material sin reaccionar puede separarse del producto y recircularse,

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