PRACTICA DE BALANCE DE MATERIA PRIMA Y ENERGIA N°2 BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUÍMICA EN TANQUES

PRACTICA DE BALANCE DE MATERIA PRIMA Y ENERGIA N°2

BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUÍMICA EN TANQUES

1.- OBJETIVO

Comprobar prácticamente el proceso de acumulación en un balance de tanque estacionario

Comprobar la práctica con el modelo matemático del tanque estacionario y del tanque transitorio

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO

Los balances de materia permiten conocer los caudales y las composiciones de todas las corrientes de un sistema. En un proceso en el que tienen lugar cambios el balance de materia informa sobre el estado inicial y final del sistema. Los balances se plantean alrededor de un entorno, una determinada región del espacio perfectamente delimitada. El balance de materia tiene la forma.

SALIDA-ENTRADA+ACUMULACION=GENERACION

Según el caso ante que nos encontremos este balance puede ser modificado, desapareciendo algunos de sus miembros.

En un sistema en régimen no estacionario las variables físicas, químicas, mecánicas y termodinámicas del sistema no permanecen constantes con el tiempo.

La ley de conservación puede aplicarse a la masa total del sistema o a la de cualquier componente individual que pertenezca a este. Partiendo de la ley de conservación:

SALIDA-ENTRADA+ACUMULACION=GENERACION

SALIDA - ENTRADA: Cantidad de propiedad que cruza los límites del sistema en uno u otro sentido por unidad de tiempo.

ACUMULACIÓN: Cantidad de propiedad existente en el sistema en un momento dado menos la que había en un instante inmediatamente anterior dividido entre el intervalo de tiempo. Puede ser positivo o negativo, según la cantidad de propiedad contenida en el sistema aumente o disminuya.

GENERACIÓN: Cantidad de propiedad que aparece o desaparece dentro del sistema por unidad de tiempo, sin estar presente inicialmente en el sistema y no habiendo atravesado sus límites. Puede ser positiva o negativa según aparezca o desaparezca la propiedad. Concretamente en nuestra experiencia la generación es nula.

Balance total de materia expresado en masa

Es una magnitud conservada, ya que el término de generación es nulo. El balance de materia se expresa como:

∑▒〖m_2-∑▒〖m_1+ dM/dt=0 donde〗〗

m2= caudal másico de salida (Kg/s)

m1= caudal másico de entrada (Kg/s)

M= cantidad de materia total (Kg)

Obsérvese que el término de generación es nulo.

Si las densidades de las corrientes de entrada y salida admitimos que son constantes en toda la sección, aunque corriente a corriente sean distintas, el balance anterior se puede expresar en función del caudal volumétrico QL (m3/s) y la densidad p (Kg/m3):

∑▒〖ρ_2.Q_L2- ∑▒〖ρ_1.Q_L1+ (d(ρ.V))/dt〗〗=0

Si admitimos que la densidad es constante en todo el sistema (como en nuestro caso), se puede escribir como:

∑▒〖Q_L2- ∑▒〖Q_L1+ (d(ρ.V))/dt〗〗=0

Balance de componentes en unidades másicas.

En el caso de que no suceda ninguna reacción química el término de generación será nulo. El balance queda como:

∑▒〖m_j2- ∑▒〖m_j1+ (dM_j)/dt〗〗=0 donde

mj= caudal parcial másico (Kg comp. j/s). Se halla como mj = QL.Cj.

cj= concentración másica del componente j (Kg comp.A/m3)

Mj= cantidad del componente j contenida en el sistema (Kg)

En nuestro caso la generación es nula, el volumen permanece constante ( las corrientes de entrada y salida son únicas e idénticas), la concentración de la corriente de salida coincide con la concentración en el interior de sistema (tanque perfectamente agitado) y la densidad p permanece constante. Por ello podemos escribir:

Q_L.C_j2- Q_L.C_j1+V.(dC_j)/dt=0 donde

Cj2=Cj

QL2=QL1=QL

En nuestro caso el término QL.Cj1 es nulo debido a que el HCl no entra al sistema por medio de una corriente sino que es añadido puntualmente con una probeta al inicio del experimento y ya no vuelve a agregarse más.

3.- MATERIAL Y REACTIVOS

Sistema de tanques del Laboratorio de operaciones unitarias

Bureta de 50 ml

Soporte de bureta

Pipeta de 10 ml

Vasos de 250 ml

Balde graduado en volumen para medir

Cronometro

Ácido muriático

Agua

Hidróxido de sodio

Fenolftaleína

4.- PROCEDIMIENTO

1er Experimento

Lavar los tanques para retirar el óxido que tiene adherido.

Preparar 8 litros de solución con 4g/L de ácido muriático (HCl) cuyas características son las siguientes 9.5% de HCl, densidad de 1.0456 g/ml.

Alimentar esta solución al tanque central, teniendo en cuenta que la válvula este completamente cerrada.

En el tanque superior llenar 8 lt de agua pura, cuidando que la válvula este completamente cerrada.

Tomar una muestra del tanque central de 5ml, y titular con solución de hidróxido de sodio 0.1 M preparado previamente, usar como indicador fenolftaleína, anotar el gasto para determinar la concentración de esta solución en g/L. Luego abrir simultáneamente las válvulas del tanque superior y del central a un flujo de 0.4 l/min, respectivamente y agitar constantemente con la paleta el tanque central. Iniciando desde este momento la medición del tiempo mediante un cronometro tomando una muestra de la solución que sale del tanque central cada 4 minutos y titulándolo con solución de hidróxido para calcular la concentración en g/L.

Los datos obtenidos resumirlos en una tabla como la siguiente:

Tiempo Volumen HCl Gasto de titul [HCl] Práctico [HCl] Teórico

minutos ml ml g/L g/L

La concentración de HCl teórico se calculara con el modelo matemático de tanques estacionarios.

2do Experimento

Se hará lo mismo que en el primer experimento solo cambiando las velocidades de descarga del tanque central a 0.47 L/mint. Y continuar con todo los puntos anteriores.

3era Experiencia

Lavar los tanques para retirar el óxido que tiene adherido.

Preparar 8 litros de solución con 4g/L de ácido muriático (HCl) cuyas características son las siguientes 9.5% de HCl, densidad de 1.0456 g/ml.

Alimentar esta solución al tanque central, teniendo en cuenta que la válvula este completamente cerrada.

En el tanque superior derecho llenar 8 lt de solución 8g/L, cuidando que la válvula éste completamente cerrada.

En el tanque superior izquierdo llenar 8 lt de agua pura, cuidando que la válvula este completamente cerrada.

Tomar una muestra del tanque central de 5ml, y titular con solución de hidróxido de sodio 0.1 M preparado previamente, usar como indicador fenolftaleína,

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