Balance de materia

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op. unitarias

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Balance de materia

  1. 1. Balance de materia El balance de materia es un método matemático utilizado principalmente en Ingeniería Química. Se basa en la ley de conservación de la materia (la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma), que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante La masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o acumularse dentro de él, es decir: ENTRADAS = SALIDAS +ACUMULACIÓN Si no hay acumulación ENTRADA = SALIDA. Ejemplo Se quema 1 Kmol de metano en un horno con un 20% de exceso de aire. Determinar la composición de los humos en % base seca. 1.- El metano es un gas a temperatura ambiente, si se quema con aire suficiente se convierte en CO2 y H2O. En la salida que serán los humos aparecerá por lo tanto CO2, H2O, N2 y O2 por haber aire excedente. No aparecerá el metano CH4 porque la reacción con aire suficiente se considera completa. El exceso se supone siempre sobre la cantidad estequiométrica. 2, 3, 4.- Se dibuja el diagrama colocando datos y reacciones: 5, 6.- La base más cómoda de cálculo está en el enunciado y es 1 Kmol de CH4.
  2. 2. 7.- Existe una condición particular que liga el oxígeno estequiométrico con el aire total que entra (exceso del 20%): Oxígeno estequiométrico : 2 Kmol ya que la reacción requiere 2 moles de oxígeno por mol de metano. Aire necesario de entrada: 2·1,2/0,21 Kmol. Resulta cómodo calcular el oxígeno que sale por diferencia entre el que entra y el que ha reaccionado: O2 a la salida Kmol = 2·1,2 - 2 = 0,4 Kmol. Balance de Carbono: A la entrada: CH4: 1 Kmol = CO2 a la salida. Por lo tanto CO 2 = 1 Kmol. Balance de Nitrógeno: A la entrada 2· 1,2·0,79/0,21 Kmol = N2 a la salida. Balance de Hidrógeno: A la entrada (1Kmol CH4) · 4 = H2O ·2 en salida H2O = 2 Kmol en la salida, aunque al pedir la composición en base seca no es necesaria. 8.- La composición molar queda: CO2 : 1·100/(0,4 + 1 + 9,02) = 9,59 % N2 : 9,02·100/(0,4 + 1 + 9,02) = 86,57 % O2 : 0,4·100/(0,4 + 1 + 9,02) = 3,84 % 9.- Comprobación : Masa a la entrada : 1 Kmol CH4 · 16 + 2,4 Kmol O2 · 32 + 2,4 · 0,79/0,21 Kmol N2· 28 = 345,6 Kg. Masa a la salida: 1 Kmol CO2 · 44 + 2,4 · 0,79/0,21 Kmol N2· 28 + 0,4 Kmol O2 · 32 +
  3. 3. 2 Kmol H2O · 18 = 345,6 Kg El resultado es por consiguiente correcto.

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