Práctica 2 LIQ 1 Balance de Materia A Régimen No Permanente [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I Práctica 2: Balance de materia a régimen no permanente

ESQUEMA DE PROCESO

Tabla. Composición de las muestras t (min) IR % en masa 0 1.357 24.8 1 1.3487 16.5 2 1.345 12.8 3 1.342 9.8 4 1.3415 9.3 5 1.338 5.8 6 1.337 4.8 7 1.336 3.8 8 1.336 3.8 9 1.335 2.8 10 1.335 2.8 11 1.335 2.8 12 1.335 2.8 Tabla 2. Medición del flujo de salida ΔV (mL)

Δt (s)

Δt (min)

ΔV/Δt (mL/min)

200

33.39

0.5565

359.3890386

200

35.01

0.5835

342.7592117

400

67.65

1.1275

354.767184

400

69.77

1.16283333

343.9873871

600

101.69

1.69483333

354.0171108

ΔV/Δt (mL/min) Promedio

350.9839865

Tabla 3. Datos experimentales Fracción t (min) masa X MEG MEG

Densidad Concentración (g/mL)

0

24.8

0.248 1.029292

1

16.5

0.165 1.018585

2

12.8

3

Exp. (g/mL)

Masa MEG

Concentración Teórica %Error (g/mL)

Masa de Agua (g)

(g)

0.255264416 255.264416

774.027584

0.255264416

0

169.83318

859.45882

0.179704879

5.81258591

0.128 1.013812

0.131749376 131.749376

897.542624

0.126511342 3.975756569

9.8

0.098 1.009942

0.100870616 100.870616

928.421384

0.089063355 11.70535201

4

9.3

0.093 1.009297

0.095724156

95.724156

933.567844

0.062700159 34.49912553

5

5.8

0.058 1.004782

0.059698936

59.698936

969.593064

0.0441406 26.06132826

6

4.8

0.048 1.003492

0.049406016

49.406016

979.885984

0.031074763 37.10328085

7

3.8

0.038 1.002202

0.039113096

39.113096

990.178904

0.021876479 44.06865999

8

3.8

0.038 1.002202

0.039113096

39.113096

990.178904

0.015400932 60.62461477

9

2.8

0.028 1.000912

0.028820176

28.820176

1000.47182

0.01084218 62.37989767

10

2.8

0.028 1.000912

0.028820176

28.820176

1000.47182

0.007632841 73.51563504

11

2.8

0.028 1.000912

0.028820176

28.820176

1000.47182

0.005373482 81.35513877

12

2.8

0.028 1.000912

0.028820176

28.820176

1000.47182

0.003782904 86.87411041

0.16983318

Gráfica 1.

Concentración Meg vs Tiempo) 0.3 Concentración experimental 0.25

Concentración Teórica

0.2 0.15 0.1 0.05 0

0

2

4

6

8

10

12

Como podemos observar, la pendiente de la gráfica es negativa, lo que nos indica que la concentración decrece a lo largo del tiempo.

Desarrollo de la ecuación para conocer la concentración de MEG a lo largo del tiempo Planteamos la ecuación de balance general. ENTRADA + ACUMULACIÓN= SALIDA + GENERACIÓN Para el MEG tenemos que:

Si analizamos las unidades de la ecuación anterior nos daremos cuenta que hace falta multiplicar por la densidad para que quede en términos de flujo másico y no volumétrico, por lo que la ecuación anterior queda como:

Tenemos una ecuación diferencial de variables separables, y si

X S ρ =C

podemos

resolverla.

.

Obtenemos la ecuación teórica que nos permite conocer la variación de MEG con respecto al tiempo.

Análisis de resultados. Se estableció una ecuación que nos permite conocer la concentración de la mezcla MEG-H2O con respecto del tiempo de dilución a partir de un balance de materia a régimen no estacionario. Como se puede ver, el modelo matemático que describe la dilución de la mezcla no es perfecto ya que los datos experimentales y teóricos presentan un porcentaje de error, que puede atribuirse a diversos factores durante el trabajo experimental como no tomar el tiempo con precisión o que el volumen haya diferido en ml.

Tal como se esperaba, la concentración inicial fue la más grande debido a que a partir de este punto comenzó la dilución del meg y por tanto al minuto 12 la concentración fue mínima.

CONCLUSIONES En comparación a un régimen permanente, un régimen no permanente se ve afectado en algunas de sus variables con respecto al tiempo. En ésta práctica se tienen como constantes el volumen inicial de solución Meg-Agua, el flujo de agua y la concentración inicial, y como variables, la concentración de meg con respecto al tiempo. Se determinó que la concentración de Meg disminuye conforme avanza el tiempo, y como se puede ver en la gráfica uno, lo hace de manera exponencial. Es decir, el proceso de dilución del Meg es a régimen no permanente, ya que la concentración de Meg está en función del tiempo. REFERENCIAS “Balances de materia en estado no estacionario” UPIBI, IPN (2013) MEMORIA DE CÁLCULO. 1.-Con el índice de refracción calculamos el porcentaje en masa, para después determinar la fracción masa. 2.- Calculamos la densidad de la solución con una ecuación obtenida de la gráfica densidad vs temperatura 2.1 – Con la densidad y el Volumen inicial calculamos la masa de la solución 2.2 – Con la masa de la solución y Xmeg calculamos la masa de meg. 2.3 Con la masa de meg y el volumen calculamos la concentración de Meg. 3.-Graficamos la concentración Exp, vs tiempo 4.- Establecimos el balance general de materia, para después hacer el balance para el MEG. 5.-Resolvimos el balance del MEG como una ecuación diferencial de variables separables 7.- Encontramos el modelo matemático que describe la concentración de MEG con respecto del tiempo 9.-Se graficó concentración teórica vs tiempo 10.- Se compararon las gráficas y se obtuvieron porcentajes de error.

Ejemplo de cálculos. %𝑚𝑎𝑠𝑎 =

𝑋𝑀𝑒𝑔 =

𝐼𝑅 − 1.3322 1.357 − 1.3322 = 0.001 0.001 = 24.8%

%𝑚𝑎𝑠𝑎 24.8 = 100 100 = 0.248

𝜌𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 0.9973 + 0.00139(%𝑚𝑎𝑠𝑎) = 0.9973 + 0.00139(24.8) = 1.029292 𝑔 𝑚𝑙 = 1029.29 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 *𝑋𝑀𝑒𝑔 = 1029.292 𝑔 ∗ 0.248 = 255.26 𝑔 𝑀𝑒𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑉𝑖𝑛𝑖 ∗ 𝜌𝑖𝑛𝑖 = 1000 𝑚𝑙 ∗ 1.029292

𝑚𝑎𝑠𝑎𝑀𝑒𝑔

masaagua = masainicial − masaMeg=1029.292 g - 255.26 g= 774.02 g agua

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =

𝑚𝑎𝑠𝑎𝑀𝑒𝑔 255.26 𝑔 𝑀𝑒𝑔 = = 0.255 𝑔/𝑚𝑙 𝑉𝑖𝑛𝑖 1 000 𝑚𝑙

Concentración teórica. 𝐶 = 𝐶𝑖𝑛𝑖 𝑒

𝐹𝑀𝑒𝑔 −( ∗𝑡) 𝑉𝑖𝑛𝑖

𝑔

350.98 𝑔/𝑚𝑖𝑛 ∗0 𝑚𝑖𝑛) 1000 𝑚𝐿

𝐶 = 0.255 𝑚𝐿 ∗ 𝑒 −(

= 0.255 g/mL

𝑔 𝑚𝑙