Reporte Práctica 1 LIQ FQ UNAM [PDF]

Zitiervorschau

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Laboratorio de Ingeniería Química I Prof. Martha Imelda Moreno Bravo “Balance de Materia a Régimen Permanente” Integrantes:

Carmona Mendieta Evangelina Morales Uberetagoyena Humberto Pineda Maya Noel Tonatiuh

Introducción: Los balances de materia y energía son una de las herramientas más importantes con las que cuenta la ingeniería de procesos. Un balance de materia es la aplicación de la Ley de conservación de la materia o la ecuación de continuidad “El total de la masa que entra en un proceso o unidad es igual al total de la masa que sale de esa unidad”. acumulacióndentro ={ entradas }− { salidad } + { generación }−{ consumo } del sistema Los balances de materia se aplican a cualquier sistema al que se le hayan definido sus fronteras, no importa si su naturaleza es física, química o abstracta. Son una de las herramientas básicas de análisis de los sistemas. Los procesos químicos pueden clasificarse en intermitentes (Batch), continuos o semi-intermitentes y como estacionarios (en régimen permanente) o transitorios. Proceso continuo: Las entradas y salidas fluyen continuamente durante el proceso. Proceso en régimen permanente o estacionario: Todas las variables del proceso (temperaturas, presiones, volúmenes, velocidades de flujo) no cambian con el tiempo, excepto, por fluctuaciones pequeñas alrededor de los valores promedio constantes. En los procesos continuos o a régimen permanente la acumulación es igual a cero. Y en los procesos sin reacción química la generación es igual a cero. El principio general de los cálculos de balance de materia es establecer un número de ecuaciones independientes igual al número de incógnitas de composición y masa. Los procesos a regimen permanente son continuos ya que al ser continuos las salidas fluyen continuamente a lo largo del proceso, es decir la cantidad de materia por unidad de tiempo es constante tanto en la entrada como en la salida como en cualquier parte del proceso y ademas, presentan la característica de que todas la variables de proceso (temperatura,presión, volumen,flujo másico,etc.)en un punto del sistema permanecen invariables con el tiempo. Si alguna de las variables cambia su valor con el tiempo, se dice que existe un proceso a régimen transitorio. Para los procesos continuos en régimen permanente, la ecuación general de balance se simplifica como: { entrada } + { generación }={ salida } +{consumo } donde los términos anteriores tienen dimensiones de masa como gramos, kilogramos, gramos mol.

{

}

Estado estacionario (régimen permanente)

El periodo inicial de un proceso a régimen permanente siempre es de tipo no permanente, hasta que se llena el equipo y se alcanzan las condiciones estables. A partir de este momento se convierte en régimen permanente.

Datos y resultados: Se comenzó el proceso de mezclado a velocidad 4 (velocidad que permaneció constante). Se activó la bomba con el elemento de arranque situado en el controlador de velocidad, y con un vaso de precipitado, previamente pesado, se tomó la muestra registrando con un cronómetro el tiempo de acumulación. Este procedimiento se repitió 2 veces más regresando la solución al tanque de alimentación. Tabla 1. Medición de Flujo de la Bomba “B” No. de Velocidad

No. de Medición (No. de Vaso)

Masa (g)

Tiempo (s)

Flujo Másico (g/min) Promedio

1

81.10

8.80

552.95

2

82.70

7.20

689.17

3

82.30

6.97

708.46

650.20

4

Terminando se eligieron 3 velocidades mayores a tres y menores o iguales a ocho. En cada velocidad se inició el proceso de mezclado. Después de un minuto iniciado el derrame se hicieron 3 mediciones de flujo másico de la salida del mezclador en el tubo que alimenta al tanque contenedor de producto con la ayuda de un vaso de precipitado, una balanza y un cronómetro. Tabla 2. Medición de Flujo en la salida del mezclador. No. de Velocid ad

No. de Medició n (No. de Vaso)

Masa (g)

1

76.4

3 2 3

Tiempo (s)

Flujo Másico (g/min)

%Masa IR

Promedi o

86.40 80.20

5.5

833.45

6.5

797.54

5.03

956.66

Promedio 1.353 20.80

826.55

1.353 1.353

20.80 20.80

20.8

No. de Velocid ad

No. de Medició n (No. de Vaso)

Masa (g)

Tiempo (s)

Flujo Másico (g/min)

%Masa IR

Promedi o

1

83. 00

40

6.

2

82. 70

93

3

81. 40

91

778.13

Promedio 1.347

15.8

14.8

5

No. de Velocid ad

No. de Medició n (No. de Vaso)

Masa (g)

5. 5.

Tiempo (s)

836.76

813.76

1.348 1.349

826.40

Flujo Másico (g/min)

15.8 16.8

%Masa IR

Promedi o

1

84. 00

00

5.

2

81. 00

00

3

81. 90

94

1008.00

991.58

Promedio 1.3495

17.3

7 5.

972.00

1.3495

4.

994.74

1.3495

17.3 17.3

Diagrama de mezclado FA XMEGA XAGUAA

FB XMEGB XAGUAB

FC XMEGC XAGUAC

Identificar en cada una de  Las incógnitas.

las corrientes:

17.3

 

Los datos directos e indirectos Las relaciones entre variables

Flujo volumétric o Flujo másico

Fracción masa de agua Fracción masa de MEG

Nomenclatur a Q

Hoja de Balance Unidade A B s ml/min conocido Conocido

C conocido

m (usaremos g/min la letra del tanque en el reporte) Xagua

conocido

conocido

conocido

Incógnita

incógnita

Conocido (indirecto)

XMeg

incógnita

incógnita

Conocido (indirecto)

Ecuaciones de balance FC =F B + F A C

B

A

FC X MEG=F B X MEG + F A X MEG C

B

A

FC X AGUA =F B X AGUA + F A X AGUA Aplicando para cada velocidad de mezclado

Velocidad 3

F3C =F3B + F3A 3

C

3

B

3

A

FC X MEG=F B X MEG + F A X MEG F3C X CAGUA =F3B X BAGUA + F3A X AAGUA Velocidad 5 5 C 5 C 5 C

5 B

F =F + F

5 A

C

5

B

5

A

F X MEG=F B X MEG + F A X MEG F X CAGUA =F5B X BAGUA + F5A X AAGUA Velocidad 7 7 C 7 C 7 C

7 B

F =F + F C

7 A 7

B

7

A

F X MEG=F B X MEG + F A X MEG C

7

B

7

A

F X AGUA =F B X AGUA + F A X AGUA

APLICANDO ESTAS ECUACIONES PARA BALANCEAR ESTA OPERACIÓN DE MEZCLADO FLUJO EN B

Velocidad 4

# de medició n 1 2 3

Masa [g] 37.1 30.8 36.1

Flujo [g/min]

XMEG

Tiempo [s] 4.72 3.9 4.63 Xagua

B C

0.1073655 236.86 34 0.2585976 471.09 78 707.95 0.208

0.89263 45 0.74140 23 0.792

A

293.73

C

0.0928233 88 0.2581665 471.09 08 0.1946666 764.82 67

0.90717 66 0.74183 35 0.80533 33

A

439.00

0.1072369 08 0.2310636 471.09 3 0.1713333 910.09 33

0.89276 31 0.76893 64 0.82866 67

A

B

B C

T[min]

Flujo [g/min]

0.0787 0.0650 0.0772

471.6102 473.8462 467.8186

PROMEDI O 471.09

FlujoMEG [g/min]

FlujoAgua [g/min] 211.428183 25.43045408 6 349.268430 121.8232021 5 147.2536562 560.696614 266.463328 2 349.471550 121.6200819 7 615.934882 148.884922 9 27.26484415

47.07719016

391.924559 3

108.8521426

362.23949 754.164049 155.9293328 3

Valores promedio XMEG 0.102475 28 0.249275 94

A B

Xagua 0.89752 47 0.75072 41

Determinar la respuesta del problema (el flujo másico en g/min con el que debe operar la bomba “A”). FC =F B + F A A FC X CMEG=F B X BMEG + F A X MEG

Flujo [g/min] A

71.21

XMEG

Xagua

0.1024752 77

0.89752 47

FlujoMEG [g/min]

FlujoAgua [g/min] 63.9106089 7.297021646 8

B

471.09

0.2492759 39

0.75072 41

C

542.30

0.23

0.77

353.659823 7 545.121708 124.7288305 1 117.4318089

Obtención de la relación lineal de No. de Velocidad vs Flujo de A Velocidad de A Flujo 3 236.86 5 293.73 7 439.00

Chart Title 500.00 450.00 400.00 350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 2.5

f(x) = 50.54x + 70.52 R² = 0.94

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

Calculo del No. de Velocidad de la Bomba A con la ecuación obtenida en la grafica flujo=50.535 V °+ 70.519 71.21=50.535 V ° +70.519 0.691 V °= =0.01367 50.535 ANALISIS DE RESULTADOS Comparando los valores de la fracción de cada sustancia obtenidos a través de los balances de materia experimentales podemos decir que nuestros valores si se alejaron bastante de la realidad lo cual lo podemos atribuir a los errores que se pudieron cometer en la parte experimental. Por ello nos encontramos con varios problemas, el primero es una medición de tiempo inexacta, que ya en las operaciones crea inexactitudes que pueden aumentar según el tipo de operación, el que no se pudo mantener el margen permanente; incluso que al momento de hacer una medición a otra se hayan contaminado las muestras y por ende las concentraciones.

CONCLUSIÓN En ésta experimentación se concluye que la solución al problema planteado es una velocidad de A casi nula, esto se determinó experimentalmente analizando los resultados obtenidos en las tablas presentadas anteriormente en éste trabajo, se observa que el resultado es coherente a la experimentación pues la corriente B ya proporciona una concentración de 24% necesita una corriente mínima de la corriente diluida para llegar al 23%. Como se puede ver en este experimento, para la resolución de problemas de éste tipo no es necesario el exceso de información, pero es importante que la misma sea confiable y por lo mismo es necesaria la repetición, ya sea 3 o 4 veces, para que el error sea el mínimo posible.