Capítulo2

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par EDWIN FORTICH

Hidráulica

par Carolina Fogel

5. Manejo de los Flujos de Proceso

par Wendy Rodriguez

ELEMENTOS DE LA EXPRESIÓN ORAL

par KARLA PAOLA ESTRADA TUN

Gases

Temperatura y presión estándar (TPS), 0°C y presión de 1 atm

FLUJOS DE PROCESO Variables, diagramas, balances

Análisis de grado de libertad

Síntesis del diagrama de flujo de bloques

Empiece con las reacciones químicas conocidas en la ruta de reacción. Para cada reacción, trace una unidad de proceso del reactor, con todos los reactivos que entran en una corriente de entrada y con todos los productos y subproductos que salen en una corriente de salida.

Agregue mezcladores antes de cada reactor. La salida del mezclador es la entrada al reactor. Las entradas al mezclador son todos los reactivos necesarios, en la forma en que están disponibles

Si las materias primas no son puras y contienen componentes que no se necesitan para la reacción, considere agregar separadores antes de los mezcladores para eliminar dichos componentes innecesarios

Agregue separadores después de los reactores. La entrada al separador es la salida del reactor. Las salidas del separador incluyen el producto deseado, todos los reactivos no reaccionados, y los subproductos

Agregue divisores si la cantidad de una corriente es mayor que la necesaria en las unidades de proceso corriente abajo

Si los reactivos no reaccionados salen del reactor y son separados de las corrientes del producto, agregue un mezclador corriente arriba del reactor, para mezclar estos reactivos reciclados con la alimentación fresca del reactor.

Cálculos de flujo de proceso con unidades múltiples de proceso

Los 10 pasos de los cálculos de flujo de proceso todavía se pueden usar, pero tienen dos cambios

Paso 2. Elija el o los sistemas

Paso 8. Escriba las ecuaciones de balance de materia.

Paso 9. Resuelva las ecuaciones.

Cálculos de flujo de proceso con unidades múltiples de proceso

Es un método sistemático para determinar si un problema de cálculo de flujos de proceso está completamente especificado

Trace y etiquete un diagrama de flujo

Cuente el número de variables sumando el número de variables de corriente y el número de reacciones químicas

Cuente el número de ecuaciones sumando el número de flujos, la composición de corriente y las especificaciones del desempeño del sistema con el número de ecuaciones de balance de materia.

Calcule el DOF como el número de variables menos el número de ecuaciones. Si DOF  0, el problema está completamente especificado. Si DOF > 0, el problema no está especificado por completo. Si DOF < 0, el problema está sobreespecificado.

Cálculos de Flujo de Proceso

Un procedimiento sistemático

10 Pasos fáciles

Trace un diagrama de flujo.

Defina un sistema.

Elija los componentes y defina las variables de corriente para todas las corrientes de materiales que entran y salen del sistema.

Convierta toda la información numérica en unidades congruentes de masa o moles.

Defina una base de cálculo. Escriba una ecuación que describa la base de cálculo en términos de las variables de corriente definidas.

Defina las variables del sistema para la generación, el consumo y la acumulación. Si existen reacciones químicas de estequiometría conocidas, escriba ecuaciones que usen variables del sistema que relacionen la generación de productos con el consumo de reactivos. Si el sistema no está en estado estacionario, defina una variable del sistema para la acumulación.

Enliste todas las especificaciones de las composiciones de las corrientes y del desempeño del sistema. Escriba estas especificaciones en forma de ecuaciones y utilice las variables de las corrientes y del sistema que definió en los pasos 3 y 6.

Escriba las ecuaciones de balance de materia para cada componente que entra o sale del sistema, mediante las variables de las corrientes y del sistema que definió en los pasos 3 y 6.

Resuelva las ecuaciones que escribió en los pasos 5 a 8. De ser necesario, convierta las unidades.

Compruebe sus soluciones.

Ecuaciones de balance de materia

Entrada - Salida +Generación - Consumo =Acumulación

-Entrada =materia que entra al sistema cruzando los límites del mismo -Salida= materia que sale del sistema cruzando los límites del mismo -Generación= materia que se genera dentro del sistema -Consumo= materia que se consume dentro del sistema -Acumulación= cambio en la materia dentro del sistema

Definiciones

Especificaciones

Especificaciones del desempeño del sistema

Describen cuantitativamente la magnitud en la cual los cambios físicos y/o químicos ocurren dentro del sistema.

La composición de la corriente

Proporcionan información sobre la composición de una corriente de proceso. Esta información se presenta porcentaje, masa o mol, fracción masa o molar, proporción de masa o molar, o concentración.

Sistemas y corrientes

Es un volumen especificado con límites bien definidos. Dentro de los límites se define qué material está dentro, fuera y cual está atravesando los límites del sistema.

Las corrientes son entradas y salidas del sistema

Variable de sistema

Describe el cambio en una cantidad dentro de un sistema.

Variable de corriente

Describe la cantidad o velocidad de flujo de un material en una corriente.

Base de calculo

Es una cantidad o velocidad de flujo que indica el tamaño de un proceso

En ocasiones es la cantidad o velocidad de flujo de la materia prima o del producto, pero no siempre se cumple.

Diagramas de Flujo

Proceso (PFD)

Los procesos químicos se representan como un grupo conectado de equipos de proceso

Piezas con dibujo de manera representativa

Equipo para mover material alrededor

Pieza con número y nombre descriptivo

Servicios auxiliares principales

Las corrientes de gas se enla parte superior, las corrientes líquidas en medio y las corrientes sólidas abajo.

La velocidad de flujo o cantidad, composición, temperatura, presión y/o fase de corrientes de proceso.En una tabla adjunta.

Balances de energía Condiciones del proceso (T y P) Especificaciones de equipos de proceso principalesBalances de materia Principales unidades de proceso Especificaciones del desempeño de unidades de proceso Materias primas Reacción estequiométrica Productos

Bloques

Unidades de Proceso

las cuales son

Mezcladores, reactores, divisores y separadores

Se presenta unidad de proceso

Función del proceso, material presenta cambios físicos y/o químicos

Flechas son corrientes de proceso

Información

Balances de materia Principales unidades de proceso Especificaciones del desempeño de unidades de proceso Materias primas Reacción estequiométrica Productos

Entradas-salidas

Más simple

Características

Un Bloque operaciones físicas y químicas involucradas en el proceso.

Flechas representan un movimiento

Materias entran por Izq

Productos salen por dcha

Velocidades de flujo o cantidad se pueden mostrar

Información ofrecida

Materias primas Reacción estequiométrica Productos

Variables del Proceso

Velocidades de Flujo

Velocidad del flujo volumétrico

[L3/t]

Velocidad del flujo molar

[N/t]

Velocidad del flujo de masa

[M/t]

Densidad p

Densidad molar

[N/L3]

Densidad específica

[M/L3]

V=m/p=mV´

V=Volumen V´= Volumen específico m=Masa p=Densidad

Calcula a partir de ley del gas ideal

n/v= 1/v´= p=P/RT

T=temperatura Absoluta, R=Constate gas Ideal

Volumen

Dimensión de [L3]

Unidades

Mol

Volumen Molar

[L3/N]

Masa

Volumen Específico

[L3/M].

Presión P

Dimensión [M/Lt2]

La presión manométrica = (presión absoluta) - (presión atmosférica)

Temperatura T

Es una dimensión básica

Escalas

Dentro de las absolutas

Celsius (°C) Fahrenheit (°F)

Absolutas

Kelvin (K) Rankine (°R)

Composición

La fracción molar del compuesto i

En mezcla

Son los moles de i divididos entre los moles totales de la mezcla

La fracción masa del compuesto i

Es la masa de i dividida entre la masa total de la mezcla.

Concentación

Es la masa (o moles) de un soluto por volumen de disolución

[N]/[L´3]

[M]/[L´3]

Moles y Masa

Ecuación

mi = ni * Mi

i= compuesto ni= moles del compuesto mi=masa de compuesto Mi=Masa molar

Masa molar

Es la masa en gramos de 1 mol (6.02214 x 10'23) de átomos o moléculas.

Unidad

[g/gmol]

Introducción

Plantas de procesos químicos

donde

El proceso

Reactores, separadores, Instalaciones de control ambiental, Instalaciones de formulación de producto,equipo de transferencia de material, equipo de transferencia de energía

Materias primas sufren cambios