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Este documento pertenece a un curso de Calculos Computacionales de Ingeniería Química del octavo semestre de la Universidad Técnica de Machala. El tema tratado en este documento son los conceptos básicos de reciclaje y derivación en ingeniería química. El reciclaje implica regresar material o energía que sale de un proceso una vez más al proceso para un procesamiento ulterior. Un flujo de reciclaje denota un flujo de proceso que devuelve material desde un punto corriente abajo de la unidad de proceso a dicha unidad o a una unidad situada corriente arriba de más esa unidad. La distinción entre alimentación nueva y alimentación al proceso, la composición de la corriente de entrada al reactor y la relación de recirculación son algunos de los conceptos abordados en este documento.
Tipo: Apuntes
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2021 - D
➔ Interpretar los conceptos básicos sobre cálculo de reciclaje y derivación a través de una investigación profunda, de esta manera lograr resolver ejercicios de balance de materia usando la herramienta de Excel.
❖ Resolver balances de materia con derivación o bypass. ❖ Analizar los diagramas de flujo donde intervengan operaciones de reciclaje y derivación. ❖ Conocer y resolver los balances de materia con reciclaje. ❖ Analizar las reacciones químicas que ocurren en el proceso de reciclaje.
Figura 1. Reciclaje de agua y oxígeno en un vehículo espacial. ➢ Reciclaje en procesos sin reacción química. Podemos efectuar balances de materia de componentes o totales para cada subsistema, así como balances de componentes y totales para el proceso global. Desde luego, no todas las ecuaciones que formulemos serán independientes. Dependiendo de la información disponible acerca de la cantidad y la composición de cada flujo, podremos determinar la cantidad y la composición de las incógnitas. Si se dispone de componentes enlazados, los cálculos se simplificarán. ➢ Reciclaje en procesos con reacción química. En los procesos de reciclaje en los que ocurre una reacción química no todo el reactivo limitante necesariamente reacciona en un proceso. Se usan dos diferentes bases de conversión en relación con las reacciones que ocurren en un proceso. Examine la figura 1 Podemos escribir balances de materia para varios sistemas distintos, cuatro de los cuales se indican con líneas interrumpidas en la figura, a saber:
➢ Ejercicio de aplicación: Se convierte benceno a ciclohexano (C6H12) por adición directa de H2. La planta produce 100 kmol/h de ciclohexano. Noventa y nueve por ciento del benceno alimentado al proceso reacciona para producir ciclohexano. La composición de la corriente de entrada al reactor es de 80 mol % de H2 y 20% de C6H6, y la corriente de producto contiene 3 mol % de H2. Calcular: a) La composición de la corriente de producto; b) Los flujos de alimentación de C6H y de H2; c) La relación de recirculación de H2. Figura 4. Representación de reciclaje con reacción química. ➢ Resolución:
Siendo: C=505Kmol/h R=100,88Kmol/h Quedando la relación buscada: RR=R/A=(100,88Kmol/h)/(303,12Kmol/h)=0,
Un método que tiene características similares al reciclaje es la derivación , en la que una parte de lo que ingresa a la unidad de proceso se desvía a su alrededor y se combina con el flujo de salida de la misma unidad (Felder & Rousseau, 2004). Basándonos en otros conceptos, según Himmelblau este término lo determina como “un flujo que pasa por alto una o más etapas del proceso y llega directamente a otra etapa posterior” (2002, 218). Figura 5. Diagrama de derivación. Por lo cual, se puede analizar que tanto la corriente fresca (alimentación nueva) y la corriente de derivación posees la misma composición, pero se van a diferenciar en la cantidad de sus caudales, por lo general, la derivación tiende a ser más pequeña, a comparación de la fresca, al ser una porción de la alimentación (Izquierdo et al., 2011).
Figura 7. Diagrama de derivación del ejercicio propuesto. Antes de realizar nuestro balance general de materia, debemos tener en cuenta que los nudos de división que unen las corrientes no afectan en las composiciones, por lo cual no cambian, pero su fracción másica si cambiará.
Despejando en función de S, tenemos: S = F - P S = 100- 88,89 = 11,11 kg
Dando como resultado x = 55, 56 kilogramos, que en fracción sería 0,5556. Por lo cual, esa es la cantidad que ingresa a la torre de isopentano.
Bibliografía: ➢ Felder, R. M., & Rousseau, R. W. (2004). Principios elementales de los procesos químicos. (3a. ed.). Limusa Wiley. ➢ Himmelblau, D. M. (2002). Principios básicos y cálculos en ingeniería química. (6a. ed.). Pearson Educación.
(2011). Introducción a la Ingeniería Química: Problemas resueltos de Balances de materia y energía. Editorial Reverté, S.A.
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUD CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA INTEGRANTES: ➢BENAVIDES ROGEL OMAR ALEXANDER ➢MACAS JIMENEZ DAYANA ELIZABETH ➢VIDAL ZAPATA CINDY MELISSA ASIGNATURA: CALCULOS COMPUTACIONALES DE INGENIERÍA QUÍMICA CURSO: OCTAVO SEMESTRE “A” 2021/
Objetivo General ➢ Objetivos Específicos:
Concepto
