88794481 Balance De Materia Con Recirculacion

Balance de materia en multiples unidades con recirculación Andrés Felipe Suárez Escobar

Se piensa desalinizar agua de mar por ósmosis inversa usando el proceso mostrado en la figura. Utilizando los datos del diagrama, calcular: a) La velocidad de extracción de salmuera de desperdicio. b) La velocidad de producción de agua desalinizada. c) La fracción de salmuera que sale de la celda de ósmosis para ser recirculada.

Diagrama de proceso F5 w5Sal w5H2O

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

F3 w3Sal w3H2O

F2 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

Celda de Ósmosis inversa

Mezclador

F4 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

Divisor F6 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

MEZCLADOR

OSMOSIS

6

NVI

DIVISOR

GLOBAL

6

6

PROCESO

6

12

NBMI

2

2

2

2

6

NFC NCC

1 2(1)

2(1)

1

1 3

1 4

NRC

-

-

-

-

-

DIVISOR

-

-

1

-

1

G DE L

0

1

2

0

0

F5 w5Sal w5H2O

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

F2 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

Mezclador

Celda de Ósmosis inversa

F3 w3Sal w3H2O

F4 =547,37 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

Divisor F6 =452,63 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

GLOBAL Total/global

Sal

𝐹1 = 𝐹 4 + 𝐹 6

w1Sal𝐹1 = w4Sal𝐹 4 +w6Sal 𝐹 6

1000 = 𝐹 4 + 𝐹 6 1

31 = 0,0525𝐹 4 +0,005 𝐹 6 2

Despejando 𝐹 4 de 1 y reemplazando en 2 31 = 0,0525(1000−𝐹 6 )+0,005 𝐹 6 𝐹 6 =452,63

Comprobando en el de agua w1H2O𝐹1 = w4H2O𝐹 4 +w6H2O 𝐹 6 969 = 0,9475∗547,37+0,995*452,63

𝑑𝑒 1 𝐹 4 =547,37

F5 w5Sal w5H2O

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

F2 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

F3 w3Sal w3H2O

Celda de Ósmosis inversa

Mezclador

F4 =547,37 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

Divisor F6 =452,63 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

MEZCLADOR

OSMOSIS

6

NVI

DIVISOR

GLOBAL

6

6

PROCESO

6

12

NBMI

2

2

2

2

6

NFC NCC

1 2(1)

1 2(1)

1 1

3 3

3 4

NRC

-

-

-

-

-

DIVISOR

-

-

1

-

1

G DE L

0

0

1

-2

-2

F5 w5Sal w5H2O

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

F2 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

F3 w3Sal w3H2O

Celda de Ósmosis inversa

Mezclador

F4 =547,37 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

Divisor F6 =452,63 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

DIVISOR Sal

Total/global

Divisor

𝐹3 = 𝐹4 + 𝐹5

w3Sal𝐹 3 = w4Sal𝐹 4 +w5Sal 𝐹 5

𝐹 3 = 547,37+𝐹 5 3

w3Sal𝐹 3 = 28,74+w5Sal 𝐹 5

Despejando w5Sade 5 y reemplazando en 4 0,0525l𝐹 3 = 28,74+0,0525𝐹 5 6 Es múltiplo de

3

6

w4Sal =w5Sal =w5Sal 4

0,0525 =w5Sal=w3Sal

5

F5 w5Sal w5H2O

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

F2 =1715,75 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

Mezclador

F3 =1263,12 w3Sal =0,0525 w3H2O =0,9475

Celda de Ósmosis inversa

F4 =547,37 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

Divisor F6 =452,63 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

ÓSMOSIS Sal

Total/global

w2Sal𝐹 2 = w3Sal𝐹 3 +w6Sal 𝐹 6

𝐹2 = 𝐹3 + 𝐹6

𝐹 2 = 𝐹 3 + 452,63

Despejando 𝐹 2 de 7 y reemplazando en 8

7

0,04𝐹 2 = 0,0525l𝐹 3 +2,263

Comprobando en el de agua w2H2O𝐹 2 = w3H2O𝐹 3 +w6H2O 𝐹 6 0,96 ∗ 1715,75 = 0,9475∗1263,12+0,995*452,63

8

0,04(𝐹 3 + 452,63) = 0,0525l𝐹 3 +2,263 𝐹 3 =1263,12

𝑑𝑒 7 𝐹 2 =1715,75

F5 w5Sal w5H2O

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

F2 =1715,75 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

F3 =1263,12 w3Sal =0,0525 w3H2O =0,9475

Celda de Ósmosis inversa

Mezclador

Divisor F6 =452,63 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

MEZCLADOR

OSMOSIS

6

NVI

DIVISOR

GLOBAL

6

6

PROCESO

6

12

NBMI

2

2

2

2

6

NFC NCC

2 2(1)

1 2(1)

2 1

3 3

3 4

NRC

-

-

-

-

-

DIVISOR

-

-

1

-

1

G DE L

-1

0

0

F4 =547,37 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

-2

-4

F5 =715,75 w5Sal =0,0483 w5H2O =0,09517

F2 =1715,75 w2Sal=0,04 w2H2O=0,96

F1=1000 lb/h w1Sal=0,031 w1H2O=0,969

Mezclador

Celda de Ósmosis inversa

F3 =1263,12 w3Sal =0,0525 w3H2O =0,9475

F4 =547,37 w4Sal=0,0525 w4H2O=0,9475

Divisor F6 =452,63 w6Sal =0,005 w6H2O=0,995

DIVISOR Total/global

𝐹3 = 𝐹4 + 𝐹5 1263,12 = 547,37+𝐹 5 3

De De

3

𝐹 5 =715,75

4

w5Sal =0,0483

Sal

Divisor

w3Sal𝐹 3 = w4Sal𝐹 4 +w5Sal 𝐹 5 63,31 = 28,74+w5Sal 𝐹 5

w4Sal =w5Sal =w5Sal 4

0,0525 =w5Sal=w3Sal

Comprobando en el de agua w3H2O𝐹 3 = w4H2O𝐹 4 +w5H2O 𝐹 5 0,9475 ∗ 1263,12 = 0,9475∗547,37+0,9475*715,75

5

El aire que sale de un secador se recircula con frecuencia para disminuir los costos. Calcular la fracción de aire recirculado y el flujo másico de aire fresco suministrado en el proceso de secado de un polímero húmedo • Aire seco que circula por el secador: 5 000 lb/hr • Humedad del aire que sale del secador: 0.108 • Humedad del polímero que entra: 1.3 lb agua/lb de polímero seco. • Humedad del polímero que sale: 0.25 lb agua/lb de polímero seco.

Diagrama de proceso F5 w5aire w5H2O F2=500

F1 w1aire=0,988 (w1H2O=0,012)

F3 w3aire=0,952 (w3H2O=0,048)

lb/h

w2

aire 2 (w H2O)

Mezclador

Secador

Divisor

F7 w7pol (w7H2O)

F6=100 lb/h w6pol (w6H2O) MEZCLADOR

𝐹 6 𝑤 6 𝐻2𝑂 𝑤 6 𝐻2𝑂 𝑅1 = 6 6 = 6 = 1,3 𝐹 𝑤 𝑝𝑜𝑙 𝑤 𝑝𝑜𝑙 7

𝑅2 =

7

7

𝐹 𝑤 𝐻2𝑂 𝑤 𝐻2𝑂 = 7 = 0,25 𝐹 7 𝑤 7 𝑝𝑜𝑙 𝑤 𝑝𝑜𝑙

F4 w4aire (w4H2O)

SECADOR

6

NVI

DIVISOR

GLOBAL

6

8

PROCESO

8

14

NBMI

2

3

2

3

7

NFC NCC

1 1(1)

2 1

1

0 1

2 2

NRC

-

2

-

2

2

DIVISOR

-

-

1

-

1

G DE L

1

0

2

2

0

F5 w5aire w5H2O F2=500 lb/h w2aire = 0,9734 (w2H2O)

F1 w1aire=0,988 (w1H2O=0,012)

Mezclador

F3 =545,625 w3aire=0,892 (w3H2O=0,108)

Secador

Divisor

F7 =54,375 w7pol =0,800 (w7H2O)

F6=100 lb/h w6pol =0,475 (w6H2O)

SECADOR Aire

Total/global 3

7

2

𝐹 +𝐹 = 𝐹 + 𝐹

6

𝐹 3 +𝐹 7 = 500+ 100 1 De 4

y

5

W6pol =0,435

w2

aire𝐹

2

=

Polímero w3

aire𝐹

3

w6

w2aire ∗ 500 = 0,892𝐹 3 2 De 3 F7=54,375 De 1

W7pol =0,800

F4 w4aire (w4H2O)

F3=545,625

pol𝐹

6

=

w7

pol𝐹

7

100 ∗ w6pol = w7pol𝐹 7 3

𝑅1 =

1 − 𝑤 6 𝑝𝑜𝑙 = 1,3 𝑤 6 𝑝𝑜𝑙

4

𝑅2 =

1 − 𝑤 7 𝑝𝑜𝑙 = 0,25 𝑤 7 𝑝𝑜𝑙

5

De 2 w2aire = 0,9734

Comprobando en el de agua w2H2O𝐹 2 + w6H2O𝐹 6 = w3H2O𝐹 3 +w7H2O 𝐹 7

0,0266 ∗ 500 + 0,565 ∗ 100 = 0,108∗545,625+54,375∗0,200

F5 w5aire w5H2O F1 w1aire=0,988 (w1H2O=0,012)

Mezclador

F3 =545,625 w3aire=0,892 (w3H2O=0,108)

F2=500 lb/h = 0,9734 W2aire (w2H2O)

Secador

Divisor

F7 =54,375 w7pol =0,800 (w7H2O)

F6=100 lb/h w6pol =0,475 (w6H2O)

MEZCLADOR

SECADOR

6

NVI

DIVISOR

GLOBAL

6

8

PROCESO

8

14

NBMI

2

3

2

3

7

NFC NCC

1 2(1)

2 1

1 1

2 3

2 2

NRC

-

2

-

2

2

DIVISOR

-

-

1

-

1

G DE L

F4 w4aire (w4H2O)

0

0

1

-2

0

F5 =76,04 w5aire =0,892 w5H2O F1 =423,96 w1aire=0,988 (w1H2O=0,012)

Mezclador

F2=500 lb/h = 0,9734 W2aire (w2H2O)

F3 =545,625 w3aire=0,892 (w3H2O=0,108)

Secador

F7 =54,375 w7pol =0,800 (w7H2O)

F4 w4aire (w4H2O)

Divisor

F6=100 lb/h w6pol =0,475 (w6H2O)

MEZCLADOR Aire

Total/global

w1aire𝐹1 + w5aire𝐹 5 = w2aire𝐹 2

𝐹1 +𝐹 5 = 𝐹 2

𝐹1 +𝐹 5 = 500

Despejando 𝐹1 de 6 y reemplazando en 7

6

0,988∗𝐹1 + 0,892𝐹 5 = 486,7

0,988∗(500 − 𝐹 5 ) + 0,892𝐹 5 = 486,7 7

F5 =76,04

De 6 𝐹1 =423,96

Comprobando en el de agua w2H2O𝐹 2 = w1H2O𝐹1 +w5H2O 𝐹 5 500*0,0266=0,012*423,96+76,04*0,108

F5 =76,04 w5aire =0,892 w5H2O F1 =423,96 w1aire=0,988 (w1H2O=0,012)

Mezclador

F3 =545,625 w3aire=0,892 (w3H2O=0,108)

F2=500 lb/h = 0,9734 W2aire (w2H2O)

Secador

Divisor

F7 =54,375 w7pol =0,800 (w7H2O)

F6=100 lb/h w6pol =0,475 (w6H2O)

MEZCLADOR

SECADOR

6

NVI

DIVISOR

GLOBAL

6

8

PROCESO

8

14

NBMI

2

3

2

3

7

NFC NCC

1 2(1)

2 1

2 1

2 3

2 2

NRC

-

2

-

2

2

DIVISOR

-

-

1

-

1

G DE L

F4 =468,96 w4aire =0,892 (w4H2O)

0

0

1

-2

0