REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL (U.N.E.F.A)
PRACTICA No 4: BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS INTERMITENTES Pre Informe N o3
Profesor:
Integrantes:
Ing Jimena González
Álvarez D, Jesús U.
C.I: 24.145.625
Auxiliares:
Conace N, María M.
C.I: 22.556.227
Ing. Rafael Aguiar
Martínez F, Heriberto A. C.I: 21.098.077
Ing. William González
Pereira P, Carmina I.
C.I: 20.699.394
Urbano C, Mariela N.
C.I:18.470.992 C.I: 18.470.992
Viera C, Jorge A.
C.I:18.039.655
Sección Ma Grupo I Equipo D
Valencia, 25 de mayo de 2013
OBJETIVOS Objetivo general Ejecutar un balance de materia simple a un proceso intermitente.
Objetivos especifico
Conocer las corrientes de salida y sus respectivas composiciones estableciendo las ecuaciones de balance de materia como finalidad del cumplimiento de la ley de la conservación de la masa. Aplicar la refractometría para el análisis de mezclas y soluciones con la finalidad de determinar la composición de las mismas. Comparar los valores obtenidos por refractometría con los cálculos derivados del balance de masa, basándose en el contenido de soluto.
Las finalidades de los objetivos específicos son:
tener idea a ciencia cierta el producto que se va a obtener luego de realizar el balance de masa respectivo donde se debería demostrar la ley de conservación de la masa.
Al aplicar la refractometría se puede calcular el % peso/peso de las sustancias involucradas en la práctica mediante el uso de graficas experimentales.
se lograra realizar una comparación entre los valores los valores que arroja la refractometría con los obtenidos mediante la derivación de los datos obtenidos en el balance de masa lo cual permitirá al investigador sacar las conclusiones pertinentes.
MARCO TEÓRICO Refractómetro Abbe: es un aparato de mesa para determinar de manera rápida y precisa el índice de refracción de sustancias como: dispersiones, emulsiones y otras sustancias translucidas.
Sistema: se puede entender por sistema aquel conjunto de componentes que actúan de manera conjunta con el fin de cumplir ciertos objetivos y no necesariamente se limita a objetivos meramente físicos.
Tipos de sistemas: dentro de los tipos de sistemas se encuentran los sistemas abiertos y los sistemas cerrados.
Sistemas abiertos: existe transferencia tanto de masa como de energía entre el sistema y el medio adyacente.
Sistemas cerrados: no existe transferencia de masa entre el sistema y el ambiente que lo rodea, más si existe transferencia de energía.
Sistema Aislado: es aquel sistema donde no existe ni transferencia de masa ni de energía entre el sistema a estudio y el medio alrededor del mismo.
Concentración: es la relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente, donde el soluto es la sustancia que será disuelta y el solvente es el medio físico donde se procede disolver el soluto.
Proceso: son una serie de operaciones o tratamientos que producen un cambio físico o químico a un material o mezcla de materiales, para de este modo poder obtener un producto final adecuado.
Procesos físicos: los cuales tienen como característica que los materiales no sufren cambios químicos (no existe reacción química) pues solo se requieren operaciones mecánicas estos procesos también son conocidas como operaciones unitarias.
Procesos químicos: en este tipo de procesos si están involucrados cambios o reacciones químicas, esto quiere decir que las estructuras moleculares del compuesto varían dando orígenes luego de haberse terminado el proceso a nuevos compuestos algunos ejemplos de procesos químicos son los siguientes: polimerización, nitración entre otros.
Los procesos químicos se pueden dividir en: Intermitentes o tipo Batch: la alimentación se introduce al sistema al principio del proceso y todos los productos se extraen juntos tiempo después, en este caso no existe transferencia de masa en la frontera del sistema, entre el tiempo que dura la reacción.
Continuos: las entradas y salidas fluyen continuamente durante toda la ejecución del proceso.
Semicontinuos: es todo proceso que no entra en las condiciones estándares de los procesos intermitentes y los procesos continuos.
Los procesos a su vez se pueden dividir según su régimen los cuales son: Proceso en estado estacionario: es un régimen en el cual las variables como temperatura, presión velocidad entre otros permanecen constantes en el tiempo a excepción de que hayan pequeñas variaciones externas alrededor de valores promedio constantes.
Proceso en estado no estacionario: es aquel régimen en el cual cualquiera de las variables que toman parte en el proceso (temperatura, presión entre otros) pueden variar con respecto al tiempo.
Balance de materia: el balance de materia está fundamentado en la ley de conservación de la masa: “la masa no se crea ni se destruye solo se transforma”, es un proceso químico, el
cual está basado en el conteo o inventario de cuanta materia o energía entra, sale y se usa en cada componente químico que interviene en un determinado proceso de la industria.
Balance integral: indica lo que ocurre en un sistema durante dos instantes determinados, solo genera información sobre el comportamiento del sistema durante el intervalo
comprendido entre esos dos momentos, generalmente este tipo de balance se aplican más que todo a procesos tipo Batch o por lotes, los cuales tienen condiciones de inicio y finalización bien especifico.
Balance diferencial: indica lo que ocurre en un sistema en un determinado momento, este tipo de balance es característico de los sistemas continuos y en el caso de los sistemas estacionarios el balance diferencial siempre dará en cualquier instante de tiempo un valor constante.
Balance de materia sin reacción química: es obligatorio que las especies involucradas durante el balance de materia sin reacción química que bajo la condiciones estándares del laboratorio o del experimento en sí, no deben consumirse y muchos menos reaccionar y formar nuevos compuestos, es decir que no existirá ni consumo de los reactivos ni generación de productos.
Índice de refracción: consiste en medir la desviación de trayectoria que sufre un haz de luz (radiación monocromática) al pasar desde el vacío a otro medio de densidad distinta.
ECUACIONES A UTILIZAR Balance de materia General
(Ec. I)
Dónde: E= entrada G= generación S=salida C=consumo A=acumulación
Balance de materia sin reacción química E=S (Ec. II) Dónde: E=entra S=salida
Masa mA= YA • mT (Ec. III) Dónde: mA= masa del compuesto A ; (g) YA = Fracción másica del compuesto A
mT = masa total; (g)
Moles
ɳ A = XA • ɳ T (Ec. IV) Dónde:
ɳ A = moles de A; (mol) XA = fracción molar de A
ɳ T = Moles totales de la solución; (mol) Índice de Refracción
Dónde: n = índice de refracción del medio c = velocidad de luz en el vacío v = velocidad de luz en el medio
(Ec. V)
MONTAJE A. Montaje del refractómetro.
Figura 1
Leyenda de las partes del refractómetro: 1. Ocular. 2. Ensamble de iluminación de la muestra 3. Perillas de abertura del prisma 4. Prisma secundario 5. Prisma principal 6. Termistor 7. Ensamble de la iluminación de la escala 8. Caja desecadora 9. Conexiones de entrada y salida de agua para el control de temperatura 10. Tornillo de ajuste 11. Perilla de compensación de color 12. Perilla de medición 13. Termómetro
MÉTODO OPERATORIO A. Balance de materia. A1. Arranque. 1. Verificar los instrumentos a usar en esta experiencia y si se encuentran en buen estado. 2. Tomar nota de los instrumentos en mal estado y hacerlo llegar al auxiliar del laboratorio.
A2. Operación 1. Preparar en un embudo de separación dos mezclas la primera con 4gr de acetona (soluto) y 9 de hexano (disolvente), la segunda con 8gr de acetona (soluto) y 9gr de hexano (disolvente). 2. Mezclar con cada mezcla preparada lo siguiente: en la primera mezcla 7gr de agua (disolvente) y en la segunda mezcla 3gr de agua (disolvente). 3. Agitar suavemente el embudo y déjelas en reposo durante 1 hora aproximadamente. 4. Transferir cada una de las fases formadas a una fiola con tapa previamente identificados y tarados. 5. Pesar las fiolas llenas y por diferencia se conocerá la masa de las fases. 6. Analizar la composición de cada una de las fases, atreves del índice de refracción y determine la concentración p/p en soluto empleando las curvas que le facilitara el auxiliar de laboratorio.
A3. Parada 1. Realizar un balance de materia global y en acetona, luego compruebe
el
cumplimiento de la ley de la conservación de la masa. 2. Limpiar los instrumentos con los implementos necesarios. 3. Verificar nuevamente los instrumentos que estén en buen estado y hacérselo saber al auxiliar del laboratorio.
B. Medición del índice de refracción de las sustancias. B1. Arranque 1. Verificar los instrumentos a usar en esta experiencia y si se encuentran en buen estado. 2. Tomar nota de los instrumentos en mal estado y hacerlo llegar al auxiliar del laboratorio. 3. ajustar el refractómetro para realizar bien la experiencia. Ajuste de la escala: 3.1.colocar 2 o 3 gotas de agua destilada en la parte 5 ver (figura 1). 3.2.Cerrar la parte 4 ver (figura 1) y observa a través del ocular. 3.3.Ajustar la escala a 1.3330.
B2. Operación 1. Abrir la parte 4 (figura 1) y coloque de 2 a 3 de la solución en el centro de la superficie del prisma. 2. Cerrar la parte 4 (figura1), observar por el ocular girar la parte 11 ver (figura1) hasta que aparezca una línea clara y definida en el campo de visión. 3. Girar la parte 12 ver (figura 1), alinear con la línea delimitadora con las líneas de intersección.
B3. Parada 1. Leer en la escala superior el índice de refracción. 2. Limpiar los instrumentos con los implementos necesarios. 3. Verificar nuevamente los instrumentos que estén en buen estado y hacérselo saber al auxiliar del laboratorio.
TABLAS DE DATOS Tabla I: Cantidad de los compuestos de alimentación Mezcla
Cantidad de
cantidad de
cantidad de
cantidad de
soluto teórico (g)
soluto real
disolvente
disolvente real
teórico (g)
(Pdisol ±
(Psto ±
)g
)g
1 2
Temperatura Ambiente (
±
) oC; Presión ambiente (
±
) mmHg
Tabla II: Cantidad de disolvente B en cada mezcla preparada Mezcla
disolvente teórico B (agua)g
Disolvente real B (agua)g
1 2 Temperatura Ambiente (
±
) oC; Presión ambiente (
±
) mmHg
Tabla III: masas del refinado y del extracto Sustancia
Instrumento
Masa refinado ( ±
masa extracto
)g
(
±
)g
extracto 1 extracto 2 refinado 1 refinado 2 Temperatura Ambiente (
) oC; Presión ambiente (
±
±
) mmHg
Tabla IV: Índice de refracción de las muestras de laboratorio Muestra
Índice de Refracción Practico (
Extracto Acetona (IT ±
) Adim.
Refinado Hexano (IT ±
) Adim.
Agua (IT ± Temperatura Ambiente (
±
) Adim
) Adim. ±
) oC; Presión ambiente (
±
) mmHg
TABLAS DE RESULTADOS
Tabla V: masas reales de los extractos y los refinados Sustancia
Masa de
Masa de
Masa de
Masa de
extracto 1
refinado 1
extracto 2
refinado 2
(
(
(
(
± )g
± )g
± )g
± )g
Extracto refinado Temperatura Ambiente (
±
) oC; Presión ambiente (
±
) mmHg
Tabla VI: valores de los índices de refracción reales y la concentración peso /peso Mezcla
Fases
Índice de
Concentración
Refracción
(p/p)
(Ir Mezcla 1
±
)
Extracto Refinado
mezcla 2
Extracto refinado
Temperatura Ambiente (
±
) oC; Presión ambiente (
±
) mmHg
TABLAS DE REFERENCIA Sustancia
Absorción
Signos y síntomas
Inhalación
Dolor de garganta. Sacarlo a una área Ventilación, extracción Tos. Confusión no contaminada localizada o protección Mental. Mantener en reposo hasta Respiratoria. Somnolencia. recibir atención Pérdida del médica, conocimiento administrar oxigeno
Acetona
Contacto con la piel
Irritación
Tratamiento
Prevención
Quitar las ropas Usar guantes contaminadas. protección. Aclarar y
de
Lavar la piel con agua y jabón y atención medica
Inhalación
Hexano
Vértigo, Quitar las ropas Ventilación, extracción somnolencia, dolor contaminadas, localizada o de aclarar y lavar la Protección respiratoria. cabeza, piel con agua y embotamiento, jabón y náuseas, debilidad, proporcionar pérdida del asistencia Conocimiento.
Contacto con la piel
Piel seca, enrojecimiento, dolor dermatitis
Autor: Jorge Viera y colaboradores.
Médica. Usar protectores
guantes
BIBLIOGRAFÍA Felder R- Rousseau R. Principios Elementales de los procesos químicos. Addison-wesley Iberoamericana, 3a Ed. (2004). J. M. Smith; H. C. Van Ness. Introducción a la termodinámica. Mc Graw Hill 7 Ma Ed. (2005). Perry. Manual del Ingeniero Químico. Mc Graw Hill 3 era Ed. (1994). Mecánica de Fluidos. Streeter, V. Mc. Graw Hill, 2ª Ed. (1963).
