Ideas Clave Balance de materia con múltiples subsistemas

1. Los subsistemas pueden consistir en equipos, puntos de unión de tuberías y/o combinaciones de subsistemas.
2. Podemos escribir balances de material para los componentes de cada subsistema y para su flujo másico total, así como para los componentes del sistema global y el flujo másico total del sistema global.
3. El número de ecuaciones independientes de un problema no puede incrementarse escribiendo balances globales además de los balances de componentes para cada subsistema, pero éstos  pueden sustituirse por aquéllos.

Retrospectivas Balance de materia con múltiples subsistemas

En esta sección vimos que podemos tratar los sistemas formados por más de un subsistema exactamente del mismo modo que tratamos los subsistemas individuales, siguiendo la estrategia de 10 pasos. Sea que usemos combinaciones de balances de materia de varias unidades o agrupemos todas las unidades en un solo sistema, lo único que debemos cuidar es que el número de ecuaciones independientes que hayamos preparado sea adecuado para resolver las variables incógnitas.

Solución Múltiples unidades en las que ocurre una reacción (II)

Paso 9 Resolvemos el balance de azufre para F (desafortunadamente, la inexactitud en las concentraciones de SO2 dará lugar a cierto error en F); el azufre es un componente enlazado. Después resolveremos G simultáneamente en los otros cuatro balances.

F = 207 lbmol/h
G = 498 lbmol/h

Por último, el consumo de aceite es combustible es

Solución Múltiples unidades en las que ocurre una reacción (I)

Se trata de un proceso en estado estacionario con reacción. Hay dos subsistemas . Queremos calcular F y G en lb mol/h, y luego F en bbl/h.

Pasos 1,2,3 y 4 Usaremos especies atómicas para los balances molares. Las unidades de todas las variables desconocidas serán moles. En vez de hacer balances para cada horno, como no tenemos ninguna información acerca de los flujos de salida individuales de cada horno, optaremos por hace balances globales y dibujaremos la frontera del sistema alrededor de ambos hornos.

Paso 5

Base de cálculo: 1 hora, de modo que P = 6205 lb mol

Pasos 6 y 7  Tenemos  cinco componentes atómicos en este problema y cinco flujos cuyos valores desconocemos, A, G, F, A* y W; por tanto, si los balances molares elementales son independientes, podremos obtener una solución única del problema.

Paso 8  Los balances molares globales para los elementos son

Ejemplo Múltiples unidades en las que ocurre una reacción (II)

Durante una tormenta de nieva, nungún transporte pudo llegar a la RAMAD Corp., y los funcionarios se comenzaron a preocupar por el agotamiento de las reservas de aceite combustible, ya que el suministro de gas natural se estaba usando a la velocidad máxima posible.

La reserva de aceite combustible era de apenas 560 bbl. Cuántas horas podía operar la compañia antes de tener que parar sí  no se conseguía aceite combustible adicional? Cuántas lb mol/h de gas natural se estaban consumiendo? La carga mínima de calentamiento de la compañia, traducida en gas de chimenea  producido, era de 6205 lb mol/h de gas de chimenea seco. El análisis de los combustibles y del gas de chimenea en este momento era:

Ejemplo Múltiples unidades en las que ocurre una reacción (I)

A causa del aumento en los costos de los combustibles y por la incertidumbre del suministro de un combustible en particular, muchas compañias operan dos hornos, uno con gas natural y el otro con aceite combustible. En la RAMAD Cop., cada horno tenía su propio suministro de oxígeno; el horno de aceite usaba un flujo.

de gas con el siguiente análisis: O2, 20%; N2, 76%; CO2, 4%, pero los gases de chimenea salían por una chimenea común. Véase la figura E3.17.

Solución Unidades múltiples en las que no ocurre reacción (III)

Como cuestión de interés, qué otros balances de masa se podrían escribir para el sistema y sustituirse por cualquiera de las ecuaciones (a)-(e)? Los balances típicos serían los globales

Las ecuaciones (f) -(i) no contribuyen información adicional al problema; los grados de libertad siguen siendo cero. De cualquier modo, cualquiera de estas ecuaciones puede sustituirse por una de las ecuaciones (a)-(e) siempre que nos aseguramos de que el conjunto de ecuaciones resultante sigue siendo independiente.