Prof.Alejandro Requena Balance de materia: Estado estacionario con reacción química. Unidades simples sin reciclo: Ecuación general de balance de masa: Acumulación neta = Entra - Sale + Generación neta El término de acumulación es nulo (estado estacionario), por lo que: Entra = Sale + Generación neta Efectuar balance global y balance por (n-1) de los “n” componentes. TENGA EN CUENTA QUE: El número de balances se reduce en el número de reacciones química independientes entre las especies del proceso. Balance de especies atómicas. Ejemplo: A B Productos Estequimetría de la reacción aA +bB→cC + dD+… (Ver ejemplos 3.10 a 3.14 del Himmelblau – 6ta. Edición) Ley de conservación de la materia Balance de masa (Acumulación Neta ) = (Entra ) − (Sale ) + (Generación Neta ) Casos particulares: – Si no hay acumulación (Proceso Estacionario): (Entra) = (Sale) + (Generación Neta) – Sin reacción química (Procesos Físicos): REACCIÓN QUÍMICA (Acumulación Neta) = (Entra) - (Sale) – Proceso estacionario sin reacción química: (Entra) = (Sale) exceso de O 2 O 2 requerido aire requerido Recuerde que aire: 21% O2 y 79% N2 ≡ 3. Alejandro Requena Tenga en cuenta las siguientes definiciones… En problemas de combustión son de uso frecuente los siguientes términos: – Aire Teórico: Cantidad de aire (oxígeno) que debe suministrarse para lograr combustión completa.76 mol N2 por mol O2 Otras definiciones que debe tener en cuenta… Conversión global: Calculada sobre la totalidad del proceso reactivo en alimentación nueva .O 2 requerido aire en exceso = 100 2 = 100 O 2 entra .Prof. El aire en exceso no dependen de que tanto material se quema sino del que puede quemarse. y se calcula como si el proceso de combustión produjese sólo CO2 % aire exceso = 100 exceso de O 2 O entra .reactivo en el producto total reactivo en alimentación nueva El proceso global como sistema Conversión en un paso: Calculada sobre el reactor reactivo alimentado al reactor . – Aire en exceso: Cantidad de aire en exceso de la requerida para combustión completa.reactivo que sale del reactor reactivo alimentado al reactor El reactor como sistema . Restricciones físicas: – Sumatoria de fracciones másicas o molares igual a uno. etc. Especificaciones de proceso: – Relaciones entre variables Leyes y propiedades físicas: – Relaciones masa-volumen a través de gravedad específica. condiciones de equilibrio o saturación.. Unidades múltiples (Ejemplo 3. ley de gases ideales.Uso del S como elementos trazador (Relaciona F con P) 2. – Sistemas con reacción: El número de balances se reduce en el número de reacciones química independientes entre las especies del proceso. Un balance de energía: – Energía intercambiada por el sistema con los alrededores.Resolución simultánea de ecuaciones restantes F = 207 lb mol /h G = 498 lb mol /h . Calcular F y G en lb mol/h Base de cálculo: 1 hora (P = 6205 lb mol) Cinco componentes atómicos y cinco flujos desconocidos 1. Alejandro Requena Relaciones entre las variables en un proceso Balances de masa: – Sistemas sin reacción: Tantas ecuaciones de balance como componentes. Balance de materia: Estado estacionario con reacción química..17: Himmelblau).Prof. purgándolo continuamente.25 Conversión del 25%: Salida Balance en condensador: (88.12 Balance en punto de mezcla 3: P = S – R = 1.25 % Purga = 1.75 (1 – 0.25 – 3(23. El amoníaco formado se separa por condensación y los gases no convertidos se recirculan al reactor. La mezcla inicial N2:H2 contiene 0. Suponiendo que a la entrada del reactor debe mantenerse la concentración de argón en un valor máximo de 5%.25 Balance en punto de mezcla 2: A = 25 R = 75 N2 = 23.2% de argón.25) = 17. Base de cálculo: 100 moles a la entrada del reactor Entra = Sale + Generación Neta Balance a la entrada del reactor: Base: 100 moles totales H2 = 3 N2 con H2 + N2 = 95 (Ar = 5) N2 = 23.81 H2Salida = 71.73 (0. Unidades simples con reciclo y purga. Base de cálculo: 100 moles a la entrada del reactor Entra = Sale + Generación Neta Al reactor catalítico de una planta de fabricación de amoníaco se debe alimentar una mezcla de N2 e H2 en la proporción 1:3 para alcanzar una conversión del 25% en NH3.87) = S = 76. se desea calcular la fracción de la corriente de recirculación que debe eliminarse continuamente como corriente de purga.75 y H2 = 71. Balance de materia: Estado estacionario con reacción química.44 Salida = 23.66% VERIFICACIÓN: Balance global del inerte .75)(0.25/75. por lo que es necesario eliminarlo del proceso.25) = 53. Alejandro Requena Balance de materia: Estado estacionario con reacción química.Prof.25) 2 = 11. Unidades simples con reciclo y purga.12 – 11.87 NH3 Ar Salida = 5 Moles totales a la salida = 88.0 = 1. 9. HCl 36. Para la obtención de TiCl4 se hace reaccionar una mena de TiO2 al 78% (22% inertes) con una solución de HCl al 45%. b) la relación de reciclo por TiO fresco TiO2 + 4 HCl → TiCl4 + 2H2O Datos adicionales: MW : TiO2 79. Si la conversión por paso del TiO2 es del 75% y el HCl debe ser alimentado al reactor un 25% en exceso. Alejandro Requena Balance de materia: Estado estacionario con reacción química.Prof. determine : a) los kg que deben alimentarse de cada materia prima por kg de TiCl4 generados.7 Representación del proceso . TiCl4 189.47. 0% de inertes. Principios elementales de los procesos químicos. de la alimentación total al reactor.40 % molar en inertes. La salida del reactor se pasa por un condensador donde se retira todo el metanol y el agua que se forma mientras que los reactivos no convertidos y los inertes se recirculan al reactor. Alejandro Requena Balance de masa Estado Estacionario con reacción química Sistemas con recirculación y purga El metanol puede obtenerse a partir de la reacción: CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O La alimentación fresca contiene 0. las corrientes de recirculación y de purga. para una velocidad de producción de metanol de 155 kmol/h Tomado de Felder & Rousseau.7-3 .Prof. Para evitar la acumulación de inertes en el sistema se retira una corriente de purga. calcule las velocidades de flujo molar y la composiciones molares de la alimentación fresca.0% molar de H2 y 2. Ejemplo 4. Si la alimentación al reactor contiene 28% molar de CO2. 70. y la conversión del hidrógeno en un paso es de 60%. Alejandro Requena Representación del proceso Tomado de Felder & Rousseau. Ejemplo 4.Prof. Principios elementales de los procesos químicos. Principios elementales de los procesos químicos.7-3 .7-3 Tomado de Felder & Rousseau. Ejemplo 4. Principios elementales de los procesos químicos.Prof. Ejemplo 4. Principios elementales de los procesos químicos. Alejandro Requena Tomado de Felder & Rousseau.7-3 Tomado de Felder & Rousseau. Ejemplo 4.7-3 . 7-3 . Ejemplo 4. Principios elementales de los procesos químicos.Prof. Ejemplo 4. Alejandro Requena Tomado de Felder & Rousseau.7-3 Tomado de Felder & Rousseau. Principios elementales de los procesos químicos. Alejandro Requena Balance de materia: Unidades simples con reciclo y purga. Determinar: ¿Moles recirculados por mol de alimentación al reactor? ¿ Moles de purga por cada mol de alimentación fresca? .5% en volumen de inertes. Estado estacionario con reacción química. La concentración de inertes a la entrada del reactor debe mantenerse inferior al 2% en volumen. PRUEBE SUS CONOCIMIENTOS: Problema: Síntesis de metanol a partir de hidrógeno y dióxido de carbono CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O Alimentación estequiométrica con 0.Prof. Conversión por paso del 60%.