Solucion de Balance de Materia RODRIGO LONDOÑO GARCÍA

BALANCE DE MATERIA2.7.1 Considérese la reacción: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O. El reactor se carga con 30 gmol de NH3, 40 gmol de O2 y 10 gmol de H2O. Reaccionan 20 gmol de amoníaco. Determínense los gmol de cada una de las sustancias que salen del reactor. SOLUCION Datos Para que el ejercicio tenga coherencia en el libro gmol es lo mismo que mol El reactivo limitante es el amoniaco para este ejercicio por lo cual se considera 20gmol como dice el ejercio nmolNH3 ≔ 30 mol nmolO2 ≔ 40 mol nmolH2O ≔ 30 mol 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O Recordemos un poco de factor unitario 1 Calculamos El Oxigeno requerido para la Reaccion se requiere 5 molg de Oxigeno para reacionar 4 mol de amocinaco ⎛ 5 mol ⎞ gmolO2 ≔ 20 mol ⋅ ⎜――― ⎟ = 25 mol ⎝ 4 mol ⎠ 2 Calculamos El oxido nitroso producido por 20mol de amonicaco ⎛ 4 mol ⎞ gmolNO ≔ 20 mol ⋅ ⎜――― ⎟ = 20 mol ⎝ 4 mol ⎠ 3 Calculamos la cantidad de agua producida por 20mol de amonicaco ⎛ 6 mol ⎞ gmolH2O ≔ 20 mol ⋅ ⎜――― ⎟ = 30 mol ⎝ 4 mol ⎠ 4 Calculamos la cantidad oxigeno que sale del reactor ya que este es un reactivo en exceso gmolO2SALE ≔ nmolO2 − gmolO2 = 15 mol 5 Calculamos la cantidad agua que sale del reactor ya que este es un reactivo qeu se alimenta junto al amoniaco en medio acuoso gmolH2OSALE ≔ gmolH2O + nmolH2O = 60 mol 6 Calculamos la cantidad amoniaco que sale debido que solo 20mol reaccionan gmolNH3SALE ≔ nmolNH3 − 20 mol = 10 mol Respuesta     oxigeno 15mol Amonicaco 20mol agua 60mol Nitroso 20mol 2.7.2 En el proceso Deacon, para la fabricación del cloro, HCl y O2 reaccionan para formar Cl2 y H2O. Se alimenta con suficiente aire (79% en mol de N2 y 21% de O2) para proporcionar 25% de oxígeno en exceso. Calcúlense las fracciones molares de los componentes del flujo de productos. La conversión fraccionaria del HCl es del 70%. SOLUCION El proceso de Deacon produccion de Cloro segun la reaccion Como base de Calculo utilizaremos 100 mol de HCl 4 HCl + O2 → 2 H2O + 2 Cl2 1297 nTotalSalida 0.75 mol 5 Calculo de Nitrogeno Alimentado que es lo mismo a la salida ya que este no reacciona ⎛ 79 ⎞ nNTotal ≔ nOTotal ⋅ ⎜―⎟ = 117.15131 nTotalSalida nOExeso xO2 ≔ ―――― = 0.1297 HCl 2. El flujo de productos se analiza.0594 nTotalSalida nNTotal xN2 ≔ ―――― = 0. y se encuentra que contiene 50% en mol de C 2H5Br y 33.56 mol ⎝ 21 ⎠ 6 Calculo de Cloro producido para 70 mol de HCl ya que solo reacciona 70 de 100 segun la proposicion del problema ⎛ 2 mol ⎞ nClProd ≔ 70 mol ⋅ ⎜――― ⎟ = 35 mol ⎝ 4 mol ⎠ 7 Calculo de Agua producido ⎛ 2 mol ⎞ nH2OProd ≔ 70 mol ⋅ ⎜――― ⎟ = 35 mol ⎝ 4 mol ⎠ 8 Moles de HCl que no reacciona nHCl ≔ 100 mol − 70 mol = 30 mol 9 Moles total a la Salida del reactor nTotalSalida ≔ nOExeso + nNTotal + nClProd + nH2OProd + nHCl = 231.5 mol ⎝ 4 mol ⎠ 4 Calculo de Oxigeno exceso que sale del reactor nOExeso ≔ nOTotal − nOReac = 13. 0.1513 H2O.BALANCE DE MATERIA 100 mol de HCl Conversion Fraccionaria de 70% De manera similar al ejercicio anterior calcularemos todos los componentes necesarios eso quiere decir que solo reacciona 70 mol de HCl 25% de oxígeno en exceso 1 Calculo de Oxigeno Estequimetrico segun la reaccion quimica para 70 mol de HCl ⎛ 1 mol ⎞ nOEst ≔ 100 mol ⎜――― 8 Moles de HCl que no reacciona ⎟ = 25 mol ⎝ 4 mol ⎠ 2 Calculo de Oxigeno que reacciona para 100 mol HCl nOTotal ≔ nOEst ⋅ 1.1513 nTotalSalida nH2OProd xCl ≔ ―――― = 0.0594 O2.31 mol 10 % de Moles total a la Salida del reactor nClProd xH2O ≔ ―――― = 0. 0. La alimentación .25 mol nHCl ≔ 100 mol − 70 mol = 30 mol 3 Calculo de Oxigeno que reacciona para 70 mol de HCl ⎛ 1 mol ⎞ nOReac ≔ 70 mol ⋅ ⎜――― ⎟ = 17.3% HBr.5082 nTotalSalida Respuesta 0. 0.1513 Cl2.7.25 = 31.3 La reacción entre el etileno y el bromuro de hidrógeno se efectúa en un reactor continuo.5082 N2 y nHCl xHCl ≔ ―――― = 0. .. 0.. El flujo de productos se analiza......3% HBr.77% es de C2H4 Ademas el problema menciona la alimentacion contiene solo etileno y bromuro de hidrógeno xEteno ≔ γ xHBr ≔ 1 − γ Base de Calculo A ≔ 100 mol 1 Realizamos un BM para el HBr     Alimentacion = Reaccionado+Exceso Alimentacion=(1.. 0.1766B γ A=0.2476 ――― 0.(2) 3 para Simplificar B divido las ecuacion 1 entre 2 por lo tanto solo quedaria con A y γ 0.γ )A=0........(1) 2 Realizamos un BM para el C2H4  Entrada= γA  Reaccionado=0......1677=0...1297 HCl BALANCENDE 2.....6677B ..5B Exceso=0....2476 4 Eteno alimentado y Acido Alimentado molEteno ≔ γ ⋅ A = 44. SOLUCION Los productos que contiene 50% en mol de C2H5Br y 33.175 mol saca del bromuro de Etilo producido a la salida ..635 mol 0.1513 H2O....1513 Cl2.333B=0........6677 6 Mol de Eteno exceso molEtenoExceso ≔ 0.3% HBr asumimos que todos deben sumar 100% eso quiere decir que un 16.......1677 ⋅ B = 11.... 0..γ )A Los moles Reaccionados es lo mismo que los moles producidos de C2H5Br =0.......4449 1 + 1...7...... Calcúlese la conversión fraccionaria del reactivo limitante y el porcentaje en el que el otro reactivo se encuentra en exceso..833B .492 mol molHBr ≔ ((1 − γ)) ⋅ A = 55.50B+0.5082 2 yMATERIA 0...833 = 1.. Reacción: C2H4 + HBr → C2H5Br..6677 Por lo tanto 1 γ ≔ ―――― = 0.0594 O2...3 La reacción entre el etileno y el bromuro de hidrógeno se efectúa en un reactor continuo.. La alimentación del reactor contiene sólo etileno y bromuro de hidrógeno.508 mol 5 De la ecuacion 2 se determina Moles de B γ⋅A B ≔ ――― = 66.5B  Salida=0.. y se encuentra que contiene 50% en mol de C 2H5Br y 33....Respuesta 0....333B (1...50B+0... 23 100 84.8 Una tonelada de una caliza impura.317 mol Conversión en una sola etapa = (ERR – SRR) / ERR ERR: Entrada de reactivos al reactor. La cal se obtiene calcinando los carbonatos.7. calentando hasta retirar el CO2 de acuerdo a las reacciones CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 Al calcinar caliza pura. Si hay presentes n moles de un reactivo en exceso y su proporción estequiométrica corresponde a nd.1159 44 100 ⋅ nA x100CaCO3 ≔ ――― ⋅ 100 = 90.8 nB ≔ ―― − nA = 0.54% de CaSO4. esto es.9.77% MgCO3 PMCO2=44 PMCaCO3=100 PMMgCO3=84.9023 44.90. %Exceso=25. MgCO3 .23% . cuya composición es 96% en masa de CaCO3 y 4% de materia inerte.1677 ⋅ B = 11.7.molEtenoExceso ≔ 0.7488 molEteno Reactivos en exceso: Un reactivo es limitante si está presente en menor cantidad que su proporción estequiométrica con respecto a cualquier otro reactivo.769% 2.23% CaCO3 y 9.4 La caliza es una mezcla de carbonatos de magnesio y calcio. reacciona con una solución de ácido sulfúrico al 80% en masa.8 lb de CO2 por cada 100 lb de caliza. El análisis de la masa final en porcentaje másico es: 86. se obtienen 44.1161 molEtenoRx + molEtenoExceso Respuesta f=0. 3. se define la fracción en exceso como (n – nd)/nd molEstequiometrico ≔ molEtenoRx + molEtenoExceso molEtenoExceso X100Exceso ≔ ――――――――― ⋅ 100 = 25. además de material inerte.3 Moles de Peso de Moles de Peso de 1 BM para 100 lb Carbonato incluyendo los moles de ambos carbonato es: ((1)) 1 Balance de Carbono en moles del CO2 incluyendo los carbonos provenientes de cada carbonato ((2)) De las Ecuaciones 1 y 2 nA ≔ 0. Todo el CO2 generado es expulsado junto con parte del agua.175 mol BALANCE DE MATERIA 7 Mol de Eteno reaccionado debido a que no todo que se alimenta reaccion la cantidad reaccionada se saca del bromuro de Etilo producido a la salida molEtenoRx ≔ 0.116% 2. ¿Cuál es la composición de la caliza? Respuesta: 90.769 100 Respuesta CaCO3 . consistente en carbonatos únicamente. molEteno − molEtenoExceso Conversion ≔ ―――――――― = 0. SRR: Salida de reactivos del reactor.5 ⋅ B = 33.3 ⋅ nB x100MgCO3 ≔ ―――⋅ 100 = 9.11% de .7488. Calcúlese: a) Masa de CaSO4 producido.54% de B wCaSO4 ≔ η ⋅ 86.769 kg 4 Determinacion de peso del acido sulfurico=Reaccionado + exceso 0.3746 kg mol 0..0311 + ――― = 0.8654 η nCaRx ≔ ――― 136 0. 3. reacciona con una solución de ácido sulfúrico al 80% en masa... SOLUCION Datos  Caliza de 96%  1000 kg Caliza  Acido de 80% B= η 1 Calculamos los moles de Carbonato de calcio wCaCO3 ≔ A ⋅ 96% = 960 kg wCaCO3 nCaCO3 ≔ ――― = 9.. b) Masa de solución ácida alimentada.6 mol kg 100 ―― mol A ≔ 1000 kg Se trbajara en molKg CaSO4 0.35% de H2SO4..23% de H2O y 2..0066742 ――― 136 100 nCaCO3 η ≔ ―――――― = 1438. El análisis de la masa final en porcentaje másico es: 86..7....8 Una tonelada de una caliza impura..0135 η = 916.0135 η H 2O 0.0623 η Inertes 0....384 kg 136 El valor obtenido es al 100% de acido para cumplir El requisito del problema nos dice es al 80% se procede multiplicando por 100 y dividiendo entre 80 ........8654 η wH2SO4 ≔ ―――⋅ 98 + 0. d) Composición. c) Masa de gases expulsados. en porcentaje másico...BALANCE DE MATERIA 2.. 1...0066742352941176470588 ⋅ η 3 Igualando en la Ecuacion 1 Obtenemos el peso de B 0.....0311 η nCaExc ≔ ――― 100 simplify nCaTotal ≔ nCaRx + nCaExc ――― → 0.0135 η 0.8654 η 136 Reaccionado=moles de acido*peso molecular ―――⋅ 98 (98 es el peso molecular del acido) Exceso=0....(1) 0....54% = 1244.77% de inertes.. Todo el CO2 generado es expulsado junto con parte del agua..0066742 ―― kg 4 Determinacion de sulfato de Calcio ya que es el 86.8654 η CaCO3 0...8654 0.0277 η 2 BM para el Calcio entrada = reaccionado + Exceso considerando B= η kg  Entrada= nCaCO3  Reaccionado= nCaRx  Exceso= nCaExc  nCaCO3 = nCaRx + nCaExc .54% de CaSO4.. 6. cuya composición es 96% en masa de CaCO3 y 4% de materia inerte.0311 η H2SO4 0..11% de CaCO3. de los gases expulsados.. 096 kg wVapor ≔ wH20Acid + wH2OProd − 0.19% propano.33% etano. 43. η = 1438.8654 η wH2OProd ≔ ―――⋅ 18 = 164.0254 m)) = 28.7.954 kg wVapor xVapor ≔ ――― ⋅ 100 = 43.82% dióxido de carbono y 0. con 23 millones de pies cúbicos estándar por día de aire. wSolucionAcida = 1145. en porcentaje másico.954 kg d) Composición.65% de CO2 2. 1.317 L convirtiendo ft a aire 1000000 A ≔ ―――ft 3 = ⎛⎝1.035% de H2O y 56.05% butano. La composición del gas natural en porcentaje molar es: 96.749 kg 136 BM en este caso para el agua que sale como vapor Agua del acido + Agua producido = Agua vapor + Agua exceso Agua vapor = Agua del acido + Agua producido . wGases = 706.BALANCE DE MATERIA 100 = 1145. O2 y N2.8654 η wCO2 ≔ ―――⋅ 44 = 402.3746 kg b) Masa de solución ácida alimentada.234 kg Masa de los gases = masa del CO2 masa de vapor wGases ≔ wCO2 + wVapor = 706. 0.48 kg c) Masa de gases expulsados.02% pentano.4803 kg wSolucionAcida ≔ wH2SO4 ⋅ ―― 80 4 Determinacion de masa de gases explulsados se refiere al CO2 y parte H2O se toma base de calculo moles de sulfato de Calcio que por estequiometria es lo mismo que el de CO2 0.11 Un horno que opera en régimen permanente quema 1 millón de pies cúbicos estándar por día de gas natural proveniente de Nuevo México. Los únicos compuestos perceptibles en el gas de combustión son CO2. 0.035 wGases wCO2 xCO2 ≔ ――― ⋅ 100 = 56. 0. H2O. 0.18 ⋅ 10 6 ⎞⎠ L 24 23 ⋅ 10 6 B ≔ ―――ft 3 = ⎛⎝2.Agua exceso wH20Acid ≔ wSolucionAcida ⋅ 20% = 229.714 ⋅ 10 7 ⎞⎠ L 24 condiciones Normales un gas 0°C y 1atm .965 wGases Respuesta a) Masa de CaSO4 producido.72 kg 136 0.91% metano. de los gases expulsados.0623 η = 304. ¿Cuál es la relación de flujo (kg mol/h) y la composición (% molar) del gas de combustión? Solucion 3 Para trabajar por hora dividimos 1 dia entre 24 convirtiendo ft a litros combustible ((12 ⋅ 0.68% nitrógeno. 68% = 358.571 ⋅ 10 5 ⎞⎠ mol PropanoMol ≔ MolA ⋅ 0.21 = ⎛⎝2.211 ⋅ 10 6 ⎞⎠ mol MolB ≔ B ⋅ ――― 22.544 ⋅ 10 5 ⎞⎠ mol NitroMol ≔ MolB ⋅ 0.105 ⋅ 10 4 ⎞⎠ mol EtanoMol ≔ MolA ⋅ 1.BALANCE DE MATERIA 1 Calculamos los moles de gas se sabes que en condiciones Normales un gas 0°C y 1atm Combustible molGas ≔ 22.02% = 10.4 L Aire 1 mol ⎛ = ⎝1.725% de N2. 4.4 L 2 Determinacion de moles de gases segun su composicion MetanoMol ≔ MolA ⋅ 96. 8.866 kgmol DioxProd CO2 ≔ ―――― ⋅ 100 = 4.491 ⋅ 10 5 ⎞⎠ mol 5 Determinacion de moles de Dioxido de Carbono Producido DioxProd ≔ MetanoMol ⋅ 1 + EtanoMol ⋅ 2 + PropanoMol ⋅ 3 + ButanoMol ⋅ 4 + PentanoMol ⋅ 5 DioxProd = ⎛⎝5.4 L 1 mol ⎛ = ⎝5.547 mol OxigenoMol ≔ MolB ⋅ 0.048 ⋅ 10 5 ⎞⎠ mol 6 determiancion de moles de Gas producido a la salida Salida ≔ AguaProd + DioxProd + Oexceso + NitroMol = 1263865.078 mol ButanoMol ≔ MolA ⋅ 0.866 kgmol b) % de cada componente.79 = ⎛⎝9.5 + PropanoMol ⋅ 5 + ButanoMol ⋅ 6.33% = 700.5 + PentanoMol ⋅ 8 OConsumido = ⎛⎝1.91% = ⎛⎝5.7718 mol 1263.19% = 100.05% = 26.291% H2O.29 ⋅ 10 4 ⎞⎠ mol 6 Determinacion de moles de Agua producido AguaProd ≔ MetanoMol ⋅ 2 + EtanoMol ⋅ 3 + PropanoMol ⋅ 4 + ButanoMol ⋅ 5 + PentanoMol ⋅ 6 AguaProd = ⎛⎝1.916 mol NitrogenoAlimMol ≔ MolA ⋅ 0. 1263.291 Salida Oexceso O2 ≔ ―――⋅ 100 = 11.798 Salida Respuesta a) Moles de GAS producido.798% de O2 .267 ⋅ 10 4 ⎞⎠ mol MolA ≔ A ――― 22. 75.336 mol PentanoMol ≔ MolA ⋅ 0.186% CO2.174 mol 3 Determinacion de moles de oxigeno teorico consumido segun la reaccion Quimica OConsumido ≔ MetanoMol ⋅ 2 + EtanoMol ⋅ 3.053 ⋅ 10 5 ⎞⎠ mol 4 Determinacion de moles de oxigeno exceso Oexceso ≔ OxigenoMol − OConsumido = ⎛⎝1.186 Salida NitroMol N2 ≔ ―――― ⋅ 100 = 75.82% = 431.725 Salida AguaProd H2O ≔ ―――― ⋅ 100 = 8.535 mol DioxidoCarbMol ≔ MolA ⋅ 0. 11. 3 = 13.21 ⋅ 32 gm + 0.039 mol MolN2air ≔ MolAir ⋅ 0. 75.5% H2O y 6.7.Respuesta a) Moles de GAS producido.9% H. 11.214 mol MolO2Exceso ≔ OTotal ⋅ 0.9% impurezas.7.5% = 15 gm Impureza ≔ F ⋅ 6.3 = 475.7% = 17 gm S ≔ F ⋅ 1.8% O.414 mol 8 Determinacion de masa del aire alimentacion MolH2O ≔ MolH2 = 24.25 mol 2 OReq3No ≔ MolN = 1. 1263. 4.2% = 12 gm Water ≔ F ⋅ 1.9% = 49 gm O ≔ F ⋅ 7. (b) El volumen a condiciones normales de aire suministrado por kilogramo de carbón alimentado.79 ⋅ 28 gm = 28. 1.9% = 69 gm 2 Determinacion de Moles de cada componente 1 mol MolC ≔ C ⋅ ――― = 63.866 kgmol b) % de cada componente.2% S.703 mol 21 6 Determinacion de masa molar de aire requerido molCO2 ≔ MolC = 63. (c) La masa molecular media de los productos de combustión Solucion F ≔ 1 kg 1 Determinacion de Componentes en la alimentacion para 1kg de Carbon C ≔ F ⋅ 76% = 760 gm H ≔ F ⋅ 4.711 kg 10 Determinacion moles totales a la salida MolNO2 ≔ MolN = 1.79 = 375.291% H2O.8% = 78 gm N ≔ F ⋅ 1.214 mol 14 gm 3 Determinacion de Moles Oxigeno para RX OReq1Carbon ≔ MolC = 63.547 kg 1 mol wAlim ≔ wair ⋅ 1. calcúlese: (a) Los kilogramos de aire suministrado por kilogramo de carbón alimentado. Si se suministra aire en un 30% en exceso.798% de O2 BALANCE DE MATERIA 2.333 mol Mair ≔ 0. 8.577 mol .84 gm 7 Determinacion de moles de aire a un 30% en exceso MolAir ≔ AirRequerido ⋅ 1. 1.84 gm wair ≔ AirRequerido ⋅ ―――― = 10.798 mol 5 Determinacion de moles de aire requerido 9 Determinacion de moles a la salida 100 de gases AirRequerido ≔ OTotal ⋅ ―― = 365.5 mol 28.13 un horno de fundición se alimenta un carbón de la siguiente composición en peso: 76% C.333 mol MolH2 OReq2Hidro ≔ ――― = 12.3 = 23.186% CO2.333 mol 12 gm 1 mol MolH2 ≔ H ⋅ ――― = 24.725% de N2.7% N. 1. 4.214 mol 4 Determinacion de Moles Oxigeno total para la RX OTotal ≔ OReq1Carbon + OReq2Hidro + OReq3No = 76.5 mol 2 gm 1 mol MolN ≔ N ⋅ ――― = 1. 685 − 0. Calcúlese la composición molar de la corriente de salida del reactor y la selectividad de la producción de etanol respecto a la producción de éter.685 4 Moles de alcohol que reaccina 2da reaccion 2.7.537 ⋅ ((5%)) ⋅ A ―― → 2.7 Se produce etanol a nivel comercial mediante la hidratación de etileno: C2H4+ H2O = C2H5OH Parte del producto se convierte a éter dietílico mediante la reacción lateral 2 C2H5OH = (C2H5)2 O + H2O La alimentación a un reactor contiene 53.48% etanol.537 ⋅ A − A ⋅ 0. 18 g mol etanol / g mol éter.002 x100O2 ≔ ―――― MolTotal MolNO2 x100NO2 ≔ ―――― MolTotal MolN2air = 0.13 x100CO2 ≔ ―――― MolTotal MolH2O x100H20 ≔ ―――― MolTotal MolN = 0.BALANCE DE MATERIA MolTotal ≔ molCO2 + MolH2O + MolNO2 + MolO2Exceso + MolN2air MolTotal = 487.537 ⋅ ((5%)) ⋅ A ―― → 2. 0.377 mol 2.685 2 Moles de Etileno a la Salida simplify nEtilenoSalida ≔ 0.664 mol 11 Determinacion fraciones de moles a la salida molCO2 = 0.649 m 3 Volgas ≔ MolAir ⋅ ――― 1 mol Respuesta a) Masa de aire almimentado wAlim = 13.537 ⋅ ((5%)) ⋅ A ―― → 2.42% etileno.537 ⋅ ((5%)) ――― → 51. 2.417 .7% molar de C2H4.685 A ≔ 100 fully nAguaRx1 ≔ 0.77 x100N2 ≔ ―――― MolTotal 12 Determinacion Masa molar del gas y volumen considerando 1 mol = 22.4 L = 10.7% de H2O y el resto de inertes.86% inertes.09% agua y 9. Respuestas: 52. Se obtiene una conversión de etileno de 5%. Datos conversion 5% de etileno 10% de etanol Producido vuelve en la Rx lateral Base Calculo A=100 A 1 Moles de Etileno Reaccionado fully nEtilenRx ≔ 0. 36.649 m 3 c) Masa molar del productos de Combustion Mgas = 28.2685 = 2. El 10% del etanol producido participa en la reacción lateral.4L a CN Mgas ≔ x100CO2 ⋅ 44 mol + x100H20 ⋅ 18 mol + x100NO2 ⋅ 46 mol + x100O2 ⋅ 32 mol + x100N2 ⋅ 28 mol Mgas = 28.14% éter dietílico.377 mol 22. 35.711 kg b) Volumen de Aire Volgas = 10.015 3 Moles de alcohol producido a la primera raccion fully nEtanol ≔ 0. .269 BASE DE CALCULO nTotal ≔ nEter + nEtilenoSalida + ⎛⎝nEtanol − nEtanolRX2⎞⎠ + nAguaSal + nInerte = 97.13425 2 6 Moles de agua producido en la 2da reaccion nEtanolRX2 fully nAguaRx2 ≔ ―――― ―― → 0.02685 = 0.423 nTotal nEtanol − nEtanolRX2 X100nEtanolSAL ≔ ――――――⋅ 100 = 2.483 nTotal nAguaSal X100nAguaSal ≔ ――― ⋅ 100 = 35.14925 0.367 ⋅ A + nAguaRx2 − nAguaRx1 ――― → 34.4833 = 0.315 0. N2 y O2 en las siguientes relaciones molares: moles de N2/mol de O2 = 7. Los gases de combustión contienen CO. CO2.096A fully nInerte ≔ 9.341 8 Inertes=0.13425 2 7 Moles de agua Total =Alimentacio+H2O producido-Reaccionado simplify nAguaSal ≔ 0.483 % Etanol.BALANCE DE MATERIA fully nEtanolRX2 ≔ 0.46837 + 0.865 nTotal selectividad mol de producto deseado/mol producto no desead nEtanol − nEtanolRX2 Selecti ≔ ――――――= 18 nEter Respuesta 52. Calcúlese el porcentaje de exceso de aire utilizado.18 y moles de CO/mol CO2 = 2.138 nTotal nEtilenoSalida X100nEtilenoSalida ≔ ――――⋅ 100 = 52.865 % Inertes 18gmol/gmol de etes 2. 35.537 ⋅ ((5%)) A ⋅ 10% ―― → 0.091% Agua 9.091 nTotal nInerte X100nInerte ≔ ――― ⋅ 100 = 9.6 nEtanol ⋅ 10% = 0.6% ⋅ A ―― → 9. 2.423 % Etileno.17 Se mezcla C puro con aire.3683425 − 0.9517 nEter X100nEter ≔ ――⋅ 100 = 0.7.2685 5 Moles de eter producido es la mitad de moles de etanol Reaccionado por la estequimetria nEtanolRX2 fully nEter ≔ ―――― ―― → 0. 7619047619047619048 = 4.0886075949367088608 9.20099 ((5)) 4 Reemplazando 4 y 5 en 2 9.004 n2 ≔ 20.20099 x 0.286x ⎛ 100 ⎞ naireestequi ≔ 3 ⋅ ⎜―― ⎟ = 14.18y Debido que el nitrogeno no reacciona n2=7.004x ((3)) .18y*(100/79) ⎛ 100 ⎞ simplify n2 ≔ 7.45434 y ((4)) y ≔ 2.5238095238095238095 ⋅ x + 4.45434 9.21)) 3 Reemplazando 2 n 3 9.0886075949367088608 − 4.18y Mol O2=y Reaccion Ideal C+ O2 = CO2 1 Balance de Carbono C=3x que hace equivalente a n1 ya que es carbono puro n1 ≔ 3 ⋅ x ((1)) 2 Balance de Nitrogeno Molecular N2=7.20099 = 20.5238095238095238095 x ≔ 0.BALANCE DE MATERIA DATOS mol CO =2x Mol CO2=x Mol N2=7.0886075949367088608 ⋅ 2.7619047619047619048 ⋅ y y ≔ ―――――――――――――――――― 9.004 x 5 Segun la reaccion ideal del diagrama se requiere los mismo moles de oxigeno estequimetrico que los moles de carbono nOestequi ≔ 3 ⋅ x 6 Segun la aire estequimetrico n =14.21n2*(2)=2x+2x+2y 4 ⋅ x + 2 ⋅ y simplify n2 ≔ ―――― ――― → 9.286 ⎝ 21 ⎠ 7 segun 2 el aire alimentado 20.7619047619047619048 ⋅ y 2 ⋅ ((0.327 ――――――――= 0.5238095238095238095 ⋅ x + 4.0886075949367088608 ⋅ y ⎟ ――― ⎝ 79 ⎠ ((2)) 3 Balance de Oxigeno atomico en el aire contiene 2 atomos de oxigeno en el CO 1 y en el CO2 2 atomos 0.45434 −1 = 2.18 ⋅ y ⋅ ⎜―― → 9.327 4. 025 ――― 14.004 − 14.estequimetrico 20. 2.84% N2.18 Un gas natural contiene 83% molar de metano y 17% molar de etano.76% 2.286 Respuesta 40.BALANCE DE MATERIA 8 aire exceso alimentado .277 −1 = 0.595 ⋅ μ Oxigeno Estequimetrico simplify nOEstequi ≔ nOMet + nOEtano ――― → 2.255 ⋅ μ 2 Calculo de Oxigeno Exceso simplify nOExceso ≔ 0.08145 1 Calculo de Oxigeno Estequimetrico Para el Metano simplify nOMet ≔ 0.5 ⋅ μ ――― → 0.277 ――― 0.83 ⋅ 2 ⋅ μ ――― → 1.84% .76% CO2.66 ⋅ μ Para el Etano simplify nOEtano ≔ 0.025% de exceso 2.0953 D ≔ 12.83 + 2 ⋅ 0.17 = 12.286 = 5.718 ⋅ 100 = 40.77% CO.63% O2 y 84.77% 5.17 ⋅ 3. El gas se quemacon un exceso de aire seco y se producen unos gases con el siguiente análisis Orsat: 6.0563 ⋅ D ――― → 0.63% 84.277 ⋅ μ 12.0676 + 0. Calcúlese: (a) Porcentaje de exceso de aire suministrado (b) Porcentaje de carbono que pasa a CO (c) Masa de vapor de agua por cada 1000 pie3 de gas de combustión medidos a 800° F y 1 atm A= μ Datos     CO2 CO O2 N2 BM para el carbono a la salida=entrada de carbono nCSalida ≔ 0.17 Por lo tanto la equivalencia entra A y D 1.7. 5.718 9 % aire exceso alimentado exceso/estequimetrico 5.0277 = 0.17 = 1.6911951 ⋅ μ ((1)) 6.0953 nCSEntrada ≔ 0. 847 L Conversion de Volumen Calculamos numero de Moles con PV=RTn 28316.592 ⎠  % de exceso aire 22. ¿qué velocidad de alimentación de aire se requiere (kg mol / h)? ¿Cómo cambiaría su respuesta si la combustión solo se completara en un 75%? Solucion .783093996463554971 ―――⋅ 100 ――― nOEstequi 5 % de carbono que pasa a CO = mol Carbono CO2/ mol Carbono total *100 simplify 2.452lb 2.66 ⋅ μ Para el Etano simplify nH2OEtano ≔ 0.0563 ⋅ D ――― → 0. 7.5137587696202531646 ⋅ μ simplify nOxiSobra → 22.452 ⎝ 453.255 ⋅ 493.simplify nOExceso ≔ 0.066107030430220357 2.145 molg nH2OEstequi ≔ 2.255 ⋅ μ Respuesta ⎞ ⎛ 1 2.817 K Conversion de temperatura 1000 ft 3 = 28316.83 ⋅ 2 ⋅ μ ――― → 1.082 ⋅ 699.145 = 1.145 ⎝ 22. (a) Calcule la composición molar de este gas en base húmeda y en base seca. así como la relación mol agua / mol de gas seco. 15% en masa de n – butano y el balance de agua.6911951 ⋅ μ BALANCE DE MATERIA 3 Calculo de Oxigeno Alimentado simplify ⎛ 21 ⎞ nOAlim ≔ 0.847 ⋅ ⎜―― ⎟ ⋅ ⎜――― ⎟ = 493.17 ⋅ 3 ⋅ μ ――― → 0.16 Un gas contiene 80% en masa de propano.8484 ⋅ ⎜―⎟ ⋅ D ――― → 2.7687587696202531646 ⋅ μ ⎝ 79 ⎠ 4 Calculo de Oxigeno exceso en base al estequimetrico simplify nOxiSobra ≔ nOAlim − nOEstequi ――― → 0.066%  lb de Agua Producida 2.817 ⎛ 1 ⎞ ⎛ 273 ⎞ 28316.77% ⋅ D ⋅ 100 ――― x100Cpasa ≔ ――――――― → 29.783%  % de Carbono que pasa a CO 29.4 ⎠ ⎝ 699.77% ⋅ D + 6.592 gm simplify nH2OEstequi ≔ nOMet + nOEtano ――― → 2. (b) si se van a quemar 100 kg / h de este combustible con 30% de aire en exceso.847 ―――――= 493.817 ⎠ Calculamos moles de Agua producida por Para el Metano simplify nH2OMet ≔ 0.76% ⋅ D 5 Masa de Vapor para 1000pies3 T ≔ 800 °F = 699.145 ⋅ ⎜――― ⎟ = 2.51 ⋅ μ Agua Estequimetrico μ para este caso toma 493.454 0.112 ⋅ 10 3 1 lb = 453.255 ⋅ 493. BALANCE DE MATERIA 1 Base de Calculo 100kg de gas 80 nPropano ≔ ― = 1.278 xAgua ≔ ――= 0.772 2.259 ⋅ ― = 1.355 relación mol agua / mol de gas seco nAgua ――= 0.818 xPropano ≔ ――= 0.82 13 nOButano ≔ 0.693 kgmol/h debido ese calculo se realiza en base al combustible disponible .11 2.118 2.818 44 15 nnButano ≔ ― = 0.302 ⎝ 21 ⎠ nAirTotal ≔ nAirEst ⋅ 1.481 ⎝ 21 ⎠ La reaccion procede sin alteracion se requiere igula 66.684 2 nOEstequi ≔ nOProp + nOButano = 10.194 ⋅ ― = 1.3 = 66.1247 2.194 58 Para el Propano Para el n-butano nOProp ≔ 1.09 13 nOButano ≔ 0.364 44 15 nnButano ≔ ― ⋅ 0.278 18 wPropano ≔ 80 wnButano ≔ 15 wAgua ≔ 5 Base Humeda 1.259 xnButano ≔ ――= 0.1338 nSeca 2 Base de Calculo 100kg de gas combustible segun la siguiente reaccion calculamos los moles de Oxigeno requerido Para el Propano Para el n-butano nOProp ≔ 1.077 nhumeda ≔ nPropano + nnButano + nAgua = 2.077 nSeca ≔ nPropano + nnButano = 2.75 = 0.774 Calculo de Aire Estequiometrico Calculo de Aire total al 30% de exceso ⎛ 100 ⎞ nAirEst ≔ nOEstequi ⋅ ⎜―― ⎟ = 51.75 = 1.261 2 nOEstequi ≔ nOProp + nOButano = 8.081 Calculo de Aire que se utiliza ⎛ 100 ⎞ nAirEst ≔ nOEstequi ⋅ ⎜―― ⎟ = 38.355 0.693 3 Base de Calculo 100kg de gas combustible si solo reacciona 75% 80 nPropano ≔ ― ⋅ 0.077 0.259 58 5 nAgua ≔ ― = 0.8753 2.259 xnButano ≔ ――= 0.818 xPropano ≔ ――= 0.355 0.355 Base Seca 1.364 ⋅ 5 = 6.818 ⋅ 5 = 9.