Ejercicio Balance Etilbenceno

8/10/2019 Ejercicio Balance Etilbenceno

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PROCESO COMERCIAL DEL ETILBENCENO

INGENIERA AMBIENTAL

MATERIA: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

PROF.: CARLOS TORRES

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

PARA EL PROCESO COMERCIAL DEL ETILBENCENO

JESEE HUERTAS 1650211ISAMAR AMAYA 1650219

LUZDARY GONZALEZ 1650075

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL AMBIENTE

INGENIERIA AMBIENTAL2014

Problema


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INGENIERA AMBIENTAL



El etilbenceno se transforma en estireno en la reaccin de deshidrogenacion cataltica

C8H10 C8H8+ H2 H Reac = 124.5 KJ/ mol (600C)

A continuacin se muestra el diagrama de flujo de una versin simplificada del proceso comercial:

EB = etilbenceno

S= estireno

Se combina etilbenceno liquido fresco y recirculado y se calienta de 25 C a 500 C (1), y eletilbenceno calentado se mezcla en forma adiabatica con vapor a 700 C (2) para producir la

alimentacion al reactor a 600 C . ( el vapor suprime las reacciones secundarias indeseables y

retira el carbon depositado sobre la superficie del catalizador ). En el reactor se logra una

conversion en un paso de 35% (3) y los productos emergen a 560 C, la corriente del producto seenfria a 25C (4) , condensando casi toda el agua, el etilbenceno y el estireno, y permitiendo que el

hidrogeno salga como subproducto recuperable del proceso.


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El agua y los hidrocarburos liquidos son inmiscibles y se separan en el tanque de decantacion (5)el agua se evaporiza y se calienta (6) para producir el vapor que se mescla con la alimentacion de

etilbenceno al reactor. La corriente de hidrocarburos que sale del decantador se alimenta a unatorre de destilacion (7), donde se separa la mezcla en estireno casi puro y etilbenceno, ambos a 25

C despues de los pasos de enfriamiento y condensacion. El etilbenceno se recircula alprecalentador del reactor y el estireno se retira como producto.

a. Calcule, basndose en 100 kg/h de estireno producidos, la velocidad requerida de

alimentacin del etilbenceno fresco, la velocidad del flujo del etilbenceno recirculado y lavelocidad de circulacin del agua, todas en mol/h . (suponga que la P= 1atm).

b. Calcule las velocidades requeridas de alimentacin o eliminacin del calor en KJ/h para el

precalentador del etilbenceno (1), el generador de vapor (6) y el reactor (3).

Datos generales

SUSTANCIA Cp (Liquido)J/mol. C

VKJ/mol 136C

Cp (vapor)J/mol. C

iKJ/Kg

vKJ/Kg

C8H10 182 36 118+0.30T ------ ------

C8H8 209 37.1 115+0.27T ------ ------H2O ------ -3.9 ------ 104.15 3298

C8H10 = Etilbenceno

C8H8= Estireno

Solucin

C8H10 C8H8 + H2 H Reac = 124.5 KJ/ mol (600C)

Base: 100 Kg/h C8H8 producidos

Velocidad de

alimento de

etilbenceno fresco

(1).


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560 C

960.15 mol/h C8H8960.15 mol/h H2n5 mol/h C8H10

n4 mol/h H2o

n3 mol/h C8H10

n4 mol/h H2o (v)

Balance del reactor

Entra = sale

Balance de estireno (S)

La conversin del etilbenceno (EB) en estireno (S) en el reactor es de 35%-----0.35

n3 mol (EB) * 0.35 mol (S) = 960.15 mol (S)

n3 =

La velocidad del flujo proveniente del reciclo (A) =

2743.28 mol EB 960.15mol = 1783.13 mol EB / h

BALANCE EN EL PUNTO DE MEZCLA


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Balance de energa

HEB = n EB* EB+ n4 (H2o)*H2O

EB =

H2O(P= 1atm)= -3.9 KJ/ mol (tabla)

2743.28 mol EB/h * 28.3 KJ/hEB+ n4 (H2O)* (-3.9 KJ/h)H2O= 0

n4 (H2O) =

(B) velocidades requeridas de alimentacin de calor en:

Precalentador de etilbenceno (1)

2743.28 mol / h

C8H10n4 mol / h H2o

2743.28 mol / h

C8H10

La velocidad de circulacin del

agua (1)


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Q1=nEB* EB

EB=

+ VEB+

EB=

+ 36 +

EB= (20.202 + 36 + 77.67) KJ/mol

EB= 133.872 KJ/mol

Q1 =

* 133.

367248.38 KJ/h

Generador de calor (6)

Velocidad requerida por

el precalentador


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Q6 = nH2O* H2O

H2O = v i (tabla)

H2O= (3928 -104.8) KJ/Kg = 3823.2 KJ/Kg

Q6 =

Q6 = 1369883 KJ/h

Reactor (3)

Temperatura de referencia 600C para los compuestos presentes en el reactor:

Velocidad requerida en el

generador de calor


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EB (C8H10)V, S (C8H8)V, Hidrogeno ( H2(g) y agua (H2O)V

Temperatura de salida (560C)

EB=

EB = -11.68 KJ/ mol

s =

s = -10.864 KJ/ mol

SUSTANCIAENTRADA (600C) SALIDA (560 C)

n (mol/h) (KJ/mol) n (KJ/mol) (KJ/mol)C8H10 2743.28 0 1783.13 -11.68C8H8 ------- 0 960.15 -10.864


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H2O 19906 ------ 19906 -1.56 (tabla)H2 ------- -------- 960.15 -1.19 (tabla)

Q1 = E+ rxn + s E = 0 (Tref Te)

rxn = ns * Hreacc (600C) =

s = [(nEB * EB) + (ns * s) + (nH2O * H2O) + (nH2 * H2)] (

)

s = [(1783.13 * (-11.68)) + (960.15 * (-10.864)) + (19906) * (- 1.56) + (960.15) * (-1.19))] KJ/h

s = -63453.9665 KJ/h

Q3=

Q3= 56084.7085 KJ/h

EJERCICIO DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

Velocidad requerida en el reactor


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ISAMAR AMAYA MORA 1650219JESEE HUERTAS BASABE 1650211

LUZDARY GONZALEZ RODRIGUEZ1650075

Presentado a:

PROF. CARLOS TORRES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

INGENIERIA AMBIENTAL

SAN JOSE DE CUCUTA2014

INTRODUCCION

El balance de materia es un mtodo matemtico utilizado principalmente en Ingeniera Qumica.

Se basa en la ley de conservacin de la materia (la materia ni se crea ni se destruye, solo se

transforma), que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante

(excluyendo, las reacciones nucleares o atmicas en las que la materia se transforma en energasegn la ecuacin deEinstein E=mc2, y la materia cuyavelocidad se aproxima a lavelocidad de la

luz). Los balances de materia pueden ser integrales o diferenciales. El balance integral se enfoca en

el comportamiento global del sistema, mientras que el diferencial lo hace en los mecanismosdentro del sistema (los cuales, a su vez, afectan al comportamiento global). En los casos ms
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simples, el interior del sistema se considera homogneo (perfectamente mezclado). Para poderhacer un balance integral de materia, primero se deben identificar los lmites del sistema, es decir,

cmo el sistema est conectado al resto del mundo y cmo el resto del mundo afecta al sistema.

Los balances de materia y energa (BMyE) son una de las herramientas ms importantes con lasque cuenta la ingeniera de procesos y se utilizan para contabilizar los flujos de materia y energa

entre un determinado proceso industrial y los alrededores o entre las distintas operaciones que lo

integran. Por tanto, en la realizacin del PFC, los BMyE nos permitirn conocer los caudales

msicosde todas las corrientes materiales que intervienen en el proceso, as como las necesidadesenergticasdel mismo, que en ltimo trmino se traducirn en los requerimientos de servicios

auxiliares, tales como vapor o refrigeracin.

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar habilidades para plantear y posteriormente solucionar ejercicios con balancessimultneos de materia y energa por parte de los estudiantes del curso.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Comprender la totalidad del ejercicio por parte del equipo expositor.

Encontrar un mtodo fcil y efectivo para explicar el ejercicio al resto de la clase, el cualpermita entenderlo.

Exponer la solucin del ejercicio a los compaeros de curso de una forma clara y detallada.


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MARCO TEORICO

Balance de materia

Un balance de materia no es otra cosa que un conteo del flujo y cambio de masa en elinventario de materiales de un sistema. La ecuacin que se muestra a continuacin describe con

palabras el principio del balance de materia aplicable a procesos con reaccin qumica y sin ella.Acumulacin = entrada salida generacin consumo

En la ecuacin los trminos de generacin y consumo se refieren a la ganancia o prdida mediantereaccin qumica. La acumulacin puede ser positiva o negativa.

En los casos en que no hay generacin de materia dentro del sistema la ecuacin se reduce a

Acumulacin = entrada salida

Cuando no hay acumulacin dentro del sistema se reduce a la siguiente ecuacin

Entrada = salida

Cuando no hay flujo que entre o salga del sistema, la ecuacin se reduce al concepto bsico de laconservacin de una especie de materia dentro de un sistema cerrado aislado

Acumulacin = generacin-consumo

Por sistema entendemos cualquier porcin arbitraria o completa de unproceso establecidoespecficamente por el ingeniero para el anlisis.


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La figura muestra un sistema en que tienen lugar un flujo y una reaccin; ntese en particular quela frontera (lmite) del sistema se establece formalmente alrededor del proceso mismo para llamarla atencin hacia la importancia que tiene delinear en forma cuidadosa el sistema de cadaproblema que se trabaje.

Un sistema abierto (o continuo) es aquel en que la materia se transfiere a travs de la frontera delsistema, esto es, entra al sistema, sale del sistema o ambas cosas.

Un sistema cerrado (o por lotes) es aquel en el que no se presenta dicha transferencia durante elintervalo de tiempo en cuestin. Es obvio que si se carga un reactor con reactivos y se sacan losproductos, y el reactor se considera como el sistema, el material se transfiere a travs del lmite delsistema. Sin embargo, se podra ignorar la transferencia, y fijar la atencin slo en el proceso de

reaccin que tiene nicamente despus de que se contempla la carga y antes de que los productosse retiren. Tal proceso se presentar dentro de un sistema cerrado.

Los balances de materia tambin pueden usarse en las decisiones de operacin de los gerentes dela planta que se presentan a cada momento ya diario. Si en un proceso hay uno o ms puntos enlo que resulte imposible o antieconmico reunir datos, entonces si se encuentran disponibles otrosdatos que sean suficientes, haciendo un balance de materia en el proceso es posible obtener lainformacin que sea necesaria acerca de las cantidades y composiciones en la posicin inaccesible.En la mayor parte de las plantas, se renen bastantes datos sobre las cantidades y composicionesde las materias primas, productos intermedios, desperdicios, productos y subproductos y que sonusados por los departamentos de produccin y de contabilidad, pudiendo integrarse en unaimagen reveladora de las operaciones de la compaa.

Balance de energa

Los cientficos no comenzaron a escribir balances de energa de sistemas fsicos hasta la segundamitad del siglo XIX. Antes de 1850 no estaban seguros de lo que era la energa o aun si eraimportante. Pero en la dcada de 1850 los conceptos de energa y balance de energa se formularoncon claridad. En la actualidad consideramos que el balance de energa es en fundamento unprincipio bsico por lo que inventamos nuevas clases de energa para asegurar que la ecuacin enverdad realice el balance. La ecuacin siguiente, es una generalizacin de los resultados denumerosos experimentos sobre casos especiales relativamente simples. La ecuacin es


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universalmente vlida ya que no se puede encontrar excepciones para ella en la prctica, teniendoen cuenta la precisin de las mediciones.

Es necesario recordar dos puntos importantes. Primero solo examinemos sistemas que sonhomogneos, sin carga y sin efectos superficiales, Con objeto de hacer el balance de energa lo mssencillo posible. Segundo, el balance de energa se desarrolla y aplica desde el punto de vistamacroscpico (Global alrededor del sistema) ms que desde un punto de vista microscpico o sea,un volumen elemental en el sistema).

El concepto del balance de energa macroscpico es similar al balance de materia macroscpico, esdecir,

Acumulacin = entrada salida generacin consumo

CONCLUSIONES


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Cuando los estudiantes se explican entre si la solucin de diferentes ejercicios se logra unamayor comprensin del tema, ya que ellos se sienten ms en confianza para preguntar ysolucionar sus dudas.

El equipo expositor puede encontrar un mtodo que permita a sus compaerosentender mejor los problemas pues conocen de cerca las dificultades que tiene con estos.

Solucionar los ejercicios de forma detallada facilita la comprensin del ejercicio pues la

persona que est intentando comprenderlo puede seguir el desarrollo paso a paso sinperderse ningn por menor.

http://es.wikipedia.org/wiki/Balance_de_materia
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