Solucion de Balance de Materia RODRIGO LONDOÑO GARCÍA

8/18/2019 Solucion de Balance de Materia RODRIGO LONDOÑO GARCÍA

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2.7.1 Considérese la reacción: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O. El reactor se carga con 30 gmol deNH3, 40 gmol de O2 y 10 gmol de H2O. Reaccionan 20 gmol de amoníaco. Determínense los gmolde cada una de las sustancias que salen del reactor.SOLUCION

Datos

Para que el ejercicio tenga coherencia en el libro gmol es lomismo que mol El reactivo limitante es el

amoniaco para este ejerciciopor lo cual se considera20gmol 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 Oxigenopara reacionar 4 mol de amocinaco

≔gmolO2 =⋅20 mol⎛

⎝

5 mol

4 mol

⎞

⎠25 mol

2 Calculamos El oxido nitroso producido por 20mol de amonicaco

≔gmolNO =⋅20 mol⎛

⎝

4 mol

4 mol

⎞

⎠20 mol

3 Calculamos la cantidad de agua producida por 20mol de amonicaco

≔gmolH2O =⋅20 mol⎛

⎝

6 mol

4 mol

⎞

⎠30 mol

4 Calculamos la cantidad oxigeno que sale del reactor ya que este es unreactivo en exceso

≔gmolO2SALE =−nmolO2 gmolO2 15 mol

5 Calculamos la cantidad agua que sale del reactor ya que este es unreactivo qeu se alimenta junto al amoniaco en medio acuoso

≔gmolH2OSALE =+gmolH2O nmolH2O 60 mol

6 Calculamos la cantidad amoniaco que sale debido que solo 20molreaccionan

≔gmolNH3SALE =−nmolNH3 20 mol 10 mol

Respuesta

oxigeno 15mol Amonicaco 20molagua 60molNitroso 20mol

2.7.2 En el proceso Deacon, para la fabricación del cloro, HCl y O2 reaccionan para formar Cl2 y H2O. Sealimenta con suficiente aire (79% en mol de N2 y 21% de O2) para proporcionar 25% de oxígeno enexceso. Calcúlense las fracciones molares de los componentes del flujo de productos. La conversiónfraccionaria del HCl es del 70%.SOLUCION

El proceso de Deacon produccion de Cloro segun la reaccion Como base de Calculo utilizaremos 100mol de HCl

4 HCl + O2 → 2 H2O + 2 Cl2

BALANCE DE MATERIA


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100 mol de HCl ConversionFraccionaria de 70%

De manera similar al ejercicio anteriorcalcularemos todos los componentesnecesarios

eso quiere decir que soloreacciona 70 mol de HCl

25% de oxígeno en exceso

1 Calculo de Oxigeno Estequimetrico segun la reaccion quimica para 70 molde HCl

≔nO Est =100 mol⎛

⎝ ――1 mol

4 mol

⎞

⎠25 mol 8 Moles de HCl que no reacciona

2 Calculo de Oxigeno que reacciona para 100 mol HCl ≔nHCl =−100 mol 70 mol 30 mol≔nOTotal =⋅nO Est 1.25 31.25 mol

3 Calculo de Oxigeno que reacciona para 70 mol de HCl

≔nO Reac =⋅70 mol⎛

⎝

1 mol

4 mol

⎞

⎠17.5 mol

4 Calculo de Oxigeno exceso que sale del reactor

≔nO Exeso =−nOTotal nO Reac 13.75 mol

5 Calculo de Nitrogeno Alimentado que es lo mismo a la salida ya que este no reacciona

≔nN Total =⋅nOTotal⎛

⎝

79

21

⎞

⎠117.56 mol

6 Calculo de Cloro producido para 70 mol de HCl ya que solo reacciona 70 de 100 segun la proposicion delproblema

≔nCl Prod =⋅70 mol⎛

⎝ ――2 mol

4 mol

⎞

⎠35 mol

7 Calculo de Agua producido

≔nH2O Prod =⋅70 mol⎛

⎝ ――2 mol

4 mol

⎞

⎠35 mol

8 Moles de HCl que no reacciona

≔nHCl =−100 mol 70 mol 30 mol

9 Moles total a la Salida del reactor

≔nTotalSalida =++++nO Exeso nN Total nCl Prod nH2O Prod nHCl 231.31 mol

10 % de Moles total a la Salida del reactor

≔xH2O = ―――nCl Prod

nTotalSalida0.1513 ≔xO2 = ―――

nO Exeso

nTotalSalida0.0594 ≔xHCl = ―――

nHCl

nTotalSalida0.1297

≔xCl =nH2O Prod

nTotalSalida0.15131 ≔xN2 =

nN Total

nTotalSalida0.5082

Respuesta 0.1513 H2O, 0.1513 Cl2, 0.0594 O2, 0.5082 N2 y 0.1297 HCl

BALANCE DE MATERIA


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2.7.3 La reacción entre el etileno y el bromuro de hidrógeno se efectúa en un reactor continuo. El flujo deproductos se analiza, y se encuentra que contiene 50% en mol de C2H5Br y 33,3% HBr. La alimentacióndel reactor contiene sólo etileno y bromuro de hidrógeno. Calcúlese la conversión fraccionaria delreactivo limitante y el porcentaje en el que el otro reactivo se encuentra en exceso.Reacción: C2H4 + HBr → C2H5Br.

SOLUCION

Los productos que contiene 50% en mol de C2H5Br y 33,3% HBr asumimos que todos deben sumar 100%eso quiere decir que un 16.77% es de C2H4 Ademas el problema menciona la alimentacion contiene soloetileno y bromuro de hidrógeno

≔x Eteno γ Base de Calculo≔ A 100 mol

≔x HBr −1 γ

1 Realizamos un BM para el HBr

Alimentacion = Reaccionado+Exceso

Alimentacion=(1- )A γLos moles Reaccionados es lo mismo que los moles producidos de C2H5Br =0.5BExceso=0.333B

(1- )A=0.50B+0.333B=0.833B .........................................(1) γ

2 Realizamos un BM para el C2H4

Entrada= γAReaccionado=0.5B

Salida=0.1766B

A=0.50B+0.1677=0.6677B .............................................(2) γ

3 para Simplificar B divido las ecuacion 1 entre 2 por lo tanto solo quedaria con A y γ

=0.833

0.6677

1.2476 ≔ γ =1

+1 1.2476

0.4449

Por lo tanto

4 Eteno alimentado y Acido Alimentado

≔mol Eteno =⋅ γ A 44.492 mol

≔mol HBr =⋅−1 γ A 55.508 mol

5 De la ecuacion 2 se determina Moles de B

≔ B = ――

⋅ γ A

0.6677 66.635 mol

6 Mol de Eteno exceso

≔mol EtenoExceso =⋅0.1677 B 11.175 mol

BALANCE DE MATERIA


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7 Mol de Eteno reaccionado debido a que no todo que se alimenta reaccion la cantidad reaccionada sesaca del bromuro de Etilo producido a la salida

≔mol EtenoRx =⋅0.5 B 33.317 mol

Conversión en una sola etapa = (ERR – SRR) / ERRERR: Entrada de reactivos al reactor.SRR: Salida de reactivos del reactor.

≔Conversion =−mol Eteno mol EtenoExceso

mol Eteno0.7488

Reactivos en exceso: Un reactivo es limitante si está presente en menor cantidad que su proporciónestequiométrica con respecto a cualquier otro reactivo. Si hay presentes n moles de un reactivo enexceso y su proporción estequiométrica corresponde a nd, se define la fracción en exceso como(n – nd)/nd

≔mol Estequiometrico +mol EtenoRx mol EtenoExceso

≔ X100 Exceso =⋅ ――――――――mol EtenoExceso

+mol EtenoRx mol EtenoExceso100 25.1161

Respuesta f=0.7488, %Exceso=25.116%

2.7.4 La caliza es una mezcla de carbonatos de magnesio y calcio, además de material inerte. La cal seobtiene calcinando los carbonatos, esto es, calentando hasta retirar el CO2 de acuerdo a las reaccionesCaCO3 = CaO + CO2MgCO3 = MgO + CO2 Al calcinar caliza pura, consistente en carbonatos únicamente, se obtienen 44,8 lb de CO2 por cada 100 lb decaliza. ¿Cuál es la composición de la caliza?Respuesta: 90,23% CaCO3 y 9,77% MgCO3

PMCO2=44PMCaCO3=100

PMMgCO3=84.3

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 decada carbonato

2

De las Ecuaciones 1 y 2

≔n A 0.9023

≔n B =− ―44.8

44n A 0.1159

≔x100CaCO3 =⋅ ――⋅100 n A

100100 90.23 ≔x100MgCO3 =⋅ ――

⋅84.3 n B

100100 9.769

Respuesta CaCO3 ,90.23% , MgCO3 ,9.769%

BALANCE DE MATERIA


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2.7.8 Una tonelada de una caliza impura, cuya composición es 96% en masa de CaCO3 y 4% de materiainerte, reacciona con una solución de ácido sulfúrico al 80% en masa. Todo el CO2 generado es expulsado

junto con parte del agua. El análisis de la masa final en porcentaje másico es: 86,54% de CaSO4; 3,11% deCaCO3; 1,35% de H2SO4; 6,23% de H2O y 2,77% de inertes. Calcúlese:a) Masa de CaSO4 producido.b) Masa de solución ácida alimentada.c) Masa de gases expulsados.d) Composición, en porcentaje másico, de los gases expulsados.SOLUCION

Datos

Caliza de 96%1000 kg Caliza Acido de 80%

≔ A 1000 kgB= η Se trbajara en molKg

CaSO4 0.8654 η

CaCO3 0.0311 η

H2SO4 0.0135 η

H2O 0.0623 ηInertes 0.0277 η1 Calculamos los moles de Carbonato de calcio

≔wCaCO3 =⋅ A %96 960 kg ≔nCaCO3 =wCaCO3

100 ―kg

mol

9.6 mol

2 BM para el Calcio entrada = reaccionado + Exceso considerando B= kgη

Entrada= nCaCO3Reaccionado=nCaRx

Exceso= nCaExc= + ............................................(1)nCaCO3 nCaRx nCaExc

≔nCaRx ――0.8654 η

136≔nCaExc ――

0.0311 η

100

≔nCaTotal ―― →+nCaRx nCaExcsimplify

⋅0.0066742352941176470588 η =+ ――0.8654

136 ――0.0311

1000.0066742

3 Igualando en la Ecuacion 1 Obtenemos el peso de B

≔η = ―――――nCaCO3

0.0066742 ―mol

kg

1438.3746 kg

4 Determinacion de sulfato de Calcio ya que es el 86.54% de B

≔wCaSO4 =⋅η %86.54 1244.769 kg

4 Determinacion de peso del acido sulfurico=Reaccionado + exceso

Reaccionado=moles de acido*peso molecular (98 es el peso molecular del acido)⋅ ――0.8654 η

13698

Exceso=0.0135 ηEl 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≔w H2SO4 =+⋅ ――

0.8654 η

13698 0.0135 η 916.384 kg

BALANCE DE MATERIA


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≔wSolucionAcida =⋅w H2SO4 ―100

801145.4803 kg

4 Determinacion de masa de gases explulsados se refiere al CO2 y parte H2O se toma basede calculo moles de sulfato de Calcio que por estequiometria es lo mismo que el de CO2

≔wCO2 =⋅ ――

0.8654 η

136 44 402.72 kg

≔w H2OProd =⋅ ――0.8654 η

13618 164.749 kg

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 - Agua exceso

≔w H20Acid =⋅wSolucionAcida %20 229.096 kg

≔wVapor =−+w H20Acid w H2OProd 0.0623 η 304.234 kg

Masa de los gases = masa del CO2 masa de vapor

≔wGases =+wCO2 wVapor 706.954 kg

≔xVapor =⋅wVapor

wGases100 43.035 ≔xCO2 =⋅

wCO2

wGases100 56.965

Respuesta

a) Masa de CaSO4 producido. =η 1438.3746 kgb) Masa de solución ácida alimentada. =wSolucionAcida 1145.48 kg

c) Masa de gases expulsados. =wGases 706.954 kgd) Composición, en porcentaje másico, de los gases expulsados. 43.035% de H2O y 56.65% de CO2

2.7.11 Un horno que opera en régimen permanente quema 1 millón de pies cúbicos estándar por día de gasnatural proveniente de Nuevo México, con 23 millones de pies cúbicos estándar por día de aire. Los únicoscompuestos perceptibles en el gas de combustión son CO2, H2O, O2 y N2. La composición del gas naturalen porcentaje molar es: 96,91% metano, 1,33% etano, 0,19% propano, 0,05% butano, 0,02% pentano,0,82% dióxido de carbono y 0,68% nitrógeno. ¿Cuál es la relación de flujo (kg mol/h) y la composición (%molar) del gas de combustión?Solucion

Para trabajar por hora dividimos 1 dia entre 24 =⋅12 0.0254 m3

28.317 L

convirtiendo ft a litros combustible convirtiendo ft a aire

≔ A = ――1000000

24 ft 3 ⋅1.18 106 L ≔ B = ――

⋅23 106

24 ft 3 ⋅2.714 107 L

BALANCE DE MATERIA


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1 Calculamos los moles de gas se sabes que encondiciones Normales un gas 0°C y 1atm

Combustible ≔molGas 22.4 L Aire

≔ MolA = A 1 mol

22.4 L⋅5.267 104 mol ≔ MolB =⋅ B

1 mol

22.4 L⋅1.211 106 mol

2 Determinacion de moles de gases segun sucomposicion

≔ MetanoMol =⋅ MolA %96.91 ⋅5.105 104 mol ≔OxigenoMol =⋅ MolB 0.21 ⋅2.544 105 mol

≔ EtanoMol =⋅ MolA %1.33 700.547 mol ≔ NitroMol =⋅ MolB 0.79 ⋅9.571 105 mol

≔ PropanoMol =⋅ MolA %0.19 100.078 mol

≔ ButanoMol =⋅ MolA %0.05 26.336 mol

≔ PentanoMol =⋅ MolA %0.02 10.535 mol

≔ DioxidoCarbMol =⋅ MolA %0.82 431.916 mol

≔ NitrogenoAlimMol =⋅ MolA %0.68 358.174 mol

3 Determinacion de moles de oxigeno teorico consumido segun la reaccion Quimica

≔OConsumido ++++⋅ MetanoMol 2 ⋅ EtanoMol 3.5 ⋅ PropanoMol 5 ⋅ ButanoMol 6.5 ⋅ PentanoMol 8

=OConsumido ⋅1.053 105

mol4 Determinacion de moles de oxigeno exceso

≔Oexceso =−OxigenoMol OConsumido ⋅1.491 105 mol

5 Determinacion de moles de Dioxido de Carbono Producido

≔ DioxProd ++++⋅ MetanoMol 1 ⋅ EtanoMol 2 ⋅ PropanoMol 3 ⋅ ButanoMol 4 ⋅ PentanoMol 5

= DioxProd ⋅5.29 104 mol6 Determinacion de moles de Agua producido

≔ AguaProd ++++⋅ MetanoMol 2 ⋅ EtanoMol 3 ⋅ PropanoMol 4 ⋅ ButanoMol 5 ⋅ PentanoMol 6

= AguaProd ⋅1.048 105 mol6 determiancion de moles de Gas producido a la salida

≔Salida =+++ AguaProd DioxProd Oexceso NitroMol 1263865.7718 mol 1263.866 kgmol

≔CO2 =⋅ ――― DioxProd

Salida100 4.186 ≔ N2 =⋅ ―――

NitroMol

Salida100 75.725

≔ H2O =⋅ AguaProd

Salida100 8.291 ≔O2 =⋅

Oexceso

Salida100 11.798

Respuesta

a) Moles de GAS producido. 1263.866 kgmolb) % de cada componente. CO2, 8.291% H2O, 75.725% de N2, 11.798% de O2%4.186

BALANCE DE MATERIA


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2.7.13 un horno de fundición se alimenta un carbón de la siguiente composición en peso: 76% C, 4,9% H,7,8%O, 1,7% N, 1,2% S, 1,5% H2O y 6,9% impurezas.Si se suministra aire en un 30% en exceso, calcúlese: (a) Los kilogramos de aire suministrado por kilogramode carbón alimentado, (b) El volumen a condiciones normales de aire suministrado porkilogramo de carbón alimentado, (c) La masa molecular media de los productos de combustiónSolucion

≔ F 1 kg

1 Determinacion de Componentes en la alimentacion para 1kg de Carbon

≔C =⋅ F %76 760 gm

≔ H =⋅ F %4.9 49 gm≔O =⋅ F %7.8 78 gm≔ N =⋅ F %1.7 17 gm

≔S =⋅ F %1.2 12 gm≔Water =⋅ F %1.5 15 gm

≔ Impureza =⋅ F %6.9 69 gm

2 Determinacion de Moles de cada componente 3 Determinacion de Moles Oxigeno paraRX

≔ MolC =⋅C 1 mol

12 gm63.333 mol ≔OReq1Carbon = MolC 63.333 mol

≔ MolH2 =⋅ H 1 mol

2 gm24.5 mol ≔OReq2Hidro =

MolH2

212.25 mol

≔ MolN =⋅ N ――1 mol

14 gm1.214 mol ≔OReq3No = MolN 1.214 mol

4 Determinacion de Moles Oxigeno total para la RX

≔OTotal =++OReq1Carbon OReq2Hidro OReq3No 76.798 mol5 Determinacion de moles de aire requerido

9 Determinacion de moles a la salidade gases≔ AirRequerido =⋅OTotal

100

21

365.703 mol

6 Determinacion de masa molar de aire requerido ≔molCO2 = MolC 63.333 mol

≔ MolH2O = MolH2 24.5 mol7 Determinacion de moles de aire a un 30% enexceso ≔ MolNO2 = MolN 1.214 mol

≔ MolAir =⋅ AirRequerido 1.3 475.414 mol

≔ Mair =+⋅0.21 32 gm ⋅0.79 28 gm 28.84 gm

8 Determinacion de masa del aire alimentacion ≔ MolO2Exceso =⋅OTotal 0.3 23.039 mol

≔wair =⋅ AirRequerido 28.84 gm

1 mol10.547 kg ≔ MolN2air =⋅ MolAir 0.79 375.577 mol

≔wAlim =⋅wair 1.3 13.711 kg10 Determinacion moles totales a la salida

BALANCE DE MATERIA


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≔ MolTotal ++++molCO2 MolH2O MolNO2 MolO2Exceso MolN2air

= MolTotal 487.664 mol

11 Determinacion fraciones de moles a la salida

≔x100CO2 = ―――

molCO2

MolTotal 0.13 ≔x100H20 ―――

MolH2O

MolTotal ≔x100NO2 ―――

MolNO2

MolTotal

≔x100O2 = ――― MolN

MolTotal0.002 ≔x100N2 = ―――

MolN2air

MolTotal0.77

12 Determinacion Masa molar del gas y volumen considerando 1 mol = 22.4L a CN

≔ Mgas ++++⋅x100CO2 44 mol ⋅x100H20 18 mol ⋅x100NO2 46 mol ⋅x100O2 32 mol ⋅x100N2 28 mol

= Mgas 28.377 mol ≔Volgas =⋅ MolAir 22.4 L

1 mol

10.649 m 3

Respuesta

a) Masa de aire almimentado =wAlim 13.711 kg

b) Volumen de Aire =Volgas 10.649 m 3

c) Masa molar del productos de Combustion = Mgas 28.377 mol

2.7.7 Se produce etanol a nivel comercial mediante la hidratación de etileno:C2H4+ H2O = C2H5OHParte del producto se convierte a éter dietílico mediante la reacción lateral2 C2H5OH = (C2H5)2 O + H2O

La alimentación a un reactor contiene 53,7% molar de C2H4, 36,7% de H2O y el resto de inertes. Seobtiene una conversión de etileno de 5%. El 10% del etanol producido participa en la reacción lateral.Calcúlese la composición molar de la corriente de salida del reactor y la selectividad de la producción deetanol respecto a la producción de éter.Respuestas: 52,42% etileno, 2,48% etanol, 0,14% éter dietílico, 35,09% agua y 9,86% inertes; 18 g moletanol / g mol éter.

Datosconversion 5% de etileno10% de etanol Producido

vuelve en la Rx lateralBase Calculo A=100

A ≔ A 100

1 Moles de Etileno Reaccionado

≔n EtilenRx ― →⋅⋅0.537 %5 A fully

2.685 ≔n AguaRx1 ― →⋅⋅0.537 %5 A fully

2.685

2 Moles de Etileno a la Salida

≔n EtilenoSalida ―― →−⋅0.537 A ⋅⋅ A 0.537 %5simplify

51.015

3 Moles de alcohol producido a la primera raccion

≔n Etanol ― →⋅⋅0.537 %5 A fully

2.685 =−2.685 0.2685 2.417

4 Moles de alcohol que reaccina 2da reaccion

BALANCE DE MATERIA


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≔n EtanolRX2 ― →⋅⋅0.537 %5 A %10 fully

0.2685

5 Moles de eter producido es la mitad de moles deetanol Reaccionado por la estequimetria

≔n Eter ― → ―――

n EtanolRX2

2

fully

0.13425

6 Moles de agua producido en la 2da reaccion

≔n AguaRx2 ― → ―――n EtanolRX2

2

fully0.13425

7 Moles de agua Total =Alimentacio+H2O producido-Reaccionado

≔n AguaSal ―― →−+⋅0.367 A n AguaRx2 n AguaRx1simplify

34.14925

=−0.3683425 0.02685 0.3418 Inertes=0.096A

≔n Inerte ― →⋅%9.6 A fully

9.6=⋅n Etanol %10 0.269

BASE DE CALCULO

≔nTotal =++++n Eter n EtilenoSalida −n Etanol n EtanolRX2 n AguaSal n Inerte 97.315

=+0.46837 0.4833 0.9517

≔ X100n Eter =⋅

n Eter

nTotal 100 0.138

≔ X100n EtilenoSalida =⋅ ―――n EtilenoSalida

nTotal100 52.423

≔ X100n EtanolSAL =⋅ ―――――−n Etanol n EtanolRX2

nTotal100 2.483

≔ X100n AguaSal =⋅ ――n AguaSal

nTotal100 35.091

≔ X100n Inerte =⋅ ――n InertenTotal

100 9.865

selectividad mol de producto deseado/mol producto no desead

≔Selecti = ―――――−n Etanol n EtanolRX2

n Eter18

Respuesta% Etileno, % Etanol, Agua % Inertes52.423 2.483 %35.091 9.865

18gmol/gmol de etes

2.7.17 Se mezcla C puro con aire. Los gases de combustión contienen CO, CO2, N2 y O2 en lassiguientes relaciones molares: moles de N2/mol de O2 = 7,18 y moles de CO/mol CO2 = 2. Calcúlese elporcentaje de exceso de aire utilizado.

BALANCE DE MATERIA


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DATOSmol CO =2xMol CO2=xMol N2=7.18yMol O2=y

1 Balance de Carbono C=3x que hace equivalente a n1 ya que escarbono puro

≔n1 ⋅3 x 1

2 Balance de Nitrogeno Molecular N2=7.18yDebido que el nitrogeno no reacciona n2=7.18y*(100/79)

≔n2 ―― →⋅⋅7.18 y ⎛⎝ ―100

79⎞⎠

simplify⋅9.0886075949367088608 y 2

3 Balance de Oxigeno atomico en el aire contiene 2 atomos de oxigeno en el CO 1 y enel CO2 2 atomos0.21n2*(2)=2x+2x+2y

≔n2 ―― →+⋅4 x ⋅2 y

⋅2 0.21

simplify+⋅9.5238095238095238095 x ⋅4.7619047619047619048 y 3

3 Reemplazando 2 n 3

≔y +⋅9.5238095238095238095 x ⋅4.7619047619047619048 y

9.0886075949367088608

=−9.0886075949367088608 4.7619047619047619048 4.327

= ―――――――4.327

9.52380952380952380950.45434 =0.45434 −1 2.20099

≔x 0.45434 y 4 ≔y 2.20099 x 5

4 Reemplazando 4 y 5 en 2

=⋅9.0886075949367088608 2.20099 20.004

≔n2 20.004 x

Reaccion IdealC+ O2 = CO2

5 Segun la reaccion ideal del diagrama se requiere los mismo moles de oxigenoestequimetrico que los moles de carbono

≔nOestequi ⋅3 x

6 Segun la aire estequimetrico n =14.286x

≔naireestequi =⋅3⎛

⎝

100

21

⎞

⎠14.286

7 segun 2 el aire alimentado 20.004x

BALANCE DE MATERIA


12/14

8 aire exceso alimentado - estequimetrico

=−20.004 14.286 5.7189 % aire exceso alimentado exceso/estequimetrico

=⋅5.718

14.286100 40.025

Respuesta40.025% de exceso

2.7.18 Un gas natural contiene 83% molar de metano y 17% molar de etano. El gas se quemacon unexceso de aire seco y se producen unos gases con el siguiente análisis Orsat: 6,76% CO2, 2,77% CO,5,63% O2 y 84,84% N2. Calcúlese: (a) Porcentaje de exceso de aire suministrado (b) Porcentaje decarbono que pasa a CO (c) Masa de vapor de agua por cada 1000 pie3 de gas de combustión medidos a800° F y 1 atm

Datos

CO2 6,76%CO 2,77%O2 5,63%N2 84,84%

BM para el carbono a la salida=entrada de carbono

≔nCSalida =+0.0676 0.0277 0.0953

A= μ

≔nCSEntrada =+0.83 ⋅2 0.17 1.17

Por lo tanto la equivalenciaentra A y D

= ――1.17

0.095312.277 ≔ D ⋅12.277 μ 1

=12.277−1 0.08145

1 Calculo de Oxigeno Estequimetrico

Para el Metano

≔nOMet ―― →⋅⋅0.83 2 μsimplify

⋅1.66 μ

Para el Etano

≔nOEtano ―― →⋅⋅0.17 3.5 μsimplify

⋅0.595 μ

Oxigeno Estequimetrico

≔nOEstequi ―― →+nOMet nOEtanosimplify

⋅2.255 μ

2 Calculo de Oxigeno Exceso

≔nOExceso ―― →⋅0.0563 Dsimplify

⋅0.6911951 μ

BALANCE DE MATERIA


13/14

3 Calculo de Oxigeno Alimentado

≔nOAlim ―― →⋅⋅0.8484⎛

⎝ ―21

79

⎞

⎠ D

simplify⋅2.7687587696202531646 μ

4 Calculo de Oxigeno exceso en base al estequimetrico

≔nOxiSobra ―― →−nOAlim nOEstequisimplify

⋅0.5137587696202531646 μ

―― →⋅ ――nOxiSobra

nOEstequi100

simplify22.783093996463554971

5 % de carbono que pasa a CO = mol Carbono CO2/ mol Carbono total *100

≔x100Cpasa ―― →⋅ ――――――⋅%2.77 D

+⋅%2.77 D ⋅%6.76 D100

simplify29.066107030430220357

5 Masa de Vapor para 1000pies3

≔T =800 °F 699.817 K Conversion de temperatura

=1000 ft 3 28316.847 L Conversion de Volumen

Calculamos numero de Moles con PV=RTn

=28316.847

⋅0.082 699.817493.454 =⋅⋅28316.847

⎛

⎝

1

22.4

⎞

⎠

⎛

⎝

273

699.817

⎞

⎠493.145

Calculamos moles de Agua producida porPara el Metano

≔n H2OMet ―― →⋅⋅0.83 2 μsimplify

⋅1.66 μ

Para el Etano

≔n H2OEtano ―― →⋅⋅0.17 3 μsimplify

⋅0.51 μ

Agua Estequimetrico

≔n H2OEstequi ―― →+nOMet nOEtanosimplify

⋅2.255 μ

para este caso toma μ

493.145 molg

≔n H2OEstequi =⋅2.255 493.145 ⋅1.112 103

=⋅⋅2.255 493.145⎛

⎝ ――

1

453.592

⎞

⎠2.452

=1 lb 453.592 gm

Respuesta

% de exceso aire 22.783%% de Carbono que pasa a CO 29.066%lb de Agua Producida 2.452lb

2. 7.16 Un gas contiene 80% en masa de propano, 15% en masa de n – butano y el balance de agua. (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; (b) si se van a quemar 100 kg / h de este combustible con 30% de aire en exceso, ¿quévelocidad de alimentación de aire se requiere (kg mol / h)? ¿Cómo cambiaría su respuesta si la combustiónsolo se completara en un 75%?Solucion

BALANCE DE MATERIA


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1 Base de Calculo 100kg de gas Base Humeda Base Seca

≔x Propano = ―1.818

2.0770.8753≔w Propano 80 ≔n Propano = ―

80

441.818 ≔x Propano = ―

1.818

2.3550.772

≔xnButano = ―0.259

2.0770.1247≔wnButano 15 ≔nnButano =

15

580.259 ≔xnButano = ―

0.259

2.3550.11

≔w Agua 5 ≔n Agua =

5

18 0.278 ≔x Agua = ―

0.278

2.355 0.118

≔nSeca =+n Propano nnButano 2.077

≔nhumeda =++n Propano nnButano n Agua 2.355

relación mol agua / mol de gas seco = ―n Agua

nSeca0.1338

2 Base de Calculo 100kg de gas combustiblesegun la siguiente reaccion calculamos los moles de Oxigeno requerido

Para el Propano

≔nOProp =⋅1.818 5 9.09

Para el n-butano

≔nOButano =⋅0.259 13

21.684

≔nOEstequi =+nOProp nOButano 10.774

Calculo de Aire Estequiometrico Calculo de Aire total al 30% de exceso

≔n AirEst =⋅nOEstequi⎛

⎝ ―100

21

⎞

⎠51.302 ≔n AirTotal =⋅n AirEst 1.3 66.693

3 Base de Calculo 100kg de gas combustible si solo reacciona 75%

≔n Propano =⋅80

440.75 1.364

≔nnButano =⋅ ―15

580.75 0.194

Para el Propano Para el n-butano

≔nOProp =⋅1.364 5 6.82 ≔nOButano =⋅0.194 13

21.261

≔nOEstequi =+nOProp nOButano 8.081

Calculo de Aire que se utiliza

≔n AirEst =⋅nOEstequi⎛

⎝

100

21

⎞

⎠38.481

La reaccion procede sin alteracion se requiere igula 66.693 kgmol/h debido ese

calculo se realiza en base al combustible disponible

BALANCE DE MATERIA

Solucion de Balance de Materia RODRIGO LONDOÑO GARCÍA

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