Ingeniería Industrial. Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN 1

Ingeniería Industrial

Ing. Miguel RAMIREZ GUZMAN

 En Régimen Estacionario • Recirculación

• Purga

• Derivación

 Sin Reacción Química

BALANCE DE MATERIA

En este tema nos ocuparemos de la Ley de Conservación de Materia.

Un balance de materia es el computo exacto de las materias que entran, salen, se acumulan, aparecen y desaparecen en una operación básica o en un proceso industrial.

INSUMOS PROCESO PRODUCTOS

Debemos partir de la ley de conservación de la masa o ley

de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier:

“ La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”

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Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas entran constantemente por un extremo del sistema, mientras el otro extremo se obtiene de forma continúa un producto terminado.

Un proceso discontinuo, por lotes o batch, es cuando se carga la materia prima en un equipo, llevar a cabo en el mismo las transformaciones deseadas y descarga a

continuación los productos resultantes.

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Representación esquemática de las operaciones, procesos y/o procedimientos que se llevan a cabo para la fabricación de un producto, en el que se indican intercambios de masa y

Proceso de Lavado

Planchado

Generador de vapor

Ropa limpia y planchada Agua tratada Combustible Energía eléctrica Detergentes Germicidas Suavizantes, etc. Energía eléctrica Emisiones a la atmósfera

Agua residual con materia orgánica Agua residual de enjuague Flujo de proceso Materias primas y servicios Residuos

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Para realizar los balances de materiales en un proceso es

necesario contar con algunas características de las corrientes que forman parte del proceso.

Algunas variables útiles para caracterizar una corriente de proceso son:

 Densidad y Volumen Específico  Flujo Másico o Volumétrico

Procedimiento

Ley de Conservación de la Materia

= Entrada por los límites del sistema Acumulación dentro del sistema Salida por los límites del sistema Generación dentro del sistema Consumo dentro del sistema - +

-Si no hay generación o consumo de materia dentro del sistema:

Acumulación = Entradas - Salidas

Si no existe acumulación o consumo de materia dentro del sistema, se dice que estamos en estado estacionario o

uniforme.

Entradas = Salidas

Si no existen flujos de entrada y salida, se reduce al concepto básico la conservación de la materia dentro de un sistema cerrado o aislado.

Para todo balance de materia debe definirse un sistema, se entiende por este a cualquier porción arbitraria o total de un proceso. Proceso A Proceso B Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 11

El Método General para Resolver Balances de Masa (BM) es Simple:

 Definir el sistema. Dibujar un diagrama de proceso o flowsheet.

 Indicar los límites del sistema, los flujos que entran y salen. Identificar los flujos con un número o una letra.  Colocar en el diagrama los datos disponibles.

 Observar cuales son las composiciones que se conocen, o que pueden calcularse fácilmente para cada corriente.

 Determinar las masas (pesos) que se conocen, o que

pueden definirse fácilmente, para cada corriente. Una de estas masas puede usarse como base de cálculo.

 Seleccionar una base de cálculo adecuada. Cada adición o sustracción deberá hacerse tomando el material sobre la misma base.

Una vez logrado lo anterior, se estará preparado para efectuar el número necesario de balances de materia.

 Un BM total.

 Un BM para cada componente presente.

Proceso BM(T)1 BM(T)2 BM(c)a BM(c)a BM(c)b BM(c)b 13

Tipos de Configuraciones de Flujo

1. Flujo con recirculación

Recirculación es retornar parte de los flujos de salida del proceso y mezclarlo con los de entrada.

 Recuperar energía

 Aumentar la calidad de un producto (logar que salga más concentrado en alguno de los componentes)

 Recuperar reactantes sin transformar Para: Proceso _Separador Mezclador Producto Alimentación fresca Alimentación total Recirculación

2. Flujo con purga

En ocasiones es conveniente eliminar del proceso una proporción de material, para mantener controlada la acumulación de impurezas. Proceso _Separador Mezclador Producto Alimentación fresca Alimentación total Recirculación _Purga

3. Flujo con derivación o by pass

Consiste en separar parte de la alimentación fresca, y

mezclarla con los productos, sin pasar por el proceso. Esto permite controlar la concentración o temperatura del

producto. _Proceso

Ejercicios

1. La biorremediación es un método de limpieza tanto para agua como suelos contaminados. Si una solución diluida de nutrientes es bombeada a un recipiente de tierra con caudal de 1,5 kg/h, y se recupera a la salida 1,2 kg/h, responder:

a. ¿Cuál es el sistema?

Tierra contaminada

Sistema

b. ¿Cuál es el valor de ingreso por hora?

Tierra contaminada

1,5 kg/h 1,2 kg/h

c. ¿Y el de salida por hora?

d. ¿Cuál es el valor de acumulación por

hora? _{Acumulación = Entrada - Salida}

Acumulación = 1,5 kg/h – 1,2 kg/h = 0,3 kg/h

e. ¿Qué se asumió en la respuesta a la pregunta anterior?

Para que se cumpla el BM, el flujo de entrado debe ser igual a la salida, pero no se cumple, por lo que se asume

2. Si un litro de alcohol etílico se mezcla con un litro de agua, ¿cuantos kg de solución resultan? ¿Cuántos litros?

Las densidades del alcohol y el agua a 20°C son 0,789 y 0,998 g/cm3_{, respectivamente.} Mezclador Alcohol Agua Alcohol diluido (solución) Masa de alcohol: Alcohol = 1 L . 0,789 kg 1 L = 0,789 kg Agua = 1 L . 0,998 kg 1 L = 0,998 kg Masa de agua: Cantidad de solución = 0,789 kg + 0,998 kg = 1,787 kg

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3. Se desea preparar una solución 0,25 m de KOH. Se dispone de 325 cc de solución 0,1 m cuya densidad es 1,0048 g/cc. ¿Cuántos gramos de KOH deben añadirse a la solución 0,1 m? Mezclador 325 cc 0,1 m KOH Ρ= 1,0048 g/cc 0,25 m KOH KOH puro 1 2 3 m1 = V . ρ = 325 cc (1,0048 g/cc) = 326,56 g

0,1 m = 0,1 mol KOH_{kg H2O} . _{1000 g H2O}1 kg H2O . _{1 mol KOH}56 g KOH = 0,0056 g KOH_{g H2O}

Mezclador 325 cc 0,1 m KOH Ρ= 1,0048 g/cc 0,25 m KOH KOH puro 1 2 3

0,25 m = 0,25 mol KOH_{kg H2O} . 1 kg H2O_{1000 g} . _{1 mol KOH}56 g KOH = 0,014 g KOH_{g H2O}

X_KOH3 = 0,014_1,014 = 0,0138 XH2O3 = 1 – 0,0138 = 0,98622

Balance total:

m1 + m2 = m3 326,56 + m2 = m3

Balance de KOH: 0,00556 (326,56) + m2 = 0,0138 . m3 Resolviendo: m2 = 2,72 g m3 = 329,28 g

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4. Se requieren 1 250 kg de una solución que contiene 12% en peso de etanol en agua. Se cuenta con dos tanques de

almacenamiento, el primero de los cuales contiene 5% de etanol en agua, mientras que el segundo contiene 25% de etanol en agua. ¿Cuántos hay que utilizar de cada una de las dos soluciones?

Mezcladora 1 2 3 5% etanol 85% agua 25% etanol 75% agua 12% etanol 88% agua 1250 kg Balance total: m1 + m2 = 1250 kg Balance de etanol: 0,05.m1 + 0,25.m2 = 0,12.1250 Resolviendo: m1 = 812,5 kg m2 = 437,5 kg

5. Una mezcla líquida, de composición molar 20% N₂, 30% CO₂ y 50% O₂, se separa en una columna de destilación, dando un flujo de cabeza (N₂ y CO₂) y un flujo de cola (2,5% N₂, 35% CO₂, y O₂). Este flujo alimenta una segunda columna

destiladora, dando un producto de cabeza con 8% N₂, 72% CO₂ y 20% O₂, y un producto de cola (CO₂ y O₂).

Para una alimentación de 1000 mol/hora a la primera columna, calcule los flujos y composiciones restantes.

1 2 3 4 5 1000 mol/h 20% N₂ 30% CO₂ 50% O₂ Cabeza N₂ CO₂ Cola 2,5% N₂ 35% CO₂ O₂ 8% N₂ 72% CO₂ 20% O₂ CO₂ O₂ C o lu mn a 1 C o lu mn a 2

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Se comenzará a resolver por la columna 1:

1 2 3 C o lu mn a 1

Base de cálculo: F1 = 1000 mol/h

Balance de materia total: F1 = F2 + F3 1000 mol/h = F2 + F3 Balance N2: F1.XN2(1) = F2.XN2(2) + F3.XN2(3) 1000 mol/h 20% N₂ 30% CO₂ 50% O₂ N₂ CO₂ 2,5% N₂ 35% CO₂ O₂ 1000.0,2 = F2.XN2(2)+ F3.0,025 …… (1) …… (2)

1 2 3 C o lu mn a 1 1000 mol/h 20% N₂ 30% CO₂ 50% O₂ N₂ CO₂ 2,5% N₂ 35% CO₂ O₂ Balance CO2: F1.XCO2(1) = F2.XCO2(2) + F3.XCO2(3) 1000.0,30 = F2.XCO2(2) + F3.0,35 ……… (3) Pero: _XCO2(2) = 1 - XN2(2) ……… (4)

Tenemos 4 ecuaciones y 4 incógnitas: F2, F3, XN2(2), XCO2(2).

Reemplazando (4) en (3):

1000.0,30 = F2.[1-XN2(2)] +

F3.0,35

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Resumiendo las ecuaciones: 1000 mol/h = F2 + F3 1000.0,2 = F2.XN2(2)+ F3.0,025 …… (2) …… (1) …… (5) 1000.0,30 = F2.[1-XN2(2)] + F3.0,35 Reemplazando (1) en (2): 200 = F2.XN2(2)+ (1000 – F2).0,025 200 = F2.XN2(2)+ 25 – F2.0,025 …… (6) (1) en (5): 300 = F2.[1-XN2(2)] + (1000 – F2).0,35 300 = F2 - F2.XN2(2) + 350 – F2.0,35 …… (7) Igualando (6) y (7): F2.XN2(2) = 175 + F2.0,025 = 50 + F2 – F2.0,35 125 + = F2 – F2.0,35 - F2.0,025

125 + = F2 – F2(0,375) F2.0,625 = 125 F2 = 200 mol/h F3 = 800 mol/h 200 = F2.XN2(2)+ 25 – F2.0,025 De (6): 175 = 200.XN2(2) – 200.0,025 XN2(2) = 0,90 = 90% De (4): XCO2(2) = 1 - XN2(2) XCO2(2) = 0,10 = 10%

27 3 4 5 C o lu mn a 2 800 mol/h 2,5% N₂ 35% CO₂ O₂ 8% N₂ 72% CO₂ 20% O₂ CO₂ O₂ Balance columna 2

Balance materia total: F3 = F4 + F5

800 = F4 + F5 …… (8)

Balance N2:

F3.XN2(3) = F4.XN2(4) + F5.XN2(5)

Balance CO2: 3 4 5 C o lu mn a 2 800 mol/h 2,5% N₂ 35% CO₂ O₂ 8% N₂ 72% CO₂ 20% O₂ CO₂ O₂ F3.XCO2(3) = F4.XCO2(4) + F5.XCO2(5) 800.0,35 = F4.0,72 + F5.XCO2(5) …… (10) De (9): 800.0,025 = F4.0,08 + 0 F4 = 250 mol/h De (8): 800 = F4 + F5 F5 = 550 mol/h

29 De (10): 800.0,35 = F4.0,72 + F5.XCO2(5) 800.0,35 = 250.0,72 + 550.XCO2(5) XCO2(5) = 0,182 = 18,2% XO2(5) + XCO2(5) = 100% XO2(5) = 0,818 = 81,8%

6. Se enriquece aire que fluye a 150 kg/min, mediante la

adición de oxígeno puro con el fin de producir un gas que se utiliza en oxigenoterapia. Este último gas contiene 40% molar de oxígeno. Calcular: a) El flujo de masa de oxígeno puro alimentado. b) La densidad del gas final, si el flujo volumétrico de este es de 2,5 m3_/s.

1 2 3 Aire 150kg/min Oxígeno puro Oxígeno 40% molar

Para resolver el problema utilizamos un balance en moles: n = m M = 150 kg min . kmol 28,84 kg . 60 min h = 312 kmol/h Balance total: 312 + n2 = n3 Balance de N2: 0,79.312 = 0,6.n3 Resolviendo: n3 = 410,8 kmol/h n2 = 98,8 kmol/h Respuesta a): m2 = 98,8 kmolO2 h . 32 kg kmol . h 60 min = 52,69 kg/min

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Respuesta b): Se calcula la masa molecular media del gas que sale ഥ 𝑀 = ෍ 𝑀𝑖. 𝑋𝑖 = 0,4 . 32 + 0,6 . 28 = 29,6 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 m3 = 410,8𝑘𝑚𝑜𝑙 ℎ . 29,6 𝑘𝑔 𝑘𝑚𝑜𝑙 . ℎ 3600 𝑠 = 3,37 kg/s ρ3 = 𝑚3 𝑣3 = 3,37 𝑘𝑔/𝑠 2,5 𝑚3/𝑠 = 1,34 kg/𝒎 𝟑

7. 2000 kg de una solución de hidróxido de sodio al 5% en agua, será preparada por dilución de una solución al 20%. Calcular las cantidades requeridas. Los porcentajes se dan en peso (w/w). 8. Una corriente de alimentación a un reactor contiene: 16% de

etileno, 9% de oxígeno, 31% de nitrógeno, y ácido clorhídrico. Si el flujo de etileno es 5000 Kg/h, calcular los flujos individuales y el flujo total. Todos los porcentajes están en peso.

9. Una solución que contiene 38% en peso de sal se alimenta a un

evaporador. ¿Cuál será la composición de la solución

concentrada que sale del evaporador si el 46% del agua inicial se evapora?

10. Un lodo húmedo de talco en agua contiene 70% de agua en base húmeda. El 75% del agua se remueve por filtración y secado, lo cual reduce el peso del material a 500 libras. ¿Cuál era el peso original del lodo? ¿Cuál la fracción en peso de agua en el lodo final y cuál en porcentaje en base seca del lodo final?

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CON REACCÓN QUÍMICA

Si un componente pasa a través de una unidad de proceso sin ningún cambio, este puede ser usado para enlazar las composiciones de entrada y de salida.

Estequiometria es la aplicación práctica de la ley de proporciones múltiples. La ecuación estequiométrica de una reacción química, establece sin ambigüedad el número de moléculas de reactantes y productos que intervienen en una reacción. E-1 P-1 P-2 P-3 SO3+H2O→H2SO4 Oleum H2SO4/H2O/SO3 HNO3/H2O H2O HNO3 H2SO4

1. El análisis del gas que entra en el convertidor secundario de una planta de ácido sulfúrico de contacto es 4 % SO₂, 13 % O₂ y 83 % N₂ (en volumen). El gas que sale del convertidor contiene 0,45 % SO₂ en base libre de SO₃ (en volumen). Calcular el porcentaje del SO₂ que se convierte en SO₃.

Ejercicios: SO3 2SO2 + O2  2SO3 4% SO2 13% O2 83% N2 0,45% SO2 O2 N2

Base de cálculo: 100 kmoles de gas que entra en el convertidor. 2SO2 + O2  2SO3 SO3 4 kmol SO2 13 kmol O2 83 kmol N2 0,45% SO2 O2 N2 1 2 3

35 2SO2 + O2  2SO3 x SO3 4 kmol SO2 13 kmol O2 83 kmol N2 y SO2 z O2 k N2 1 2 3 Balance de N2: N2(1) = N2(3) 83 = k Balance de S: S(1) = S(2) + S(3) 4 = x + y …… (1) …… (2) Balance de O: OSO2(1) + OO2(1) = OSO3(2) + OSO2(3) + OO2(3) 8 + 26 = 3.x + 2.y + 2.z 34 = 3.x + 2.y + 2.z …… (3) % SO2 en la salida (0,45%): 0,45 = y y+z+k . 100

0,45 = y y+z+k . 100 0,45 = y y+z+83 . 100 0,0045.(y + z + 83) = y 0,0045.(y + z) + 0,37 = y _{…… (4)} (4) en (3): 34 = 3.x + 2.y + 2.z 34 = 3.x + 2.(y + z) 34 = 3.x + 2.(y −0,37_0,0045) _{…… (5)} 4 = x + y De (2): x = 4 - y …… (6) (6) en (5): 1,99.y = 0,84 y = 0,42 x = 3,58 En (3): _{z = 11,21}

37 2SO2 + O2  2SO3 x SO3 4 kmol SO2 13 kmol O2 83 kmol N2 y SO2 z O2 k N2 1 2 3 y = 0,42 x = 3,58 z = 11,21 Conversión del SO2:

SO₂ convertido = SO₃ formado = 3,58 kmoles SO₂ que entra en el reactor = 4 kmoles

% Conversión = 3,58

4,00 . 100

2. Una mezcla de dióxido de carbono puro e hidrógeno se pasa por un catalizador de níquel. La temperatura del catalizador es 315 ºC y la presión del reactor 20,1 atm. El análisis de los gases que salen del reactor es CO₂ 57,1%, H₂ 41,1%, CH₄ 1,68% y CO 0,12% (en volumen) en base seca. Las reacciones que tienen lugar en el reactor son:

CO₂ + 4 H₂  CH₄ + 2 H₂O CO₂ + H₂  CO + H₂O Determinar:

a) la conversión de CO₂

b) el rendimiento de CH₄ referido al CO₂ reaccionado c) la composición de la alimentación.

39 CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O CO2 + H2  CO + H2O x CO2 y H2 57,1% CO2 41,1% H2 1,68% CH4 0,12% CO z H2O 1 2 3

Base de cálculo: 100 kmol Balance de C: x = 57,1 + 1,68 + 0,12 = 58,9 Balance de H: ……… (1) 2.y = 2.41,1 + 4.1,68 + 2.z y = 44,46 + z ……… (2) Balance de O: 2x = 2.57,1 + 0,12 + z 2x = 114,2 + 0,12 + z _{……… (3)}

40 (1) en (3): 2. 58,9 = 114,2 + 0,12 + z z = 3,48 En (2): y = 44,46 + 3,48 = 47,94 CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O CO2 + H2  CO + H2O 58,9 CO2 47,94 H2 57,1% CO2 41,1% H2 1,68% CH4 0,12% CO 3,48 H2O 1 2 3

a) Cálculo de la conversión del CO₂

% Conversión = CO2 que reacciona

CO₂ que se alimenta . 100

% Conversión = 58,9 −57,1

58,9 . 100

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b) Cálculo la selectividad hacia CH₄

% Selectividad CH₄ = co2 que pasan a CH4

CO₂ que reaccionan . 100 % Selec CH₄ = 1,68 58,9 −57,1 . 100 Selec CH4 = 93,3 % c) Composición de la alimentación 58,9 CO2 + 47,94 H2 = 106,84 CO2 = 55,13% H2 = 44,87% CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O CO2 + H2  CO + H2O 58,9 CO2 47,94 H2 57,1% CO2 41,1% H2 1,68% CH4 0,12% CO 3,48 H2O 1 2 3

3. Una pirita de hierro tiene la siguiente composición en peso: Fe 40,0%; S 43,6%; 16,4% material mineral inerte. Esta pirita se quema con un 100% de exceso de aire sobre la cantidad requerida para quemar todo el hierro a Fe₂O₃ y todo el azufre a SO₂. Supóngase que no se forma nada de SO₃ en el horno. Los gases formados pasan al convertidor, donde se oxida el 95% de SO₂ a SO₃. Calcular la composición de los gases que entraron y que abandonan el convertidor. Convertidor 95% Horno Aire 100% exceso Pirita 40% Fe 43,6% S Fe₂O₃ S+O₂ = SO₂

4 Fe+3O₂ = 2Fe₂O₃ 2SO2+O2= 2SO3

SO2 SO3 1 2 3 4 5

43 Convertidor 95% Horno Aire 100% exceso Pirita 40% Fe 43,6% S Fe₂O₃ S+O₂ = SO₂

4 Fe+3O₂ = 2Fe₂O₃ 2SO2+O2= 2SO3

SO2 SO3 1 2 3 4 5

Base de cálculo: 100 kg de pirita.

Entrada al horno:

Fe que entra en el horno 40 kg = 40/55,85 kmoles = 0,715 kmoles S que entra en el horno 43,6 kg = 43,6/32 = 1,362 kmoles

O₂ necesario (para la formación de Fe₂O₃) = (0,715)(3)/4 = 0,566 kmoles O₂ necesario (para la formación de SO₂) = 1,362 kmoles

O₂ total necesario = 1,362 + 0,5363 = 1,898 kmoles

O₂ que entra en el aire (1,898)(32) = (43,584 kg)(2) = 87,168 kg/32

= 2,724 kmol

N₂ que entra en el aire (87,168)(76,7)/23,3 = 286,943 kg/28 = 10,248 kmol

Composición del aire:

v/v = 21% O2; 79% N2

Horno 2,724 kmol O2 10,248 kmol N2 0,717 kmol Fe 1,362 kmol S Fe₂O₃ S+O₂ = SO₂ 4 Fe+3O₂ = 2Fe₂O₃ SO2 1 2 3 4

Salida del horno:

SO₂ formado en el horno = 1,362 kmoles O₂ que sale del horno (sin reaccionar) = 0,826 kmoles N₂que sale del horno = 10,248 kmoles Total de gases que salen del horno = 12,436 kmoles

Composición de los gases que entran en el convertidor:

XSO2 = 1,362/12,436 = 0,1095 = 10,95%

XO2 = 0,826/12,436 = 0,0664 = 6,64%

45 Convertidor 95% 2SO₂+O₂= 2SO₃ 1,362 kmol SO2 0,826 kmol O2 10,248 kmol N2 1,294 kmol SO3 0,0681 kmol SO2 0,179 kmol O2 10,248 kmol N2 3 5

Gases que salen del convertidor:

SO₃ formado en el convertidor (0,95)(1,362) = 1,294 kmoles SO₂ sin reaccionar = (0,05)(1,362) = 0,0681 kmoles

O₂ consumido en el convertidor= (1,362)(0,95)/2 = 0,647 kmoles O₂ sin reaccionar = 0,826 – 0,647 = 0,179 kmoles

N₂ que pasa por el convertidor = 10,248 kmoles

Total de gases que salen del convertidor = 11,789 kmol

Composición de los gases que salen del convertidor:

XSO3 = 1,294/11,789 = 0,1098 = 10,98%

XSO2 = 0,0681/11,789 = 0,0078 = 0,78%

XO2= 0,179/11,789 = 0,0152 = 1,52%

4. En una industria se produce óxido de etileno mediante oxidación del etileno con aire en presencia de un catalizador. Si las condiciones se controlan cuidadosamente, una fracción del etileno se convierte en óxido de etileno, mientras que parte del etileno queda sin reaccionar y otra parte sufre una oxidación total a CO2 y H2O. La formación de CO es despreciable. Los gases después de abandonar el reactor pasan a través de un absorbente en el que el óxido de etileno queda retenido. Un análisis de Orsat ordinario de los gases que abandonan el absorbente da: 9,6% de CO2; 3,0% de O2; 6,4% CH2=CH2.

a) Del etileno que entra al reactor, ¿qué porcentaje se convierte en óxido de etileno?

b) Calcule también la selectividad de esta planta.

47 REACTOR ABS x mol CH2=CH2 Aire Z mol OCH2=CH2 y mol H2O 9,6% CO2 3,0% O2 6,4% CH2=CH2 81% N2 Reacciones 2 CH2CH2 + O2  2 OCH2CH2 CH2CH2 + 3 O2  2 CO2 + 2 H2O Base 100 moles de gases no absorbidos

Balance de N2:

N2 que sale en los gases 81 moles N2 que entra en el aire 81 moles

REACTOR ABS x mol CH2=CH2 Aire Z mol OCH2=CH2 y mol H2O 9,6% CO2 3,0% O2 6,4% CH2=CH2 81% N2

O2 que entra en el aire = (21.81)/79 = 21,53 mol Balance de O2:

O2 que entra en el aire 21,53 mol

O2 en el gas no absorbido = (9,6+3) = 12,6 mol

O2 en el agua y/2 mol

O2 en OCH2CH2 z/2 mol

49 Balance de C: REACTOR ABS x mol CH2=CH2 Aire Z mol OCH2=CH2 y mol H2O 9,6% CO2 3,0% O2 6,4% CH2=CH2 81% N2

REACTOR ABS x mol CH2=CH2 Aire Z mol OCH2=CH2 y mol H2O 9,6% CO2 3,0% O2 6,4% CH2=CH2 81% N2 Balance de H:

51 Resolviendo (1), (2) y (3) a) Resolviendo: % de CH2CH2 convertido en OCH2CH2 = 𝐶𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜 x 100 % conv. = (8,26.100)/(19,46) = 42,4%

b) % selectividad = 𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑑𝑜

𝐸𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 . 100

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5. Se añade dióxido de carbono a una velocidad de 5 kg/ h en una corriente de aire y el aire es muestreado a una distancia corriente abajo lo suficientemente grande para asegurar una mezcla completa. Si el análisis muestra 0,45% v/v CO2 ,

calcular la velocidad de flujo de aire. Contenido de CO2 en el aire = 0,03%.

6.En un ensayo sobre un horno que quema gas natural (96% de metano, 4% nitrógeno), se obtuvo el siguiente análisis: 9,1% de dióxido de carbono, 0,2% de monóxido de carbono, 4,6% de oxígeno, 86,1% de nitrógeno, todos los porcentajes en volumen.

Calcular el porcentaje de aire en exceso. Reacción:

7. Para asegurar una combustión completa, 30% de aire en exceso es suministrado a un quemador para la combustión de gas natural. La composición del gas (por volumen) es 95% de metano, 5% de etano. Calcular los moles de aire requerido por mol de combustible.

CH₄+2O₂ → CO₂+2H₂O

C₂H₆+(3/2)O₂ → 2CO₂+3H₂O

8.En la manufactura de cloruro de vinilo (CV) por pirolisis de dicloroetano (DCE), la conversión de un reactor está

limitada al 55% para reducir la formación de carbón, el cual puede deteriorar los tubos del reactor. Calcular la

cantidad de dicloroetano necesaria para producir 6000 kg / h CV.

http://www3.uclm.es/profesorado/giq/contenido/fund_quimicos/Tema_4.pdf

WEBGRAFIA

http://www3.uclm.es/profesorado/giq/contenido/fund_quimicos/Tema_2.pdf http://blog.utp.edu.co/balances/files/2011/01/BMSINREACCI%C3%93N.pdf http://es.slideshare.net/daveteslandaz/ejemplos-resueltos-balances-de-masa-y-energa 55