balance algebraico de react
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Presentación que desarrolla una metodología sencilla para determinar los flujos molares en reactores en los que ocurren una o más reacciones químicas términos de Conversión y Selectividad.Autores: Luis Felipe Miranda, Esperanza Medina 2008.TRANSCRIPT
Luis Felipe Miranda
Esperanza MedinaUniversidad Nacional de San Agustín
Los balances algebraicos de procesos son necesarios para determinar los flujos de materiales.
Los flujos de materiales determinan la capacidad de los equipos y, en consecuencia, los costos de los procesos.
BALANCES ALGEBRAICOS
FLUJOS DE MATERIALES
CAPACIDAD DE LOS EQUIPOS
COSTOS DE LOS PROCESOS
La variable fundamental es la conversión “X” de un reactante base:
Para un sistema discontinuo vale:
Para un sistema continuo se define en términos de flujos:
entadosaAmoles
sconvertidoAmolesX
lim
0
0
A
AA
N
NNX
0
0
A
AA
F
FFX
N Número de moles
F Flujo molar
Sea una reacción química de la forma:
Primero hay que garantizar que la reacción tenga el mismo número de átomos de cada especie en ambos lados de la ecuación
Si la reacción tuviese un coeficiente distinto de 1 para el reactante base A, entonces se divide toda la ecuación entre el mismo, para transformarlo a 1.
dDcCbBA
Presenta las relaciones estequiométricas en una reacción química de modo organizado mostrando los flujos iniciales y finales en función de la conversión.
Se presenta una primera tabla estequiométrica para dos reactantes (A, B) y dos productos (C, D), así como un componente inerte (I).
F representa el flujo molar, en moles por unidad de tiempo.
Mi = Fio / FAO
ComponenteInicial Cambio Final
A
B
C 0
D 0
I 0
0AF
00 AII FMF
00 ABB FMF
XFA 0
XFb A 0
XFc A 0
XFd A 0
)1(0 XFA
)(0 XbMF BA
XcFA 0
XdFA 0
IA MF 0
Se aprecia que todos los flujos finales se expresan en función del flujo
De alimentación del componente A.
dDcCbBA
OHCOOCH 2224 22 Reacción:
Condiciones: Se alimenta a un sistema de
combustión 300 moles/hora de Metano y aire con 25
% de exceso para garantizar buena combustión.
Dado que por cada mol de metano se consumen
dos de Oxígeno, y considerando el 25% de exceso
(0.5):
MB = 2+ 0.5
MB =2,5.
Se asume que los productos no son alimentados al
reactor.
Por cada mol de oxígeno que ingresa al reactor, con
él se cargan en el aire (79/21) moles de nitrógeno,
que para este ejemplo es el inerte, entonces
MI = 2,5(79/21).
Componente Inicial Cambio Final
A: metano 300 -300.X 300(1-X)
B: oxígeno 2,5 . 300 -300.(2X) 300(2,5-2X)
C: dióxido 0 +300(X) 300(X)
D: agua 0 +300(2X) 300(2X)
I: nitrógeno 2,5(79/21).300 0 300(9,404)
OHCOOCH 2224 22
Para evaluar dos reacciones se requieren dos variables independientes:
La conversión (X)
La selectividad (S).
La selectividad (S) se define como la cantidad neta producida de una sustancia en referencia a los moles convertidos.
El producto S.X
El flujo del producto C será entonces:
sconvertidoAdemoles
producidosCdemolesS
entadosaAmoles
sconvertidoAmolesX
lim
entadosaAdemoles
producidosCdemolesXS
lim
XSFF AC 0
Determinar los datos de alimentación Establecer los cambios producidos por la primera
reacción en términos de X. Conociendo el flujo del producto deseado C,
FC=FA0.S.X, determinar el cambio producido por la segunda reacción en el componente C, para lo que se realiza un balance en la tabla estequiométrica.
Determinar los totales conociendo las condiciones iniciales y los cambios provocados por las 2 reacciones
Sea el par de reacciones:
El producto deseado es C, siendo E un sub-producto de menor valor.
En la práctica conviene inhibir la segunda reacción
eEfCA
dDcCbBA
Comp. Inicial Cambio
RX1
Cambio RX2 Final
A
B 0
C 0
D 0 0
E 0 0
0AF
00 ABB FMF
XFA 0
XFc A 0
XFb A 0
XFd A 0
XSFA 0)(0 ScXFA
fScXFA /)(0
feScXFA /)(0
f
Sc
XXFA 1
10
b
X
MXF B
A0
dXFA 0
feScXFA /)(0
eEfCA
dDcCbBA
2101266
4662356
2 HHCHC
CHHCHCHHC
El tolueno reacciona con hidrógeno para formar benceno (producto
valioso) y produce metano. Como una reacción indeseada se
Presenta la conversión del benceno en difenilo con producción de
Hidrógeno.
En la alimentación por cada mol de tolueno se inyectan 5 moles de
Hidrógeno al 95% conteniendo 5% de metano. La alimentación de
Tolueno es de 150 moles/hora.
Determinar los flujos de todos los componentes a la salida del reactor.
El concepto de concentración existe para responder a la pregunta:
¿Cuánto hay de esta sustancia?Definición: La concentración de una sustancia es la “cantidad” de la misma por “cantidad” del material que la contiene (aire, agua, etc.).
Se puede expresar en varias unidades. Si el medio que la contiene es aire por ejemplo.
CA = masa de A / volumen de aire[A] = moles of A / volumen de aireXA = masa de A / masa de aireYA = moles of A / moles de aire
PA = presión parcial de A / presión atmosférica
Convertir unidades es necesario, por ejemplo para pasar de una reacción química (en la que por lo general las cantidades se expresan en moles) a la expresión en unidades de masa (en el que por lo general se expresa en gramos)
Rule 1: Masa en gramos = Peso Molecular x Número de moles
Peso Molecular = Σ Pesos Atómicos Ejemplos: H2O: PM = 2x1 + 1x16 = 2 + 16 = 18 gramos por mol CO2: PM = 1x12 + 2x16 = 12 + 32 = 44 gramos por mol H2SO4: PM = 2x1 + 1x32 + 4x16 = 2 + 32 + 64 = 98 gramos por
mol