presente Solucionario ha sido elaborado para estudiantes que cursen la asignatura BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA en carreras de Ingenieria Química, Resuelto por Alex E

1. 2.7.1 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
≔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 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
BALANCE DE MATERIA

2. 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
≔nOEst =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 =⋅nOEst 1.25 31.25 mol
3 Calculo de Oxigeno que reacciona para 70 mol de HCl
≔nOReac =⋅70 mol
⎛
⎜
⎝
―――
1 mol
4 mol
⎞
⎟
⎠
17.5 mol
4 Calculo de Oxigeno exceso que sale del reactor
≔nOExeso =−nOTotal nOReac 13.75 mol
5 Calculo de Nitrogeno Alimentado que es lo mismo a la salida ya que este no reacciona
≔nNTotal =⋅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 del
problema
≔nClProd =⋅70 mol
⎛
⎜
⎝
―――
2 mol
4 mol
⎞
⎟
⎠
35 mol
7 Calculo de Agua producido
≔nH2OProd =⋅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 =++++nOExeso nNTotal nClProd nH2OProd nHCl 231.31 mol
10 % de Moles total a la Salida del reactor
≔xH2O =――――
nClProd
nTotalSalida
0.1513 ≔xO2 =――――
nOExeso
nTotalSalida
0.0594 ≔xHCl =――――
nHCl
nTotalSalida
0.1297
≔xCl =――――
nH2OProd
nTotalSalida
0.15131 ≔xN2 =――――
nNTotal
nTotalSalida
0.5082
Respuesta 0.1513 H2O, 0.1513 Cl2, 0.0594 O2, 0.5082 N2 y 0.1297 HCl
2.7.3 La reacción entre el etileno y el bromuro de hidrógeno se efectúa en un reactor continuo. El flujo de
productos se analiza, y se encuentra que contiene 50% en mol de C2H5Br y 33,3% HBr. La alimentación
BALANCE DE MATERIA

3. Respuesta 0.1513 H2O, 0.1513 Cl2, 0.0594 O2, 0.5082 N2 y 0.1297 HCl
2.7.3 La reacción entre el etileno y el bromuro de hidrógeno se efectúa en un reactor continuo. El flujo de
productos se analiza, y se encuentra que contiene 50% en mol de C2H5Br y 33,3% HBr. La alimentación
del reactor contiene sólo etileno y bromuro de hidrógeno. Calcúlese la conversión fraccionaria del
reactivo 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 solo
etileno y bromuro de hidrógeno
≔xEteno γ Base de Calculo
≔A 100 mol
≔xHBr −1 γ
1 Realizamos un BM para el HBr




Alimentacion = Reaccionado+Exceso
Alimentacion=(1- )Aγ
Los moles Reaccionados es lo mismo que los moles producidos de C2H5Br =0.5B
Exceso=0.333B
(1- )A=0.50B+0.333B=0.833B .........................................(1)γ
2 Realizamos un BM para el C2H4



Entrada= γA
Reaccionado=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
≔molEteno =⋅γ A 44.492 mol
≔molHBr =⋅(( −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
≔molEtenoExceso =⋅0.1677 B 11.175 mol
saca del bromuro de Etilo producido a la salida
BALANCE DE MATERIA

4. ≔molEtenoExceso =⋅0.1677 B 11.175 mol
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 =⋅0.5 B 33.317 mol
Conversión en una sola etapa = (ERR – SRR) / ERR
ERR: Entrada de reactivos al reactor.
SRR: Salida de reactivos del reactor.
≔Conversion =――――――――
−molEteno molEtenoExceso
molEteno
0.7488
Reactivos en exceso: Un reactivo es limitante si está presente en menor cantidad que su proporción
estequiométrica con respecto a cualquier otro reactivo. Si hay presentes n moles de un reactivo en
exceso y su proporción estequiométrica corresponde a nd, se define la fracción en exceso como
(n – nd)/nd
≔molEstequiometrico +molEtenoRx molEtenoExceso
≔X100Exceso =⋅―――――――――
molEtenoExceso
+molEtenoRx molEtenoExceso
100 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 se
obtiene calcinando los carbonatos, esto es, calentando hasta retirar el CO2 de acuerdo a las reacciones
CaCO3 = CaO + CO2
MgCO3 = MgO + CO2
Al calcinar caliza pura, consistente en carbonatos únicamente, se obtienen 44,8 lb de CO2 por cada 100 lb de
caliza. ¿Cuál es la composición de la caliza?
Respuesta: 90,23% CaCO3 y 9,77% MgCO3
PMCO2=44
PMCaCO3=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 de
cada carbonato
((2))
De las Ecuaciones 1 y 2
≔nA 0.9023
≔nB =−――
44.8
44
nA 0.1159
≔x100CaCO3 =⋅―――
⋅100 nA
100
100 90.23 ≔x100MgCO3 =⋅―――
⋅84.3 nB
100
100 9.769
Respuesta CaCO3 ,90.23% , MgCO3 ,9.769%
2.7.8 Una tonelada de una caliza impura, cuya composición es 96% en masa de CaCO3 y 4% de materia
inerte, 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% de
BALANCE DE MATERIA

5. 2.7.8 Una tonelada de una caliza impura, cuya composición es 96% en masa de CaCO3 y 4% de materia
inerte, 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% de
CaCO3; 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 kg
B=η Se trbajara en molKg
CaSO4 0.8654η
CaCO3 0.0311η
H2SO4 0.0135η
H2O 0.0623η
Inertes 0.0277η1 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= nCaCO3
Reaccionado= nCaRx
Exceso= nCaExc
= + ............................................(1)nCaCO3 nCaRx nCaExc
≔nCaRx ―――
0.8654 η
136
≔nCaExc ―――
0.0311 η
100
≔nCaTotal ―――→+nCaRx nCaExc
simplify
⋅0.0066742352941176470588 η =+―――
0.8654
136
―――
0.0311
100
0.0066742
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
136
98
Exceso=0.0135η
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
≔wH2SO4 =+⋅―――
0.8654 η
136
98 0.0135 η 916.384 kg
BALANCE DE MATERIA

6. ≔wSolucionAcida =⋅wH2SO4 ――
100
80
1145.4803 kg
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
≔wCO2 =⋅―――
0.8654 η
136
44 402.72 kg
≔wH2OProd =⋅―――
0.8654 η
136
18 164.749 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
≔wH20Acid =⋅wSolucionAcida %20 229.096 kg
≔wVapor =−+wH20Acid wH2OProd 0.0623 η 304.234 kg
Masa de los gases = masa del CO2 masa de vapor
≔wGases =+wCO2 wVapor 706.954 kg
≔xVapor =⋅―――
wVapor
wGases
100 43.035 ≔xCO2 =⋅―――
wCO2
wGases
100 56.965
Respuesta
a) Masa de CaSO4 producido. =η 1438.3746 kg
b) Masa de solución ácida alimentada. =wSolucionAcida 1145.48 kg
c) Masa de gases expulsados. =wGases 706.954 kg
d) 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 gas
natural proveniente de Nuevo México, con 23 millones de pies cúbicos estándar por día de aire. Los únicos
compuestos perceptibles en el gas de combustión son CO2, H2O, O2 y N2. La composición del gas natural
en 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 m))
3
28.317 L
convirtiendo ft a litros combustible convirtiendo ft a aire
≔A =―――
1000000
24
ft3 ⎛⎝ ⋅1.18 106 ⎞⎠ L ≔B =―――
⋅23 106
24
ft3 ⎛⎝ ⋅2.714 107 ⎞⎠ L
condiciones Normales un gas 0°C y 1atm
BALANCE DE MATERIA

7. 1 Calculamos los moles de gas se sabes que en
condiciones 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 su
composicion
≔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 ⎞⎠ mol
4 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 ⎞⎠ mol
6 Determinacion de moles de Agua producido
≔AguaProd ++++⋅MetanoMol 2 ⋅EtanoMol 3 ⋅PropanoMol 4 ⋅ButanoMol 5 ⋅PentanoMol 6
=AguaProd ⎛⎝ ⋅1.048 105 ⎞⎠ mol
6 determiancion de moles de Gas producido a la salida
≔Salida =+++AguaProd DioxProd Oexceso NitroMol 1263865.7718 mol 1263.866 kgmol
≔CO2 =⋅――――
DioxProd
Salida
100 4.186 ≔N2 =⋅――――
NitroMol
Salida
100 75.725
≔H2O =⋅――――
AguaProd
Salida
100 8.291 ≔O2 =⋅―――
Oexceso
Salida
100 11.798
Respuesta
a) Moles de GAS producido. 1263.866 kgmol
b) % de cada componente. CO2, 8.291% H2O, 75.725% de N2, 11.798% de O2%4.186
BALANCE DE MATERIA

8. Respuesta
a) Moles de GAS producido. 1263.866 kgmol
b) % de cada componente. CO2, 8.291% H2O, 75.725% de N2, 11.798% de O2%4.186
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 kilogramo
de carbón alimentado, (b) El volumen a condiciones normales de aire suministrado por
kilogramo de carbón alimentado, (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 %4.9 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 para
RX
≔MolC =⋅C ―――
1 mol
12 gm
63.333 mol ≔OReq1Carbon =MolC 63.333 mol
≔MolH2 =⋅H ―――
1 mol
2 gm
24.5 mol ≔OReq2Hidro =―――
MolH2
2
12.25 mol
≔MolN =⋅N ―――
1 mol
14 gm
1.214 mol ≔OReq3No =MolN 1.214 mol
4 Determinacion de Moles Oxigeno total para la RX
≔OTotal =++OReq1Carbon OReq2Hidro OReq3No 76.798 mol
5 Determinacion de moles de aire requerido
9 Determinacion de moles a la salida
de 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 mol
7 Determinacion de moles de aire a un 30% en
exceso ≔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 mol
10.547 kg ≔MolN2air =⋅MolAir 0.79 375.577 mol
≔wAlim =⋅wair 1.3 13.711 kg
10 Determinacion moles totales a la salida
BALANCE DE MATERIA

9. ≔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
MolTotal
0.002 ≔x100N2 =――――
MolN2air
MolTotal
0.77
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 m3
Respuesta
a) Masa de aire almimentado =wAlim 13.711 kg
b) Volumen de Aire =Volgas 10.649 m3
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 = 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 53,7% molar de C2H4, 36,7% de H2O y el resto de inertes. Se
obtiene 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 de
etanol 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 mol
etanol / g mol éter.
Datos
conversion 5% de etileno
10% de etanol Producido
vuelve en la Rx lateral
Base Calculo A=100
A ≔A 100
1 Moles de Etileno Reaccionado
≔nEtilenRx ――→⋅⋅0.537 (( %5 )) A
fully
2.685 ≔nAguaRx1 ――→⋅⋅0.537 (( %5 )) A
fully
2.685
2 Moles de Etileno a la Salida
≔nEtilenoSalida ―――→−⋅0.537 A ⋅⋅A 0.537 (( %5 ))
simplify
51.015
3 Moles de alcohol producido a la primera raccion
≔nEtanol ――→⋅⋅0.537 (( %5 )) A
fully
2.685 =−2.685 0.2685 2.417
4 Moles de alcohol que reaccina 2da reaccion
BALANCE DE MATERIA

10. ≔nEtanolRX2 ――→⋅⋅0.537 (( %5 )) A %10
fully
0.2685
5 Moles de eter producido es la mitad de moles de
etanol Reaccionado por la estequimetria
≔nEter ――→――――
nEtanolRX2
2
fully
0.13425
6 Moles de agua producido en la 2da reaccion
≔nAguaRx2 ――→――――
nEtanolRX2
2
fully
0.13425
7 Moles de agua Total =Alimentacio+H2O producido-Reaccionado
≔nAguaSal ―――→−+⋅0.367 A nAguaRx2 nAguaRx1
simplify
34.14925
=−0.3683425 0.02685 0.341
8 Inertes=0.096A
≔nInerte ――→⋅%9.6 A
fully
9.6
=⋅nEtanol %10 0.269
BASE DE CALCULO
≔nTotal =++++nEter nEtilenoSalida
⎛⎝ −nEtanol nEtanolRX2
⎞⎠ nAguaSal nInerte 97.315
=+0.46837 0.4833 0.9517
≔X100nEter =⋅――
nEter
nTotal
100 0.138
≔X100nEtilenoSalida =⋅――――
nEtilenoSalida
nTotal
100 52.423
≔X100nEtanolSAL =⋅――――――
−nEtanol nEtanolRX2
nTotal
100 2.483
≔X100nAguaSal =⋅―――
nAguaSal
nTotal
100 35.091
≔X100nInerte =⋅―――
nInerte
nTotal
100 9.865
selectividad mol de producto deseado/mol producto no desead
≔Selecti =――――――
−nEtanol nEtanolRX2
nEter
18
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 las
siguientes relaciones molares: moles de N2/mol de O2 = 7,18 y moles de CO/mol CO2 = 2. Calcúlese el
porcentaje de exceso de aire utilizado.
BALANCE DE MATERIA

11. DATOS
mol CO =2x
Mol CO2=x
Mol N2=7.18y
Mol O2=y
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=7.18y
Debido 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 en
el CO2 2 atomos
0.21n2*(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
9.5238095238095238095
0.45434 =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 Ideal
C+ O2 = CO2
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 =14.286x
≔naireestequi =⋅3
⎛
⎜
⎝
――
100
21
⎞
⎟
⎠
14.286
7 segun 2 el aire alimentado 20.004x
BALANCE DE MATERIA

12. 8 aire exceso alimentado - estequimetrico
=−20.004 14.286 5.718
9 % aire exceso alimentado exceso/estequimetrico
=⋅―――
5.718
14.286
100 40.025
Respuesta
40.025% de exceso
2.7.18 Un gas natural contiene 83% molar de metano y 17% molar de etano. El gas se quemacon un
exceso 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 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
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 equivalencia
entra A y D
=―――
1.17
0.0953
12.277 ≔D ⋅12.277 μ ((1))
=12.277−1
0.08145
1 Calculo de Oxigeno Estequimetrico
Para el Metano
≔nOMet ―――→⋅⋅0.83 2 μ
simplify
⋅1.66 μ
Para el Etano
≔nOEtano ―――→⋅⋅0.17 3.5 μ
simplify
⋅0.595 μ
Oxigeno Estequimetrico
≔nOEstequi ―――→+nOMet nOEtano
simplify
⋅2.255 μ
2 Calculo de Oxigeno Exceso
≔nOExceso ―――→⋅0.0563 D
simplify
⋅0.6911951 μ
BALANCE DE MATERIA

13. ≔nOExceso ―――→⋅0.0563 D
simplify
⋅0.6911951 μ
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 nOEstequi
simplify
⋅0.5137587696202531646 μ
―――→⋅―――
nOxiSobra
nOEstequi
100
simplify
22.783093996463554971
5 % de carbono que pasa a CO = mol Carbono CO2/ mol Carbono total *100
≔x100Cpasa ―――→⋅―――――――
⋅%2.77 D
+⋅%2.77 D ⋅%6.76 D
100
simplify
29.066107030430220357
5 Masa de Vapor para 1000pies3
≔T =800 °F 699.817 K Conversion de temperatura
=1000 ft3
28316.847 L Conversion de Volumen
Calculamos numero de Moles con PV=RTn
=―――――
28316.847
⋅0.082 699.817
493.454 =⋅⋅28316.847
⎛
⎜
⎝
――
1
22.4
⎞
⎟
⎠
⎛
⎜
⎝
―――
273
699.817
⎞
⎟
⎠
493.145
Calculamos moles de Agua producida por
Para el Metano
≔nH2OMet ―――→⋅⋅0.83 2 μ
simplify
⋅1.66 μ
Para el Etano
≔nH2OEtano ―――→⋅⋅0.17 3 μ
simplify
⋅0.51 μ
Agua Estequimetrico
≔nH2OEstequi ―――→+nOMet nOEtano
simplify
⋅2.255 μ
para este caso tomaμ
493.145 molg
≔nH2OEstequi =⋅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, ¿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
BALANCE DE MATERIA

14. 1 Base de Calculo 100kg de gas Base Humeda Base Seca
≔xPropano =――
1.818
2.077
0.8753≔wPropano 80 ≔nPropano =―
80
44
1.818 ≔xPropano =――
1.818
2.355
0.772
≔xnButano =――
0.259
2.077
0.1247≔wnButano 15 ≔nnButano =―
15
58
0.259 ≔xnButano =――
0.259
2.355
0.11
≔wAgua 5 ≔nAgua =―
5
18
0.278 ≔xAgua =――
0.278
2.355
0.118
≔nSeca =+nPropano nnButano 2.077
≔nhumeda =++nPropano nnButano nAgua 2.355
relación mol agua / mol de gas seco =――
nAgua
nSeca
0.1338
2 Base de Calculo 100kg de gas combustible
segun 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
2
1.684
≔nOEstequi =+nOProp nOButano 10.774
Calculo de Aire Estequiometrico Calculo de Aire total al 30% de exceso
≔nAirEst =⋅nOEstequi
⎛
⎜
⎝
――
100
21
⎞
⎟
⎠
51.302 ≔nAirTotal =⋅nAirEst 1.3 66.693
3 Base de Calculo 100kg de gas combustible si solo reacciona 75%
≔nPropano =⋅―
80
44
0.75 1.364
≔nnButano =⋅―
15
58
0.75 0.194
Para el Propano Para el n-butano
≔nOProp =⋅1.364 5 6.82 ≔nOButano =⋅0.194 ―
13
2
1.261
≔nOEstequi =+nOProp nOButano 8.081
Calculo de Aire que se utiliza
≔nAirEst =⋅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