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Ejercicios de balance de materiales con reacción

Maxwell Altamirano
Maxwell Altamirano
Maxwell AltamiranoDocente Universitario at Universidad de nicaragua

aplicación, ingeniería eléctrica drive balance

Ejercicios de balance de materiales con reacción

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Prof. Maxwell Altamirano
Guía de Ejercicios sobre Balance de Materia con reacción química.
Trabajo en grupos Bibliografía: - Himmelblau, “Principios de B.M. yE”
- Orozco, “Operaciones Unitarias”
Lean atentamente los enunciados y desarrollen los problemas. Cualquier duda consúltenla con su
profesora, pero intenten resolver los ejercicios guiándose con los ejemplos resueltos en clase.
1. Se mezcla etano con oxígeno para obtener 220 lb de un gas (G) con 80% etano y 20% de
oxígeno. Este gas se quema en un motor, utilizando 250% de exceso de aire (A). Un 80% del
etano se quema completamente, mientras que un 10% produce CO y el 10% restante se queda
sin reaccionar.
a. Calcule la composición del gas de escape (H) sobre base húmeda.
b. ¿Cuál sería la composición sobre base seca?
c. ¿Cómo variaría (cualitativamente) esta composición si se redujera a la mitad el
exceso de aire? Supongan que las cantidades de CO2 y CO producidas continúan
igual.
C2H6 + 3.5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
C2H6 + 2.5 O2 → 2 CO + 3 H2O
2. Los habitantes de Ciudad Futura han decidido aprovechar como combustible la basura de sus
jardines. Las pruebas realizadas han demostrado que esta basura (B) tiene la siguiente
composición promedio: 37.7% C, 5.2% H2, 44.7% O2, 11.4% H2O y un 1% de ceniza
(material inerte, no combustible).
a. Suponiendo que la combustión se logre completa (100%) con un 80% de aire en
exceso ¿Qué flujo másico de aire (kg/h de “A”) sería necesario para quemar 1
Ton de basura (B) en una hora con quince minutos?
b. ¿Qué flujo másico y composición de los humos se obtendría del proceso, bajo las
condiciones dadas en el inciso a)?
c. ¿Qué porcentaje de exceso de aire haría que los humos llevaran un 73% de
Nitrógeno?
C + O2 → CO2
H2 + 0.5 O2 → H2O
Prof. Luz Violeta Molina 1/3
Curso B M y E 2004
MotorG
80% C2
H6
20% 02
A
250% en
exceso
H
C2
H6
, CO2
02
, N2
, CO,
H2
O
3. El ioduro de metilo (CH3I) se prepara haciendo reaccionar al ácido yodídrico (HI) con un
exceso de metanol. El siguiente esquema corresponde a una conversión del 40%
HI(ac) + CH3OH(l) → CH3I(l) + H2O(l)
a. Determinar el flujo másico de Metanol en lb/día.
b. ¿Qué porcentaje de exceso de etanol se está utilizando?
c. ¿Cuál es el rendimiento de esta reacción?
RESPUESTAS
1a) Composición del gas de escape sobre base húmeda:
4.38% 0.35% 3.02% 17.15% 74.91% 0.19%
CO2 CO H2O O2 N2 C2H6
1b) Composición del gas de escape sobre base seca:
4.52% 0.36% 17.69% 77.25% 0.19%
CO2 CO O2 N2 C2H6
1c) Al reducir el exceso de aire se disminuye la fracción de oxígeno y nitrógeno en los gases
de escape. Esto hace que aumente la proporción de los otros gases (CO2, CO, H2O y
C2H6). También es probable que el grado de conversión se afecte, en este caso se supone
que se mantiene constante.
2a) A = 8079.3212 Kg/hr de aire inicial 2b) H = 8871.3214 Kg/hr de Humos
Composición
de “H”
Kmoles/hr de productos
CO2 H2O O2 N2
% en peso: 12.47% 8.25% 9.43% 69.85%
2c) % de exceso de aire correspondiente es 248.2%
3a) M = 1819.1712 lb/día 3b) % de exceso de metanol es 271.26%
3c) % de rendimiento: 110.94% (en peso)
EJERCICIOS DE BALANCE ENERGÉTICO CON REACCIÓN QUÍMICA
Prof. Luz Violeta Molina 2/3
Curso B M y E 2004
ReactorY
2000 lb/día
HI al 98% M
CH3OH en
exceso
P
30.792% HI
22.7734% CH3I
3.934% H2O
42.5006% CH3OH
1.- Calcule el calor total generado por la reacción correspondiente al siguiente esquema,
considerando una conversión del 85%y una selectividad del 90% para CO2
2.- Determine la temperatura teórica de llama del problema anterior.
3.- El ioduro de metilo (CH3I) se prepara haciendo reaccionar al ácido yodídrico (HI) con un exceso
de metanol. El siguiente esquema corresponde a una conversión del 40%
HI(ac) + CH3OH(l) → CH3I(l) + H2O(l)
Si se quiere llevar a cabo esta reacción de manera isotérmica a 50°C ¿Qué cantidad de calor deberá
removerse diariamente del reactor? ¿Qué flujo másico de agua de enfriamiento a 20°C será necesario
para este efecto? (Considere que el agua sale del enchaquetado del reactor a 45°C)
Prof. Luz Violeta Molina 3/3
Curso B M y E 2004
MotorG = 150 lb/h a 30°C
80% C2
H6
20% 02
A a 50°C
50% en
exceso
H a 75°C
C2
H6
, CO2
02
, N2
, CO,
H2
O
ReactorY
2000 lb/día
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Ejercicios de balance de materiales con reacción

  • 1. Prof. Maxwell Altamirano Guía de Ejercicios sobre Balance de Materia con reacción química. Trabajo en grupos Bibliografía: - Himmelblau, “Principios de B.M. yE” - Orozco, “Operaciones Unitarias” Lean atentamente los enunciados y desarrollen los problemas. Cualquier duda consúltenla con su profesora, pero intenten resolver los ejercicios guiándose con los ejemplos resueltos en clase. 1. Se mezcla etano con oxígeno para obtener 220 lb de un gas (G) con 80% etano y 20% de oxígeno. Este gas se quema en un motor, utilizando 250% de exceso de aire (A). Un 80% del etano se quema completamente, mientras que un 10% produce CO y el 10% restante se queda sin reaccionar. a. Calcule la composición del gas de escape (H) sobre base húmeda. b. ¿Cuál sería la composición sobre base seca? c. ¿Cómo variaría (cualitativamente) esta composición si se redujera a la mitad el exceso de aire? Supongan que las cantidades de CO2 y CO producidas continúan igual. C2H6 + 3.5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O C2H6 + 2.5 O2 → 2 CO + 3 H2O 2. Los habitantes de Ciudad Futura han decidido aprovechar como combustible la basura de sus jardines. Las pruebas realizadas han demostrado que esta basura (B) tiene la siguiente composición promedio: 37.7% C, 5.2% H2, 44.7% O2, 11.4% H2O y un 1% de ceniza (material inerte, no combustible). a. Suponiendo que la combustión se logre completa (100%) con un 80% de aire en exceso ¿Qué flujo másico de aire (kg/h de “A”) sería necesario para quemar 1 Ton de basura (B) en una hora con quince minutos? b. ¿Qué flujo másico y composición de los humos se obtendría del proceso, bajo las condiciones dadas en el inciso a)? c. ¿Qué porcentaje de exceso de aire haría que los humos llevaran un 73% de Nitrógeno? C + O2 → CO2 H2 + 0.5 O2 → H2O Prof. Luz Violeta Molina 1/3 Curso B M y E 2004 MotorG 80% C2 H6 20% 02 A 250% en exceso H C2 H6 , CO2 02 , N2 , CO, H2 O
  • 2. 3. El ioduro de metilo (CH3I) se prepara haciendo reaccionar al ácido yodídrico (HI) con un exceso de metanol. El siguiente esquema corresponde a una conversión del 40% HI(ac) + CH3OH(l) → CH3I(l) + H2O(l) a. Determinar el flujo másico de Metanol en lb/día. b. ¿Qué porcentaje de exceso de etanol se está utilizando? c. ¿Cuál es el rendimiento de esta reacción? RESPUESTAS 1a) Composición del gas de escape sobre base húmeda: 4.38% 0.35% 3.02% 17.15% 74.91% 0.19% CO2 CO H2O O2 N2 C2H6 1b) Composición del gas de escape sobre base seca: 4.52% 0.36% 17.69% 77.25% 0.19% CO2 CO O2 N2 C2H6 1c) Al reducir el exceso de aire se disminuye la fracción de oxígeno y nitrógeno en los gases de escape. Esto hace que aumente la proporción de los otros gases (CO2, CO, H2O y C2H6). También es probable que el grado de conversión se afecte, en este caso se supone que se mantiene constante. 2a) A = 8079.3212 Kg/hr de aire inicial 2b) H = 8871.3214 Kg/hr de Humos Composición de “H” Kmoles/hr de productos CO2 H2O O2 N2 % en peso: 12.47% 8.25% 9.43% 69.85% 2c) % de exceso de aire correspondiente es 248.2% 3a) M = 1819.1712 lb/día 3b) % de exceso de metanol es 271.26% 3c) % de rendimiento: 110.94% (en peso) EJERCICIOS DE BALANCE ENERGÉTICO CON REACCIÓN QUÍMICA Prof. Luz Violeta Molina 2/3 Curso B M y E 2004 ReactorY 2000 lb/día HI al 98% M CH3OH en exceso P 30.792% HI 22.7734% CH3I 3.934% H2O 42.5006% CH3OH
  • 3. 1.- Calcule el calor total generado por la reacción correspondiente al siguiente esquema, considerando una conversión del 85%y una selectividad del 90% para CO2 2.- Determine la temperatura teórica de llama del problema anterior. 3.- El ioduro de metilo (CH3I) se prepara haciendo reaccionar al ácido yodídrico (HI) con un exceso de metanol. El siguiente esquema corresponde a una conversión del 40% HI(ac) + CH3OH(l) → CH3I(l) + H2O(l) Si se quiere llevar a cabo esta reacción de manera isotérmica a 50°C ¿Qué cantidad de calor deberá removerse diariamente del reactor? ¿Qué flujo másico de agua de enfriamiento a 20°C será necesario para este efecto? (Considere que el agua sale del enchaquetado del reactor a 45°C) Prof. Luz Violeta Molina 3/3 Curso B M y E 2004 MotorG = 150 lb/h a 30°C 80% C2 H6 20% 02 A a 50°C 50% en exceso H a 75°C C2 H6 , CO2 02 , N2 , CO, H2 O ReactorY 2000 lb/día HI al 98% M CH3OH en exceso P 30.792% HI 22.7734% CH3I 3.934% H2O 42.5006% CH3OH