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1. BALANCE DE
MATERIA CON
REACCIÓN
QUÍMICA

2. BALANCE DE MATERIA EN
SISTEMAS REACCIONANTES
En este punto se estudia la aplicación de los Balances de materiales en sistemas donde ocurre una o más reacciones
químicas. En la industria Química, existen una serie de procesos, en los cuales la producción de productos no se
obtienen en un rendimiento del 100% y esto se debe a una serie de factores, como:
▪ Reacciones incompletas o competitivas.
▪ Condiciones de operación (temperatura, presión).
▪ La composición de los materiales reaccionantes.
Por lo tanto, los balances de materia no solamente se debe aplicarse a la cantidad de materiales de entrada y salida,
sino también la cantidad de materiales que reaccionan, los materiales que ingresan en exceso o cualquier sustancia
inerte presente que no reaccione.
1. Ecuación química
Son expresiones utilizadas para indicar las relaciones estequiométricas entre los componentes
reaccionantes los productos.
Ejemplos:
aA bB cC dD
  
4 2 2 2
2 2
CH O CO H O
  

3. . .
e
i
R L
i
n
r
v


𝒏𝒊
𝒆
2. ESTEQUIMETRÍA
Las relaciones entre las moles de los participantes en las reacciones químicas o entre sus volúmenes (cuando se trata de gases), forman el objeto de
la estequiometría. Su fundamento es la ley de la conservación de la materia y las leyes de la combinación.
Una suposición implícita, es que la reacción química se verifica tal como se encuentra escrito, se puede asumir un grado de consumo de 100% , pero lo
real que sucede en determinados sistemas no es así, por lo que se ha de disponer de otros datos para indicar el estado verdadero de la situación
de las reacciones químicas.
▪ En determinada reacción química, los reactivos se consumen, por lo que tienen razones de
producción negativos (-), mientras que los productos tienen una razón de producción positiva (+).
3. REACTIVO LIMITANTE
Reactivo limitante, es aquel reactivo que se consumirá primero, si se permite que la reacción avance su curso. De dos o más reactivos, será reactivo
limitante, el que presente menor razón de limitación, esta razón de limitación se determina mediante la siguiente relación:
Donde:
✓ : razón limitante del reactivo (i).
✓ : moles de reactivo (i) que se alimenta o ingresa al sistema.
✓ : coeficiente estequiométrico de reactivo, los reactivos desaparecen en una reacción por tanto los moles convertidos o los coeficientes
estequiométricos de los reactivos son negativos.
𝒓𝑹.𝑳.
−𝒗𝒊

4. Nota: Se dice que dos reactivos, A y B, están presentes en proporciones estequiométricas
cuando la relación (moles de A presentes/moles de B presentes) es igual a la relación
estequiométrica obtenida en la ecuación balanceada de la reacción.

5. 4. Reactivo en exceso
Es cualquiera de los reactivos que se encuentra en una cantidad adicional o en exceso, respecto a
la cantidad equivalente en condiciones estequiométricas del reactivo limitante. El cálculo del
porcentaje de reactivo en exceso, se obtiene de la siguiente ecuación:
(nA)Alimentado: número de moles de reactivo A en exceso presente en la alimentación al reactor
(nA)esteq: requerimiento estequiométrico de A, o la cantidad necesaria para que reaccione en su
totales el reactivo limitante.
 
   
 
lim
% 100
A A
A entado estq
A estq
n n
exceso reactivo A
n

 

6. NOTA: Si en determinado proceso, solo una parte del reactivo limitante reacciona
realmente, la cantidad requerida en exceso o el exceso de reactivo, se determina,
basándose en la cantidad total del reactivo limitante alimentado al proceso. El porcentaje
de exceso de reactivo, también puede determinarse a nivel de masa de dicho reactante.
 
   
 
lim
%
A A
A entado estq
A estq
n n
exceso reactivo A
n



7. 5. Porcentaje de conversión (%f)
El porcentaje de conversión (%f) de un componente reactivo, se determina mediante la relación
que existe entre la cantidad del reactivo (i) que se consume o reacciona, respecto a la cantidad
de dicho reactivo alimentado.
moles que reaccionaron
% 100
molesalimentados
f  
% 100
x
R
i
A
i
n
f
n
 
 La conversión, está definida exclusivamente para los reactivos.
 En el caso de una determinada unidad de proceso (reactor), se señala el porcentaje de
conversión, sin especificar a que reactivo se refiere, por conversión adoptar que ese porcentaje
se le asigna al reactivo limitante.
▪ La conversión, también se puede determinar a nivel de masa de dicho reactivo.
% 100
x
R
i
A
i
m
f
m
 

8. 6. Porcentaje de Rendimiento (%)
Generalmente el rendimiento, se expresa en base a un solo reactante y para un solo producto
mediante la siguiente relación: es la relación entre las moles de producto final, dividido entre el
número de moles de un reactivo inicial (puede ser el reactivo limitante). En la relación siguiente
permite determinar el porcentaje de rendimiento.
7. Selectividad (Se)
La selectividad, es la relación de las moles de un producto particular, el producto deseado,
respecto a las moles de otro producto no deseado que se generan por reacciones químicas.
8. Porcentaje de Selectividad (%Se)
Este nos relaciona de manera directa la cantidad que se forma en una reacción como producto
principal, respecto a las moles que reaccionaron del reactivo del reactivo limitante.
NOTA: Los términos rendimiento y selectividad se usan para describir en que grado de
predomina la reacción deseada sobre las reacciones secundarias indeseables.

9. ▪ Balances de especies moleculares
Estos balance incluyen términos de generación y consumo los cuales se determinan mediante
relaciones estequiométricas de la ecuación química.
Entrada + Generación = Salida + Consumo
▪ Balances de especies atómicas
Todos los balances de especies atómicas(C,H,O, etc) toman la forma de
“entrada”=“salida”, ya que no se genera ni consumen especies atómicas en las reacciones.
Entrada = Salida
▪ Grado de avance de reacción
Una tercera forma para determinar las velocidades de flujo molar desconocidas en un proceso
reactivo consiste en escribir expresiones para la velocidad de flujo de cada especie de producto
en términos de grado de avance de la reacción utilizando las siguientes ecuaciones.
ni,alimentado: número de moles de reactivo A en exceso presente en la alimentación al reactor
(nA)esteq: número de moles es el requerimiento estequiométrico de A, o la cantidad necesaria para
que reacciones en su totales el reactivo limitante.

10. Se alimenta al reactor 100 kmol/min de etano. La velocidad del flujo molar de H2 en la corriente de
producto es 40 kmol/min.
2 6 2 4 2
C H C H H
 
Se alimenta al reactor 100 kmol/min de etano. La velocidad del flujo molar de H2 en la corriente de
producto es 40 kmol/min.
Balance por especies moleculares
Entrada + Generación = Salida + Consumo
2 6 2 4 2
C H C H H
 
Entrada + Generación = Salida + Consumo Entrada + Generación = Salida + Consumo
2 6 2 4 2
C H C H H
 
2 6 2 4 2
C H C H H
 
2 6 2 4 2
C H C H H
 
Entrada + Generación = Salida + Consumo

11. Se alimenta al reactor 100 kmol/min de etano. La velocidad del flujo molar de H2 en la corriente de
producto es 40 kmol/min.
2 6 2 4 2
C H C H H
 
Balance por especies atómicas
Entrada = Salida
2 6 2 4
2 2
2 6 2 4
2
2 6
6
2
2
1
2
00
m 1 1
in 1
C H C H
kmol C kmol C
n n
km m
kmol kmol C
C H
kmol C H ol C H k ol C H
    
Para el C (E = S)
2 6 2 4
2
2 2 2
2
2 6 2 4 2
2 6
6
6
100
min
2
6 4
40
1 m 1
1 1 in
C H C H
kmol kmol
H
kmol H
kmol H kmol H kmol
n n H
kmol o
H
C H
k
kmo C kmol C H m l H
l C H
     

Para el H2 (E = S)
2 6 2 4
2 2
100
C H C H
n n
 

12. 2 6 2 4
2 6 2 4
2 2
2 2
100 6 6 4 40 2
600 6 4 80
C H C H
C H C H
n n
n n
      
  
Para el H2 (E = S)
2 6 2 4
2
2 2 2
2
2 6 2 4 2
2 6
6
6
100
min
2
6 4
40
1 m 1
1 1 in
C H C H
kmol kmol
H
kmol H
kmol H kmol H kmol
n n H
kmol o
H
C H
k
kmo C kmol C H m l H
l C H
     

2 6 2 4
2 2
100
C H C H
n n
 
2 6 2 4
2 2
100
C H C H
n n
 
Para el C
Para el H2
2 4
2
40
min
C H
kmol
n 

13. Se alimenta al reactor 100 kmol/min de etano. La velocidad del flujo molar de H2 en la corriente de
producto es 40 kmol/min.
2 6 2 4 2
C H C H H
 
Balance por grado de avance de reacción
2 6 2 4 2
C H C H H
 