Tarea 6 Fqiibiotec Prim 2021 Balancede Materia PDF

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TAREA 6. BALANCE DE MATERIAFisicoquímica IIINSTRUCCIONES: Resolver los siguientes problemas incluyendo el desarrollo completo para llegar a los resultados.PROBLEMAS: Para la reacción de formación del amoniaco:Nɋ+ ɌHɋ→ ɋNHɌ, se alimentan al reactor con 100 mol/s de nitrógeno y 300 mol/s de hidrógeno....

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TAREA 6. BALANCE DE MATERIA Fisicoquímica II

INSTRUCCIONES: Resolver los siguientes problemas incluyendo el desarrollo completo para llegar a los resultados. PROBLEMAS: 1. Para la reacción de formación del amoniaco: N2 + 3H2 → 2NH3, se alimentan al reactor con 100 mol/s de nitrógeno y 300 mol/s de hidrógeno. Para la fracción de conversión de 0.60 de H2, calcule la velocidad del flujo de salida del H2, de N2 y NH3, y el grado de avance de la reacción.

𝑓

𝐻2

= 0. 60

𝑓=

𝑛𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑛 𝑛

0

Para 𝐻2: 𝑛𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑛 = 0. 60(300𝑚𝑜𝑙/𝑠) = 180𝑚𝑜𝑙/𝑠 𝑛𝐻2 = (300 𝑚𝑜𝑙/𝑠 − 180𝑚𝑜𝑙/𝑠) = 120 𝑚𝑜𝑙/𝑠 𝑑𝑒 𝐻2 0

𝑛𝑖 = 𝑛𝑖 ± γ𝑖ξ ξ𝐻2 =

tenemos que;

120 𝑚𝑜𝑙/𝑠 − 300𝑚𝑜𝑙/𝑠 −3

0

𝑛𝐻2 = 𝑛𝐻2 − 3ξ

= 60 𝑚𝑜𝑙/𝑠

Para 𝑁2 = 0

𝑛𝑁2 = 𝑛𝑁2 − ξ 𝑛𝑁2 = (100 𝑚𝑜𝑙/𝑠 − 60𝑚𝑜𝑙/𝑠) = 40 𝑚𝑜𝑙/𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 Para𝑁𝐻3; 0

𝑛𝐻2 = 𝑛𝐻2 + 2ξ debido a que no hay una alimentación, 0

𝑛𝐻2 = 0 𝑛𝑁𝐻3 = 2(60 𝑚𝑜𝑙/𝑠) = 120 𝑚𝑜𝑙/𝑠 𝑑𝑒 𝑁𝐻3 2. En la reacción de oxidación de etileno para producir óxido de etileno: 2C2H4 + O2 → 2C2H4O, el reactor se alimenta con 100 mol de C2H4 y 100 mol de O2. a) Indicar cuál es el reactivo limitante 100 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶2𝐻4 =

1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂

2

2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶2𝐻4

= 50 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2

Reactivo en exceso= 𝑂2 Reactivo limitante= C2H4 b) ¿Cuál es el porcentaje en exceso del otro reactivo?

%𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = %𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 =

𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑡𝑒𝑞𝑢𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 100 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 − 50 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 100 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2

𝑋100

𝑋100

%𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 = 50% c) Si la reacción procede hasta completarse ¿Cuánto queda del reactivo en exceso, cuánto

C2H4O se formará y cuál es el grado de avance de la reacción? Construye el diagrama de flujo.

Del inciso anterior sabemos que, solo el 50% del O2 reacciona, si hay 100 mol, quedan 50 mol del reactivo en exceso. Del reactivo limitante, sabemos que, al final, no quedará nada de él. Para saber el fin de la reacción, necesitamos trabajar con el reactivo limitante, que es el 𝐶2𝐻4 Tenemos que, se alimentan 100 mol del anterior, queremos saber cuanto C2H4O se formará. 100 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶2𝐻4 =

2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶 𝐻 𝑂 2

4

2 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶 𝐻 2

4

= 100 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒𝐶2𝐻4𝑂

R=queda 50 mol de 𝑂2 y 100 mol de 𝐶2𝐻4O Grado de avance: 0

ξ=

𝑛 −𝑛 𝑖 𝑖 −γ

Para 𝑂2: ξ =

100 𝑚𝑜𝑙 −50 𝑚𝑜𝑙 −1

= - 50 mol

Para 𝐶2𝐻4: ξ =

100 𝑚𝑜𝑙 − 0 −2

= -50 mol

Para 𝐶2𝐻4𝑂 : no hay alimentación. ξ =

0−100 𝑚𝑜𝑙 2

= -50 mol

d) Si la reacción procede hasta un punto donde la fracción de conversión del reactivo limitante es 50%, cuánto quedará al final de cada reactivo y producto, y cuál es el grado de avance de la reacción? Construye el diagrama de flujo.

𝑋𝐴 = 0. 5 𝑛

𝐶2𝐻4

0 (1 𝐶2𝐻4

=𝑛

− 𝑋𝐶 𝐻 ) = 100(1 − 0. 5) = 50 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶2𝐻4 2

γ

0

2

0

𝑂2

𝑛𝑂 = 𝑛𝑂 −

γ

𝐶2𝐻4

2

𝑛𝑂 = 100 − 2

𝑛𝐶 𝐻 𝑋 2

−1 −2

𝐶2𝐻4

γ

0

4

4

100(0. 5) = 75 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 𝐶2𝐻4𝑂

𝑛𝑐 𝐻 0 = 𝑛𝐶 𝐻 𝑂 − 2

4

2

γ

𝐶2𝐻4

4

0

𝑛𝐶 𝐻 𝑋 2

4

𝐶2𝐻4

0

𝑛𝐶 𝐻 𝑂 = 𝑛𝐶 𝐻 𝑋𝐶 𝐻 4 = 100(0. 5) = 50 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶2𝐻4𝑂 2

4

2

𝑛

ξ=

4

0

𝐶2𝐻4

−𝑛

𝐶2𝐻4

γ

=

𝐶2𝐻4

𝑛

ξ=

2

50−100 −2

= 25 𝑚𝑜𝑙

50−0 2

= 25 𝑚𝑜𝑙

0

𝐶2𝐻4𝑂

−𝑛

γ

𝐶2𝐻4𝑂

𝐶2𝐻4𝑂

=

c e) Si la reacción procede hasta un punto donde quedan 60 mol de O2 ¿Cuál es la fracción de conversión de C2H4 y de O2? ¿Cuál es el grado de avance de la reacción? Construye el diagrama de flujo.

Sí reaccionan 40 mol de O2 por estequiometría serán necesarios 80 mol de 𝐶2𝐻4, sobrando 20 mol de 𝐶2𝐻4 , entonces la conversión es: Para 𝐶 𝐻 : 2

4

𝑛

𝑋𝐶 𝐻 = 1 − 2

𝑛

4

𝐶2𝐻4 0

= 1 −

20 100

= 1 − 0. 2 = 0. 8

𝐶2𝐻4

Para O2= 𝑛

𝑋𝑂 = 1 − 2

𝑂2

𝑛

0

= 1 −

60 100

= 1 − 0. 6 = 0. 4

𝑂2

Grado de avance de la reacción:

ξ = 40 𝑚𝑜𝑙...