BALANCES DE MATERIA EN LOS PROCESOS UNITARIOS. Ejemplo: Aplicación a un proceso de combustión combustión F 1 = 100 kmol CH 4 humosgas CO 2 = ? O 2 = ?

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1 BALANCES DE MATERIA EN LOS PROCESOS UNITARIOS

2 Ejemplo: Aplicación a un proceso de combustión combustión F 1 = 100 kmol CH 4 humosgas CO 2 = ? O 2 = ? N 2 = ? H 2 O = ? Aire seco O 2 = 21 % mol N 2 = 79 % mol F 2 = 1500 kmol F3F3 CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O 100 kmol 200 kmol 100 kmol 200 kmol ENTRADA + GENERACIÓN = SALIDA + CONSUMO CO 2 (kmol): 0 + 100 = CO 2 + 0 CO 2 = 100 kmol O 2 (kmol): 0,21 (1500) + 0 = O 2 + 200 O 2 = 115 kmol N 2 (kmol): 0,79 (1500) + 0 = N 2 + 0 N 2 = 1185 kmol H 2 O (kmol): 0 + 200 = H 2 O + 0 H 2 O = 200 kmol Tipo de balance: Balance de moles de una especie molecular

3 Ejemplo: Aplicación a un proceso de combustión ENTRADA = SALIDA C (kmol): 100 = 0,0714 G G = 1400,56 kmol humos secos N (kmol): 2(0,79 F 2 ) = 2(0,8465) (1400,56) F 2 = 1500,73 kmol de aire seco H (kmol): 4 (100) = 2 n H2O n H2O = 200 kmol de agua combustión F 1 = 100 kmol CH 4 humosgas CO 2 = 7,14 % mol O 2 = 8,21 % mol N 2 = 84,65 % mol H 2 O = ? Aire seco O 2 = 21 % mol N 2 = 79 % mol F 2 = ? kmol F3F3 Tipo de balance: Balance de moles de una especie atómica

4 La estequiometría es la teoría acerca de las proporciones en las cuales se combinan las especies químicas La ecuación estequiométrica de una reacción química indica el número de moles o de masa de reactivos y productos que participan en la reacción. Ejemplo: N 2 + 3 H 2  2 NH 3 1 mol 3 mol 2 mol 28 g 6 g 34 g La relación estequiométrica de dos especies moleculares que participan en una reacción es la relación entre sus coeficientes estequiométricos en la ecuación balanceada de la reacción. Ejemplo: N 2 + 3 H 2  2 NH 3 Algunas definiciones de estequiometría de las reacciones químicas

5 “El reactivo que se agota cuando una reacción procede hasta completarse se llama reactivo limitante, y los demás reactivos se llaman reactivos en exceso” La cantidad o requerimiento estequiométrico de un reactivo en exceso es la cantidad necesaria de moles del reactivo en exceso para reaccione en su totalidad con el reactivo limitante El porcentaje del reactivo en exceso: Conversión de una reacción: Algunas definiciones de estequiometría de las reacciones químicas

6 Alimentación en proporciones estequiométricas: Se cumple cuando la relación de moles de reactivos alimentados es igual a la relación estequiométrica de la reacción química balanceada. Ejemplo: N 2 + 3 H 2  2 NH 3 1 mol 3 mol 2 mol Nota: No hay reactivo limitante ni reactivo en exceso Algunas ejemplos de estequiometría de las reacciones químicas

7 Alimentación con reactivo limitante y reactivo en exceso: Si los reactivos alimentados no están en proporciones estequiométricas se dice que la alimentación tiene reactivo limitante y reactivo en exceso. Ejemplo: N 2 + 3 H 2  2 NH 3 1 mol 3 mol 2 mol Reactivo limitante: Porcentaje de reactivo en exceso: Algunas ejemplos de estequiometría de las reacciones químicas

8 Conversión de una reacción con alimentación en proporciones estequiométricas: Ejemplo: N 2 + 3 H 2  2 NH 3 1 mol 3 mol 2 mol Nota: No hay reactivo limitante ni reactivo en exceso Algunas ejemplos de estequiometría de las reacciones químicas 60 % de conversión

9 Conversión de una reacción con alimentación en proporciones no estequiométricas: Ejemplo: N 2 + 3 H 2  2 NH 3 1 mol 3 mol 2 mol Reactivo limitante: H 2 ; Reactivo en exceso: N 2 Algunas ejemplos de estequiometría de las reacciones químicas 60 % de conversión

10 Combustión Combustible Gases de combustión (humos) Aire utilizado (teórico + exceso) O 2 (oxidante) N 2, H 2 O (inertes) Gas natural Petróleo Carbón Bagazo Madera, etc CO 2 CO O 2 N 2 SO 2 H 2 O Cenizas Balance de materia: Descripción de una combustión

11 Ejemplo: Reactantes (se consumen) Productos (se generan) N 2 : No reacciona (inerte) Balance de materia: Combustión completa

12 Ejemplo: Reactantes (se consumen) Productos (se generan) N 2 : No reacciona (inerte) Balance de materia: Combustión incompleta

13 Algunas reacciones básicas : C + O 2  CO 2 H 2 + 1/2O 2  H 2 O CO + 1/2O 2  CO 2 C + 1/2O 2  CO S + O 2  SO 2 Balance de materia: Reacciones básicas o elementales de un proceso de combustión

14 Aire teórico (u oxígeno teórico) Aire en exceso (u oxígeno en exceso) Balance de materia: Definiciones para un proceso de combustión

15 Aire en exceso = Aire utilizado - Aire teórico O 2 en exceso = O 2 utilizado - O 2 teórico Balance de materia: Definiciones para un proceso de combustión

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17 CO 2 CO O 2 N 2 SO 2 H 2 O Composición en base seca ORSAT Composición en base húmeda Composición de los gases de combustión (humos): Balance de materia: Definiciones para un proceso de combustión