67 Un gas natural contiene 85%M de CH 4 y el resto de C 2H6. Si deben quemarse 100 kg-mol/hr de este combustible con 125% de exceso de aire, calcular el flujo de aire requerido y la base seca del gas de chimenea.
Exceso de O 2 Aire - 100% – 125 % O2 - 21% -26.25%
CH4
Metano: 100% Chis a
26.25% 2O2
+
85
CO2
214.625 170 170
85
+
2H2O 170
44.625 0
Reactivo en exceso:
O 2 necesario: 85 kg-mol/hr CH4
44.625 T.N.R.
[ ] = 170 kg-mol/hr O
2
O 2 exces exc es o: (0.2625) * (170 kg-mol/hr) =44.625 kg-mol/hr O 2 total total: (1.2625) * (170 kg-mol/hr) =214.625 kg-mol/hr O 2 sis i reacc ion iona a: (necesario * rendimiento) = (170 kg-mol/hr) * (1) =170 kg-mol/hr O 2 no reacci ona: (necesario – si reacciona) = (170 – 170) kg-mol/hr =0 kg-mol/hr O 2 T.N. R : (exceso + no reacciona) = (44.625 + 0) kg-mol/hr =44.625 kg-mol/hr
C O 2 2 produc produc ido : 85 kg-mol/hr CH 4 H 2O produc ido : 85 molCH4
C2H6
[ ] = 85 kg-mol/hr CO
[O ] = 170 moles H O 2
Etano: 100% Chis a
26.25%
+
3.5O2
15
2CO2
66.2813
+
30
52.5 52.5
2
3H2O 45
13.7813 0
13.7813 T.N.R.
Reactivo en exceso:
O 2 necesario: 15 kg-mol/hr CH 4
[. ] = 52.5 kg-mol/hr O
2
O 2 exces exc es o: (0.2625) * (52.5 kg-mol/hr) =13.7813 kg-mol/hr O 2 total total: (1.2625) * (52.5 kg-mol/hr) =66.2813 kg-mol/hr O 2 sis i reacc ion iona a: (necesario * rendimiento) = (52.5 kg-mol/hr) * (1) =52.5 kg-mol/hr O 2 no reacci ona: (necesario – si reacciona) = (52.5 – 52.5) kg-mol/hr =0 kg-mol/hr O 2 T.N. R : (exceso + no reacciona) = (13.7813 + 0) kg-mol/hr =13.7813 kg-mol/hr
[ ] = 30 kg-mol/hr CO O ] = 45 moles H O : 15 molCH [
C O 2 2 produc produc ido : 15 kg-mol/hr CH 4 H 2O produc ido
4
2
0 (C*
Reactivos
2
̅
Balances ) + (A* ) = (G*
CH4 1 0.85C-85 kg-mol = 0 (0.85 * 100 kg-mol) – –85 kg-mol= 0 0=0
O2 3 0.21A – (170 + 52.5) kg-mol/hr
̅
̅ )
C2H6 2 0.15C - 15 kg-mol = 0 (0.15 * 100 kg-mol) – –15 kg-mol= 0 0=0
214.625+66.2813)/ℎ = 1,337. = (214.625+66.2813) 337.6490 649055 /ℎ /ℎ 0.21
Productos
CO2 4 0 + (85 + 30) kg-mol/hr = aG aG= 115 kg-mol/hr
H2O 5 0 + (170 + 45) kg-mol = wG wG= 215 kg-mol/hr
Inertes N2 6 0.79A = cG Sustituyendo A: (0.79)(1,337.64905 kg-mol/hr)= cG cG=1056.74275 kg-mol/hr Ecuaciones adicionales 7 a + b + c + w = 1 8 0.21A + 0.79A = A 9 0.21A = (214.625 + 66.2813) kg-mol/hr Sustituyendo A en ec. 3 0.21 * 1,337.64905 – 222.5 kg-mol/hr = bG (280.9063 – 222.5) kg-mol/hr = bG bG = 58.4063 kg-mol/hr 7*G aG
+ bG + cG + wG = G (115 + 58.4063 + 1056.74275 + 215) kg-mol/hr = G G = 1,445.14905 kg-mol/hr
115 115 /ℎ /ℎ =0.07958 = 58.4063 /ℎ =0.0405 = 1,445. 1,445.14905 14905 /ℎ /ℎ 1,445. 1,445.14905 14905 /ℎ /ℎ 1056.7 105 6.7427 42755 /ℎ /ℎ =0.7312 = 215 215 /ℎ /ℎ =0.1488 = 1,445. 1,445.14905 14905 /ℎ /ℎ 1,445. 1,445.14905 14905 /ℎ /ℎ
≈ 1
Ec. 8: (0.21 + 0.79) * 1,337.64905 kg-mol/hr = 1,337.64905 kg-mol/hr 1,337.64905 kg-mol/hr = 1,337.64905 kg-mol/hr Comprobación:
̅ ) + (A* ̅ ) = (G* ̅ ) ̅ = (0.85*16.04) + (30.07*0.15) = 18.1445 ̅ = 28.84 ̅ = (0.07958*44.01) + (0.0405*32) + (0.7312*28.02) + (0.1488*18.016)
(C*
c
A
G
= 27.9739
(100* 18.1445) + (1,337.64905*28.84) = (1,445.14905*27.9739) 40,392.2486 kg-mol/hr ≈ 40, 426.40848 kg-mol/hr
Base seca: G’ = G – wG G’ = (1,445.14905 – 215) kg-mol/hr G’ = 1,230.14905 kg-mol/hr
115 115 /ℎ /ℎ =0.0935 = 58.4063 /ℎ =0.0475 = 1,230. 1,230.14905 14905 /ℎ /ℎ 1,230. 1,230.14905 14905 /ℎ /ℎ 1056.74 1056 .74275 275 /ℎ /ℎ =0.8590 = 1,230. 1,230.14905 14905 /ℎ /ℎ
=1
Respuestas: A = a = 9.35; b = 4.75; c = 85.90
1,337.64905 /ℎ
47 El C6H6 reacciona con el Cl 2 para formas C 6H5Cl y HCl en un reactor intermitente: 120 kg de C 6H6 y 20% de exceso de Cl 2 se encuentran presentes inicialmente; quedando 30 kg de C 6H6 una vez terminada la reacción. a) ¿Cuántos Kg de Cl2 se encuentran presentes inicialmente? b) ¿Cuál es la conversión conversión fraccionaria de C6H6? c) ¿Cuál es la composición composición molar del producto? producto?
ex
C6H6
100% Chis a
20%
+
Cl2
78 kg
70.906 Kg
120
130.9034 109.0862
109.0862
0
21.8172 21.8172 T.N.R.
C6H5Cl
+
HCl
112.453
36.453
173.0046
56.0815
C=12 H=1 Cl=35.453
C6H6 = [(12*6) + 6] = 78 Kg Cl2 = [70.906 Kg] C6H5Cl = [(12*6) + (5) + (35.453)] = 112.453 Kg HCl = [1 + 35.453] 35.453] = 36.453 Kg
Reactivo en exceso:
C l 2 2 necesario: 120 kg C 6H6
] = 109.0862 kg Cl [.
2
C l 2 2 exces exc es o: (0.20) * (109.0862 kg Cl 2) =21.8172 kg Cl 2 C l 2 2 total total: (1.2) * (509.0862 kg Cl 2) =130.9034 kg Cl 2 C l 2 2 si s i reacc iona: (109.0862 kg Cl 2) * (1) = 109.0862 kg Cl 2 C l 2 2 no reacci ona: (109.0862 - 109.0862) kg Cl 2 = 0 kg Cl 2 C l 2 2 T.N. R : (exceso + no reacciona) = (21.8172 + 0) kg Cl 2 =21.8172 Kg Cl2 C 6H 5C l produc ido : 120 kg C6H6 HCl produ produci ci do: 120 kg C 6H6
C ] = 173.0046 kg C H Cl [. 6 5
HC ] = 56.0815 kg HCl [.
12030 . ó = . = 78 30 = 3 78 Composición molar del producto:
(30 kg ) (1 (78 kg)) = 0.3846 3846 kg mol mol = (12030 kg 66) (1(78 kg 666)6) 1 (1)66 =1.1538=
2) =1.8462 = (130.9034 2 ) ((170.906 2 2 ) Kg-mol Cl2 no consumidos = (1.8462-1.1538) Kg-mol Cl 2 Kg-mol Cl2 no consumidos = 0.6924 Kg-mol Cl 2
) ) = 1.1538 = (1.1538 kgmol ) ((11 kg kg mol )
) = 1.1538 (1.1538 kgmol ) ((11 = ) Con a + b + c + d = 1 Con aP + bP + cP + dP = P’ P’= (1.1538 + 0.3846 + 0.6924 + 1.1538) kg-mol P’ = 3.3846 kg-mol
1538 =0.3409 = 1.3.1538 3846 3846
3846 =0.1136 = 0.3.3846 3846 3846
6924 =0.2046 = 0.3.6924 3846 3846
1538 =0.3409 = 1.3.1538 3846 3846
=1
%P= (PM) * (moles de cada compuesto) xP= (112.453 kg)(1.1538 kg-mol) = 129.7483 kg yP= (78 kg)(0.3846 kg-mol) = 29.9988 kg zP= (70.906 kg)(0.6924 kg-mol) = 49.0953 kg wP= (36.453 kg)(1.1538 kg-mol) = 42.0595 kg ___________ P= 250.9019 Kg
=0.5171 = 129.7483 250.9019
29.9988 =0.1196 = 250.9019
49.0953 =0.1957 = 250.9019
42.0595 =0.1676 = 250.9019
=1
Comprobación de estequiometria:
∑ = ∑ C6H6
+
Cl2
=
C6H5Cl
120
+
109.0862
=
173.0046
229.0861 kg Respuestas: A= 130.9034 kg Cl2 Conversión = 3 a = 34.09; b = 11.36; c = 20.46
=
229.0861 kg
+
HCl
+ 56.0815
72 Se quema un gas, formado esencialmente de CH 4 puro, con un 25% de exceso de aire. La conversión fraccionaria de metano es de 87% y no se forma CO. Si el flujo de alimentación es de 500 kg/hr, ¿cuál es el flujo molar del ga s de chimenea?
= 500 ℎ = 17.3 17 .337 370 0 ℎ 28.84 CH4 1.4563 1.26698
25% 2O2 3.6401
+
87%
CO2 1.26698
0.1893 2.9126 2.5339
0.7282 0.3786
1.1068 T.N.R.
Reactivo en exceso:
O 2 necesario:
= . −/ =13.8696 /ℎ . . (0.21 * 13.8696 mol-kg/hr) = 2.9126 mol-kg/hr mol -kg/hr
O 2 exces exc es o: (0.25) * (2.1926 kg-mol/hr) =0.7282 kg-mol/hr O 2 total total: (1.25) * (2.9126) = 3.6401 kg-mol/hr O 2 sis i reacc ion iona a: (2.9126 kg-mol/hr) * (0.87) = 2.5339 kg-mol/hr O 2 no reacci ona: (2.9126 – 2.5339) kg-mol/hr = 0.3786 kg-mol/hr
+
2H2O 2.5339
O 2 T.N. R : (0.7282 + 0.3786) kg-mol/hr = 1.1068 kg-mol/hr R ea eactiv ctivo o limitant limitante: e: H 2O necesario: (2.9126 mol-kg/hr O 2) *
) = 1.4563 mol-kg/hrCH (:
4
H 2O s i reacc iona: (1.4563 mol-kg/hr) * (0.87) = 1.26698 mol-kg/hr H 2O
no reacciona:
(1.4563 mol-kg/hr) * (0.12) = 0.1893 mol-kg/hr
C O 2 2 produc produc ido : 2.9126 kg-mol/hr O 2
[ ]∗0.87= 1.26698 kg-mol/hr CO
H 2O produc ido : 2.9126 kg-mol/hr O 2
[O ]∗0.87= 2.5339 kg-mol/hr CO
2
2
Balances
Reactivos
CH4 1 C-1.26698 kg-mol = bG bG= 0.1894 kg-mol/hr
Productos
CO2 3 0 + 1.26698 kg-mol/hr = aG aG= 1.26698 kg-mol/hr
O2 2 0.0.21A – 2.5339 kg-mol /hr= cG cG= 1.10681 kg-mol/hr
H2O 4 0 + 2.5339 kg-mol = eG eG= 2.5339 kg-mol/hr
Inertes
N2 5 0.79A = dG Sustituyendo A: (0.79)(17.3370 kg-mol/hr)= dG dG=13.6969 kg-mol/hr
Ecuaciones adicionales
6a+b+c+d+e=1
6*G aG + bG + cG + dG + eG = G G = (1.26698 + 0.1894 + 1.10681 1.10681 + 13.6969 + 2.5339) mol-kg/hr G = 18.79404 mol-kg/hr Respuestas: G = 18.79404 mol-kg/hr
2.18 El proceso Deacon puede intervenirse y en esta forma obtener HCl a partir de Cl2 y vapor de agua, mediante la eliminación del O 2 formado utilizando coque caliente de acuerdo con la siguiente reacción: 2Cl2
+
2H2O
+
C
4HCl +
CO2
Si el análisis del coro gaseoso de celda es: 90% de Cl 2 y 10 % de aire y este gas se mezcla con 5% de exceso de vapor de agua, pasando la mezcla a través de un lecho de coque a 900 , la conversión de Cl 2 será del 80%, pero todo el O2 del aire reaccionara. Calcular la composición de los gases de descarga del convertidor suponiendo que no hay formación de CO.
℃
Con B.C.: A=100 moles 2Cl2
ex 2H2O
+
90 72
+
C
80%
94.5 18
90 72
4.5 18
22.5 T.N.R
Reactivo en exceso:
H 2O
necesario:
100 moles (0.9) =90 moles H 2O
H 2O exceso: (0.05) * (90 moles H 2O) =4.5 moles H2O H 2O total: (1.05) * (90 moles H 2O) =94.5 moles H2O H 2O si r ea eacciona cciona: (90 moles H 2O) * (0.9) = 72 moles H 2O
4HCl +
CO2
144
38.1
H 2O no reacci reacci ona: (90 - 72) moles H2O = 18 moles H 2O H 2O T.N.R : (exceso + no reacciona) = (4.5 + 18) moles H 2O = 22.5 moles H 2O Reactivo limitante:
C l 2 2 neces ario : (0.9) * (100 moles) = 90 moles C l 2 2 si s i reacc iona: (0.8) * (90 moles) = 72 moles C l 2 2 no reacci ona: (0.2) * (90 moles) = 18 moles HCl produ produci ci do: (100 moles Cl 2) * (0.9) * (0.8) C O 2 2 produ produci ci do: (144 moles HCl) *
HC ] = 144 mol HCl [
] +100 moles (0.1) (0.21) = 38.1 CO [ Balances
Reactivos
Cl2 1 0.90A – 72 moles = cP H2O 2 (94.5 - 72) moles = eP 0.90*100 moles – 72 moles = cP eP = 22.5 moles (90 -72) moles = cP cP = 18 moles
Productos
HCl 3 (0 + 144) moles = aP aP = 144 moles
CO2 4 (0 + 38.1) moles = bP bP = 38.1 moles
Inertes
N2 5 (100 moles) * (0.1) * (0.79) = dP dP = 7.9 moles
6 a
Ecuaciones adicionales
+b+c+d+e=1 6*P aP + bP + cP + dP + eP = P
Respuestas: a = 62.4729; b = 16.5293 c = 7.8091; d = 3.4273; e = 9.764
P = (144 + 38.1 + 18 + 7.9 + 22.5) moles P = 230.5 moles
144 ∗100=62.4729 38.1 ∗100=16.5293 = 230.5 = 230.5 18 ∗100=7.8091 7.9 ∗100=3.4273 = 230.5 = 230.5 22.5 ∗100=9.764 = 230.5
=100
2
3.91 El proceso que se muestra en la figura siguiente es la des hidrogenación de propano (C3H8) a propileno (C3H6) de acuerdo con la reacción: C3H2
C3H6 + H2
La conversión de propano en propileno basada en el total de propano alimentado al reactor en F2 es de 40%.La velocidad del flujo del producto F5 es de 50 Kg*mol/h. a) Calcule las seis velocidades de flujo F 1 a F6 en kg*mol/h. b) ¿Cuál es el porcentaje de conversión de propano en el reactor con base en el propano nuevo alimentado al proceso (F 1)?
C3H8 aF2 α
40%
C3H6 + H2 0.4aF2 – 0.2F2 α (α)
0.6aF2
Balances SISTEMA IV F3 0 IV * M.M. =F4 * M.M. + 50 * MM + F6 * M.M C3H8 1 xF3 = 0.8 F6 C3H6 2 yF3= 0.2 F6 + 50 H23 zF3= F4 4 x + y +z = 1 SISTEMA I
C3H8 5
Reactivo
F1 – α = 0
Productos
C3H6 6 0 + α = 50 H2 0 7 + α = F4
8 0.4 7 H2
A di dicc i onales
aF2 -0.2 F6 = 50
0 + α = F4
5 7
F1 = 50 F4 =50
COMPROBACIÓN: 0 I F1 * M.M. = F2 M.M. + F5 * M.M. 44(50) = 2(50) + 42(50) 2200 = 100 +2100 2200=2200 SISTEMA III 0 III F2 * M.M. = F3 * M.M.
Reactivo
C3H8 9 aF2 –
α = xF3 =0.6 aF2
Productos
C3H610 bF2 + α = H211 0 + α = zF3
12
yF3
A di dicc i onales
a+b=1 x+y+z=1 14α ÷aF2 = 0.4 15 50 ÷ aF = 0.4 aF = 50 ÷ 0.4=125 2 2 13
9) 125
-50 = 75 = xF3=0.6aF2 0.6aF2=25 11 zF3=50 10 yF3=bF2 +
50
13 * F3 xF3 +
yF3 +zF3 = F3 75 +bF2 +50 + 50 = F 3 bF2 +175 = F3 F3-bF2 = 175 12 * F2) aF2 +
bF2 =F2 125 + bF2= F2 F2-bF2 =125
F3 bF2 bF2 = 175 F2 bF2 =125 F3 –F2 = 50 SISTEMA II
0II F1 + F6=F2 C3H815 F1 +0.8F6 = aF2 C3H616 0.2F6 = bF2
17 0.8
+ 0.2 =10 0.8 F6+0.2 F6 = F6 F6 = 93.75
17 * F6)
16
bF2=18.75 13 18.75 + 125
= F3
F3 = 143.75 12125
+ 18.75 = F 2 F2 = 143.75
=0.86956 = . . =0.13043 = . = 0.3870 = . 387099 . = 0.3548 = . 354833 = 0.2580 = . 258066
14
16
1 2
=1
3
Respuestas: a) F1= 50 Kg - mol/h. F2= 143.75 Kg - mol/h. F3=193.75 Kg - mol/h. F4= 50 Kg - mol/h. F5= 50 Kg - mol/h. F6= 93.75 Kg - mol/h. b) conv =Si Reacciona / total = 50/50 = 1
COMPROBACIÓN: II) 50 +93.75 =143.75
Sin reacción: (143.75=143.75) mol
III) Con reacción reacción:: 143.75 (43.738)=193.75 (32.45) (6287.3=6287.1) g
IV) Sin reacción: 193.75 =50 +50 +93.75 (193.75 =193.75) mol
67 Un gas natural contiene 85%M de CH 4 y el resto de C 2H6. Si deben quemarse 100 kg-mol/hr de este combustible con 125% de exceso de aire, calcular el flujo de aire requerido y la base seca del gas de chimenea.
CH4
Metano: 100% Chis a
125% 2O2
+
85
CO2
382.5
85
170 170
+
2H2O 170
212.5 0
212.5 T.N.R.
Reactivo en exceso:
O 2 necesario: 85 kg-mol/hr CH4
[ ] = 170 kg-mol/hr O
2
O 2 exces exc es o: (1.25) * (170 kg-mol/hr) = 212.5 kg-mol/hr O 2 total total: (2.25) * (170 kg-mol/hr) =382.5 kg-mol/hr O 2 sis i reacc ion iona a: (necesario * rendimiento) = (170 kg-mol/hr) * (1) =170 kg-mol/hr O 2 no reacci ona: (necesario – si reacciona) = (170 – 170) kg-mol/hr =0 kg-mol/hr O 2 T.N. R : (exceso + no reacciona) = (212.5 + 0) kg-mol/hr =212.5 kg-mol/hr
C O 2 2 produc produc ido : 85 kg-mol/hr CH 4 H 2O produc ido : 85 molCH4
[ ] = 85 kg-mol/hr CO
[O ] = 170 moles H O 2
2
C2H6
Etano: 100% Chis a
125%
+
3.5O2
15
2CO2
118.125
3H2O
30
52.5 52.5
+
45
65.625 0
65.625 T.N.R.
Reactivo en exceso:
O 2 necesario: 15 kg-mol/hr CH 4
[. ] = 52.5 kg-mol/hr O
2
O 2 exces exc es o: (1.25) * (52.5 kg-mol/hr) =65.625 kg-mol/hr O 2 total total: (2.25) * (52.5 kg-mol/hr) =118.125 kg-mol/hr O 2 sis i reacc ion iona a: (necesario * rendimiento) = (52.5 kg-mol/hr) * (1) =52.5 kg-mol/hr O 2 no reacci ona: (necesario – si reacciona) = (52.5 – 52.5) kg-mol/hr =0 kg-mol/hr O 2 T.N. R : (exceso + no reacciona) = (65.625 + 0) kg-mol/hr =65.625 kg-mol/hr C O 2 2 produc produc ido : 15 kg-mol/hr CH 4 H 2O produc ido : 15 molCH4
Reactivos
2
[O ] = 45 moles H O 2
0 (C*
[ ] = 30 kg-mol/hr CO
̅
Balances ) + (A* ) = (G*
CH4 1 0.85C-85 kg-mol = 0 (0.85 * 100 kg-mol) – –85 kg-mol= 0 0=0
̅
̅ )
C2H6 2 0.15C - 15 kg-mol = 0 (0.15 * 100 kg-mol) – –15 kg-mol= 0 0=0
O2 3 0.21A – (170 + 52.5) kg-mol/hr
382.5+118.125)/ℎ = 2,383. = (382.5+118.125) 383.9286 9286 / /ℎ ℎ 0.21
Productos
CO2 4 0 + (85 + 30) kg-mol/hr = aG aG= 115 kg-mol/hr
H2O 5 0 + (170 + 45) kg-mol = wG wG= 215 kg-mol/hr
Inertes N2 6 0.79A = cG Sustituyendo A: (0.79)(2,383.9286 kg-mol/hr)= cG cG=1,883.3036 kg-mol/hr Ecuaciones adicionales 7 a + b + c + w = 1 8 0.21A + 0.79A = A 9 0.21A = (382.5 + 118.125) kg-mol/hr Sustituyendo A en ec. 3 0.21 * 2,383.9286 – 222.5 kg-mol/hr = bG (500.625 – 222.5) kg-mol/hr = bG bG = 278.125 kg-mol/hr 7*G aG
+ bG + cG + wG = G (115 + 278.125 + 1883.3036 + 215) kg-mol/hr = G G = 2,491.4286 kg-mol/hr
115 115 /ℎ /ℎ =0.0462 = 2,491. 2,491.4286 4286 /ℎ /ℎ
278.125 /ℎ =0.1116 = 2,491.4286/ℎ
/ℎ =0.7559 = 1,883.3036 2,491.4 2,491.4286 286 /ℎ /ℎ
215 215 /ℎ /ℎ =0.0863 = 2,491. 2,491.4286 4286 /ℎ /ℎ
≈ 1
Comprobación:
̅ ) + (A* ̅ ) = (G* ̅ ) ̅ = (0.85*16.04) + (30.07*0.15) = 18.1445 ̅ = 28.84 ̅ = (0.0.0462*44.01) + (0.1116*32) + (0.7559*28.02) + (0.0863*18.016)
(C*
c
A
G
= 28.3396
(100* 18.1445) + (2,383.9286*28.84) = (2,491.4286*28.3396) 70,566.9508 kg-mol/hr ≈ 70,606.0899 kg-mol/hr Base seca: G’ = G – wG G’ = (2,491.4286 – 215) kg-mol/hr G’ = 2,276.4286 kg-mol/hr
115 115 /ℎ /ℎ =0.0505 = 278.125 /ℎ =0.1221 = 2,276, 2,276,4286 4286 /ℎ /ℎ 2,276, 2,276,4286 4286 /ℎ /ℎ 1883.30 1883 .3036 36 /ℎ / ℎ = 2,276, 2,276,4286 4286 /ℎ /ℎ =0.8273
=1
Respuestas: A = a = 5.05; b = 12.21; c = 82.73
1,337.64905 /ℎ
47 El C6H6 reacciona con el Cl 2 para formas C 6H5Cl y HCl en un reactor intermitente: 120 kg de C 6H6 y 20% de exceso de Cl 2 se encuentran presentes inicialmente; quedando 30 kg de C 6H6 una vez terminada la reacción. a) ¿Cuántos Kg de Cl2 se encuentran presentes inicialmente? b) ¿Cuál es la conversión conversión fraccionaria de C6H6? c) ¿Cuál es la composición composición molar del producto? producto?
ex
C6H6
100% Chis a
20%
+
Cl2
78 kg
70.906 Kg
120
130.9034 109.0862
109.0862 C=12 H=1 Cl=35.453
0
C6H5Cl
C l 2 2 necesario: 120 kg C 6H6
HCl
112.453
36.453
173.0046
56.0815
21.8172 21.8172 T.N.R.
C6H6 = [(12*6) + 6] = 78 Kg Cl2 = [70.906 Kg] C6H5Cl = [(12*6) + (5) + (35.453)] = 112.453 Kg HCl = [1 + 35.453] 35.453] = 36.453 Kg
Reactivo en exceso:
+
] = 109.0862 kg Cl [.
2
C l 2 2 exces exc es o: (0.20) * (109.0862 kg Cl 2) =21.8172 kg Cl 2 C l 2 2 total total: (1.2) * (509.0862 kg Cl 2) =130.9034 kg Cl 2 C l 2 2 si s i reacc iona: (109.0862 kg Cl 2) * (1) = 109.0862 kg Cl 2 C l 2 2 no reacci ona: (109.0862 - 109.0862) kg Cl 2 = 0 kg Cl 2 C l 2 2 T.N. R : (exceso + no reacciona) = (21.8172 + 0) kg Cl 2 =21.8172 Kg Cl2 C 6H 5C l produc ido : 120 kg C6H6 HCl produ produci ci do: 120 kg C 6H6
C ] = 173.0046 kg C H Cl [. 6 5
HC ] = 56.0815 kg HCl [.
12030 . ó = . = 78 30 = 3 78 Composición molar del producto:
(30 kg ) (1 (78 kg)) = 0.3846 3846 kg mol mol = (12030 kg 66) (1(78 kg 666)6) 1 (1)66 =1.1538=
2) =1.8462 = (130.9034 2 ) ((170.906 2 2 ) Kg-mol Cl2 no consumidos = (1.8462-1.1538) Kg-mol Cl 2 Kg-mol Cl2 no consumidos = 0.6924 Kg-mol Cl 2
) ) = 1.1538 = (1.1538 kgmol ) ((11 kg kg mol ) ) = 1.1538 (1.1538 kgmol ) ((11 = ) Con a + b + c + d = 1 Con aP + bP + cP + dP = P’ P’= (1.1538 + 0.3846 + 0.6924 + 1.1538) kg-mol P’ = 3.3846 kg-mol
1538 =0.3409 = 1.3.1538 3846 3846
3846 =0.1136 = 0.3.3846 3846 3846
=1
6924 =0.2046 = 0.3.6924 3846 3846
1538 =0.3409 = 1.3.1538 3846 3846
%P= (PM) * (moles de cada compuesto) xP= (112.453 kg)(1.1538 kg-mol) = 129.7483 kg yP= (78 kg)(0.3846 kg-mol) = 29.9988 kg zP= (70.906 kg)(0.6924 kg-mol) = 49.0953 kg wP= (36.453 kg)(1.1538 kg-mol) = 42.0595 kg ___________ P= 250.9019 Kg
=0.5171 = 129.7483 250.9019
29.9988 =0.1196 = 250.9019
49.0953 =0.1957 = 250.9019
42.0595 =0.1676 = 250.9019
=1
Comprobación de estequiometria:
∑ = ∑ C6H6
+
Cl2
=
C6H5Cl
120
+
109.0862
=
173.0046
229.0861 kg Respuestas: A= 130.9034 kg Cl2 Conversión = 3 a = 34.09; b = 11.36; c = 20.46
=
229.0861 kg
+
HCl
+ 56.0815
2.60 Se va a producir ácido acético por la adición de 10% de exceso de ácido sulfúrico a acetato de calcio. La reacción Ca(Ac)2 + H2SO4 ® CaSO4 + 2HAc se consume en un 90%. El Ca(Ac)2 y el ácido sulfúrico sin reaccionar, se separan de los productos de la reacción y el exceso de Ca(Ac)2 se recircula. El ácido acético se separa de los productos. Determinar a) La cantidad de material recirculado por hora en base base a 2000 lb de alimentación por hora, b) Las libras de ácido acético producido por hora
BF =1,000 Lb/hr R y D = ¿? Lb/hr [Ca(OOCCH3)2]
10 % H2SO4
+
Ar 0.9 ArR
90%
2(OOCH4)
1.1 Ar 0.1 Ar
Ar 0.9 Ar
1.8 Ar 0.1 Ar
0.1 Ar
BF =1,000 Lb/hr
/ℎ = 6.325 = 1,000 /ℎ 158.08 6.32599 /ℎ
+
CaSO4 0.9 Ar
S i s tema I
Reactivos:
Ca(OOCCH3)21 BF - 0.9 Ar = 0
= ../ = = 7.0288 /ℎ /ℎ
(6.2359 – 6.2359) mol-lb/hr = 0 0=0 H2SO42 AF – 0.9Ar = yD Donde AF = 1.1 Ar (7.7317 – 6.2359) mol-lb/hr = yD yD = 1.4058 mol-lb/hr
Productos
CH3COOH3 0 + 1.8Ar = P P = 12.6518 mol-lb/hr CaSO44 0 +0.9Ar = xD xD = 6.2359 mol-lb/hr
5 x
Ecuaciones adicionales
+y=1 + yD = D D = 7.6417 mol-lb/hr
5*D xD
/ℎ =0.8160 = 1.4058 /ℎ =0.1840 = 6.2359 7.6417 /ℎ 7.6417 /ℎ D = (7.6417 mol-lb/hr) * [(136 * 0.1840) + (98.016 * 0.8160)] D =802.4171 mol-lb/hr S i s tema I V
T=P+D+R
Reactivos:
Ca(OOCCH3)26 AF - 0.9 Ar = wT (7.0288 – 6.2359)mol-lb/hr = wT wT = 0.7929 mol-lb/hr H2SO47 AF – 0.9Ar = zT (7.7317 – 6.2359) mol-lb/hr = zT zT = 1.4058 mol-lb/hr
=1
Productos
CH3COOH8 0 + 1.8Ar = aT aT = 12.6518 mol-lb/hr CaSO49 0 +0.9Ar = bT bT = 6.2359 mol-lb/hr
10 a
Ecuaciones adicionales
+b+z+w=1 10*T aT + bT + wT + zT = T T = 21.0864 mol-lb/hr
6518 6518 /ℎ /ℎ =0.5999 = 12. 21.0864 0864 /ℎ /ℎ 0.7929 0.7929 /ℎ /ℎ =0.0376 = 21.0864 /ℎ /ℎ
6.2359 6.2359 /ℎ /ℎ =0.2957 = 21.0864 /ℎ /ℎ 1.4058 4058 /ℎ /ℎ =0.0667 = 21.0864 / /ℎ
S i s tema I I
Con entradas = salidas CH3COOH11 12.6518 mol-lb/hr = P P = 12.6518 mol-lb/hr CaSO412 6.2359 mol-lb/hr = xD xD = 6.2359 mol-lb/hr H2SO413 1.4058 mol-lb/hr = yD yD = 1.4058 mol-lb/hr Ca(OOCCH3)214 0.7929 mol-lb/hr = R R = (0.7919) * (158.08) R = 125.3416 lb/hr
Respuestas: R = 125. 3416 lb/ hr D = 802. 4171 lb/hr
=1
