INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑOCOORDINACION INGENIERIA QUIMICAASIGNATURA: BALANCE DE MATERIA Y ENERGIAPROF: YELICKZA ZAMBRANO

RESOLUCION DE BALANCES E MATERIA CON REACION

QUIMICA

Todo análisis de procesos químicos incluye escribir y resolver balances de materia para dar cuenta de todas las especies del proceso en las corrientes de alimentación y de producto. Esta guía esboza e ilustra un método sistemático para el cálculo de balances de materia con reacción química, siendo la ecuación general de balance:

Entrada + Generación – Salida – Consumo = Acumulación

siendo la acumulación igual a cero. Las sustancias reaccionantes pueden estar en exceso o en defecto. El reactivo limitante es aquél que se consumiría en su totalidad si la reacción procediera hasta un 100% es decir, se completara. Todos los demás reactivos deben alimentarse en proporciones estequiométricas respecto al reactivo limitante. (las velocidades de alimentación guardan proporción de los coeficientes estequiométricos) o en exceso respecto al reactivo limitante (en proporción mayor de la estequiométrica respecto de él)

El requerimiento teórico de un reactivo en exceso es la cantidad necesaria para que éste reaccione en su totalidad con el reactivo limitante. El porcentaje en exceso del reactivo es:

% exceso= cantidad a lim entada−cantidad requerida en teoriacantidad requeriaen teoria

×100

La fracción de conversión de un reactivo es la relación entre la cantidad de éste que reacciona y la cantidad que se alimenta. Las fracciones de conversión de diferentes reactivos por lo general difieren entre si a menos que dichos reactivos sean alimentados en proporciones estequiométricas.

El grado de avance de la reacción, , es una cantidad independiente que satisface la ecuación:

ni=ni 0+ν i ξ

Donde ni son los moles de la especie i que salen del reactor, ni0, son los moles de la especie i que se alimentan al reactor y i es el coeficiente estequiométrico de la especie i (negativo para los reactivos, positivo para los productos y cero para las especies no reaccionantes)

EJEMPLO: DESHIDROGENACIÓN DEL ETANO

C2H6 C2H4 + H2

ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE

DE MATERIABALANCE EN H2: GENERACIÓN = SALIDA = 40 Kgmol/min

BALANCE EN C2H6:ENTRADA = SALIDA + CONSUMO

100=n1+(1 Kgmol C2 H 6

1Kgmol H2)×40

Kgmolmin

H2

n1= 60 Kgmol/min

BALANCE EN C2H4:GENERACIÓN = SALIDA

( 1Kgmol C2 H 4

1 Kgmol H 2)×40

Kgmolmin

H2=n2

n2= 40 Kgmol/min

BALANCE EN ESPECIES ATOMICAS

BALANCE EN C:

( 2átomosC1Kgmol C2 H6

)×100Kgmol

min C2 H6=( 2átomosC

1KgmolC 2 H6)×n1 Kgmol C2 H6

+( 2 átomosC1 Kgmol C2 H4

)×n2Kgmol

min C2 H 4

100 = n1 + n2 (1)

BALANCE EN H :

( 6 átomos H1Kgmol C2 H 6

)×100Kgmol

min C2 H 6=( 6 átomosC

1KgmolC 2 H 6)×n1 Kgmol C2 H6

+( 4 átomosC1 Kgmol C2 H4

)×n2Kgmol

min C2 H 4+( 2 átomosH

1Kgmol H2)×40 Kgmol /min H2

520 = 6n1 + 4n2 (2)

Que al resolver de manera simultánea:n1= 60 Kgmol/minn2= 40 Kgmol/min

AVANCE DE LA REACCIÓNUna tercera forma de 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 (o cantidad molar) en términos del grado de avance de la reacción.Para el H2: ni=ni 0+ν i ξ 40 = 0 + 1* = 40 Kgmol/minPara el C2H6:n1 = 100 – 1*40 = 60 Kgmol/min