TALLER DE BALANCE DE MASA Y ENERGÍA. SISTEMAS CON REACCIÓN QUÍMICA

1. Para producir un gas combustible a base de CO y H2 se realiza la reacción de propano (C3H8) con vapor de agua mediante la reacción:

C3H8 + 3H2O 3CO + 7H2 Se utiliza 20 % de exceso de vapor de agua para obtener conversión en el reactor del 65 %. Calcule los flujos de alimentación al reactor requeridos para producir 350 kmoles de monóxido de carbono (CO).

2. La producción de óxido de etileno (C2H4O) se realiza en un reactor al que se alimenta etileno (C2H4) y aire seco

(79 % molar de N2 y 21 % molar de O2). En el reactor ocurren las siguientes reacciones:

2C2H4(g) + O2(g) 2C2H4O(g) C2H4(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 2H2O(g)

Sí al reactor se suministran 5 moles de oxígeno por cada 3 moles de etileno y se obtienen 200 moles/h de óxido de etileno. Además para el etileno se registra conversión del 25 % y selectividad a óxido de etileno del 75 %. Calcule la cantidad de reactivos que debieron alimentarse al reactor.

3. A un reactor catalítico se carga una alimentación que contiene 6 moles de H2 por cada 2 moles de CO2. Dentro del reactor

ocurren las reacciones:

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)

Calcule cuánto metano (CH4) se produce por mol de CO2 alimentado al reactor.

4. En un reactor se alimenta amoniaco (NH3) y aire húmedo que contiene (base molar) 78,0 % de N2, 20,5 % de O2 y el resto es agua. Las reacciones que ocurren son:

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NH3 + 1,5O2 N2 + 3H2O

Sí el flujo de alimentación de oxígeno (O2) es de 130 kmoles/h, la conversión en el reactor es del 70 % y la selectividad del amoniaco al óxido nitroso (NO) es del 90 %. Calcule la composición para la corriente de salida del reactor.

5. En el proceso para producir amoniaco (NH3) la reacción se realiza a alta temperatura con un catalizador adecuado.

3H2 + N2 2NH3

Como la conversión en el reactor es baja, la recirculación es necesaria. Para evitar acumulación de argón en el sistema se realiza una purga. En el sistema presentado en la figura, la alimentación fresca compuesta de 75,16 % de hidrógeno (H2), 24,57 % de nitrógeno (N2) y 0,27 % de argón (Ar) se mezcla con la recirculación generando una corriente alimentada al reactor con 79,52 % de H2. Sí la purga contiene 80,01 % de H2 además de N2 y Ar. Asumiendo porcentajes molares, determine la conversión de hidrógeno (H2) en el reactor y las moles de la purga por cada 100 moles de alimentación fresca.

Purga

NH3

H2

N2

Ar

H2

N2

Ar

Reactor

Separador