tarea 1 ri

Universidad Nacional de CallaoEscuela Profesional de Ingeniería Química

Facultad de Ingeniería Química

“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria”

“CINÉTICA QUÍMICA”

2013 - A

Curso:

INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS I

Profesor:

Ing. MSc. Pablo Díaz Bravo

Integrantes:

ALTAMIRANO ONCOY,ANY 082133K BRAVO ORTEGA, ALAN 08 REBATTA HUARCAYA, MICHELL 090877E SOBRADOS QUISPE, OSCAR 082790A VELA MATTA, ALEXIS 082776I

Ciclo: VIII

Problemas de Calor de Reacción

PROBLEMAS DE CALOR DE REACCIÓN

1.- Hallar el calor de reacción a 145C para la reacción de producción de metanol,

CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)

SOLUCION

COMPONENTE A B C D¿∆ H (T0)

CH3OH 2.211 12.216 x10−3 −3.45 x10−6- -200660

CO 3.376 0.557 x 10−3 - −0.031 x105 -110525H2 3.249 0.422 x10−3

- 0.083 x105 -

∆A = 2.211−2x 0.083 x105

∆A = −7 .663

∆B = 12.216 x10−3−2 x0.422 x10−3−0.557 x 10−3

∆B = 10.815 x10−3

∆C = −3.45 x10−6

∆D = 0.031 x105−2x 0.083 x105

∆D = -13500

∆ H (T0)=∆ H (298)=¿-200660 - (-110525)

∆ H (298)=−90135

Ingeniería de las Reacciones Químicas Página 2


APLICAMOS LA SIGUIENTE ECUACION

∆ H (T)=∆ H (T 0)+R ∫ T0

T (∆A + ∆BT + ∆CT 2 + ∆DT−2¿dT

REEMPLAZANDO

∆ H (T)=−90135+8.314 ∫ 298418(−7.663+10.813 x 10−3T−3.45x 10−6T 2−13500T−2)

∆ H (T)=−90135+8.314 (−919.56+464.6124−53.5566−13.0053)

∆ H (T)=−94470.8299

2.- Para la siguiente reacción de formación de metanol

CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)



Se sabe que:

77 ºC (350 K) K = 95,123

227 ºC (500 K) K = 5,7x10-3

A partir de esta información desarrolle la expresión general para la constante de equilibrio en función de la temperatura

SOLUCION

DEL PROBLEMA ANTERIOR

∆A = −7.663

∆B = 10.815 x10−3

∆C = −3 .45 x10−6

∆D = -13500

APLICAMOS LA SIGUIENTE FORMULA

lnK=−JRT

+∆ AlnT +∆ B2

T +∆CT 2

6+∆ D2T 2

+ I

PARA 350K, K = 95,123

REEMPLAZANDO

ln (95.123 )= −JR (350 )

−7.663xln (350 )+10.815 x 10−3

2(350 )−3.45 x 10

−6(350)2

6− 135002(350)2

+ I

47.67747=−JR

x 2.8571x 10−3+ I……………………………(1)

PARA 500K, K = 5,7x10-3

REEMPLAZANDO



ln (5,7 x 10−3 )= −JR (500 )

−7.663 xln (500 )+ 10.815 x10−3

2(500 )−3.45 x10

−6(500)2

6− 135002(500)2

+ I

39.92205=−JR

x2 x10−3+ I …………………………………(2)

RESOLVIENDO (1) Y (2) SIMULTANEAMENTE

JR

=−9048.4424 I=21.8251

EXPRESION GENERAL SERIA:

lnK=9048.4424T

−7.663 lnT+ 10.813 x10−3

2T−3 .45 x10

−6T2

6−135002T2

+21.8251

3. La producción de 1,3 butadieno se puede realizar mediante la deshidrogenación del n-butano.



C4H 10(g )→CH2=CHCH=CH 2(g )+2H 2(g)

Las reacciones laterales se suprimen introduciendo vapor de agua. Si el equilibrio se alcanza a 900K y 1 bar y los productos del reactor contienen 10% molar de 1,3 butadieno, determine:

a) La fracción molar de los otros componentes en los productos gaseosos.b) La fracción molar de vapor de agua requerida en la alimentación.

SOLUCION:

ν=2+1−1=2

El número de la especie como se muestra la base es 1 mol y 1 + x moles de vapor al entrar.

n0=1+x

Entonces sea C4H 10(g ):1, CH 2=CHCH=CH 2(g): 2, 2H 2(g ):3

y1=1−ε

1+x+2 ε

y2=ε

1+x+2 ε=0.1

y3=2 y2=0 .2

De tablas:

ΔH 298=235030 J /mol

ΔG298=166365J /mol

Los siguientes datos de la tabla representan las especies de la reacción en el orden en que aparecen.

Componente A B (10-3) C (10-6) D (105)

C4H 10(g ) 1.935 36.915 -11.402 --------



CH 2=CHCH=CH 2(g) 2.734 26.786 -8.882 --------

H 2(g) 3.249 0.422 -------- 0.083

Δ A=∑i

n

ν i Ai=2×3.249+2.734−1.935=7.297

∆ B=−9.285×10−3

∆C=2.52×10−6

∆ D=1.66×104

Para T = 900 °K y T0 = 298 °K, entonces:

∆G=9.242kJ /mol

K=exp(−∆GRT )=0.30066

Entonces:

K=0.1×0.22× (1+x )+2 ε

1−ε

ε= K

K+0.22→ε=0.8826

x= ε0.1

−1−2 ε→ x=6.0606

Finalmente:

a)

y1=1−ε

1+x+2 ε=0.0133

yH 2O=1−0.2− y1=0.7867

b)



yvapor=x1+x

= 6.06061+6.0606

=0.8584

4. El butadieno puede producirse por la deshidrogenación de buteno sobre un catalizador moderado, para amortiguar los efectos térmicos dela reacción se inyecta internamente grandes cantidades de vapor con alimentación de buteno. Proporciones de H2O/buteno de 10 a 20 son típicas en muchos reactores industriales. Determine la composición del efluente correspondiente a las siguientes condiciones:

Tefluente= 820 K, P = 101,33 kPa Composición de alimentación: H2O = 90%, Buteno = 10%

Datos termodinámicos a 800 K:Componentes Hf (KJ/mol) Gf(KJ/mol)

H2O -246.53 -203.66Buteno -21.56 207.04

Butadieno 97.34 228.10

Solución:

Teniendo la reacción:C4H 8(g )→C4H 6(g )+H 2(g )

Hallo ∆ H y ∆G a 800 K:

∆G=228.10+0−207.04=21.06KJ∆ H=97.34+0−(−21.56 )=118.9KJ

Luego, hallo K a 800 K:

ln K=−∆GRT

ln K= −21.06KJ

(8.314 x 10−3KJ

mol .K)(800K)

ln K=−3.1663

K=0.042157

Luego con datos de tablas hallo el valor de ∆ H a la temperatura de salida del efluente (820K):



∆ H 820K=∆H 800K+R∫800

820

(∆ A+∆ BT+∆C T2+∆ DT2 )

De tablas termodinámicas, obtenemos los valores de ΔA, ΔB, ΔC y ΔD.

Compuesto ΔA ΔBx10-3 ΔCx10-6 ΔDx105

H2 3.249 0.422 - 0.083Buteno 1.967 31.63 -9.873 -

Butadieno 2.734 26.786 -8.882 -

De la anterior tabla tenemos:

∆ A=4.016

∆ B=−4.422 x10−3

∆C=0.991 x10−6

∆ D=0.083 x105

∆ H 820K=∆H 800K+R∫800

820

(∆ A+∆ BT+∆C T2+∆ DT2 )

∆ H 820K=118.9KJ+(8.314 x 10−3 KJmol .K

)∫800

820

(4.016−4.422 x10−3T +0.991 x10−6T 2+0.083 x 105

T 2 )∆ H 820K=119.0803KJ

Podemos observar que la diferencia entre las entalpías a las 2 temperaturas no difiere mucho, sin embargo, decidimos trabajar con el valor exacto para lograr mayor precisión en nuestros resultados.

Ahora procedemos a hallar la constante K a 820 K:

lnK2

K1

=−∆ HR

( 1T 2

− 1T 2

)

lnK2

0.042157=

−(119.0803)0.008314

( 1820

− 1800

)

K2=0.06524



Luego tomando como base 1 mol en la alimentación:

y i=ni

n

ni=n0+vi ϵ

n=n0+vϵ

y i=ni0+v iϵ

n0+vϵ

v=1+1−1=1

yC4 H 8=0.1−ϵ1+ϵ

yC4 H 6= ϵ1+ϵ

yH 2= ϵ1+ϵ

Tomando como gases ideales:

∅=1

K=Pv k y

0.06524=(1atm)( ϵ 2

(1+ϵ)(0.1−ϵ ))

Resolviendo:

ϵ=0.05541

Entonces la composición sería:

yC4 H 8=0.1−0.055411+0.05541

=4.22%

yC4 H 6= 0.055411+0.05541

=5.25%

yH 2= 0.055411+0.05541

=5.25%

yH 2O= 0.91+0.05541

=85.27%



Asumiendo gas real:

Compuesto Tc(K) Pc(bar) Tr Pr ω B0 B1 φ

H2425.

242.77 1.9285 0.02369 0.19 -0.064557 0.12809 0.9995

Butadieno33.1

913.13 24.7062 0.07716

-0.216

0.0805 0.13899 1

Buteno 420 40.43 1.9524 0.025 0.191 -0.061678 0.12864 0.9995

Ya que los coeficientes de fugacidad tienden a 1, el Kφ será prácticamente la unidad, y no variaran los resultados obtenidos para un gas ideal.


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