GUÍA 9 DE BALANCE DE MASA Y ENERGÍA – Curso Intersemestral Profesor JUAN ANDRÉS SANDOVAL HERRERA

F.U.A. 2014 TALLER - Balances de energía con reacción química

1. Se oxida óxido nítrico en un reactor adiabático

continuo: 2 NO(g) +O2(g) → 2 NO2(g)

Se alimenta NO y O2 en proporciones estequiométricas a

700 °C.

Calcular la temperatura de salida, para un mol de NO, si la reacción se completa. RESPUESTA: T ≈ 1743 °C 2. Para fabricar formaldehído se hace reaccionar una mezcla de metano y aire en un lecho catalítico, en el que tiene lugar la reacción: CH4 + O2 → HCOH + H2O Al reactor se alimenta aire fresco y metano a 177°C y presión atmosférica. Para mejorar el rendimiento se introduce 100% de exceso de aire respecto al estequiométrico. A pesar de ello, sólo se transforma en formaldehído el 13% del metano alimentado, quemándose 0,5% del mismo a dióxido de carbono y agua. Los gases calientes abandonan el reactor a 192°C. Para eliminar el calor desprendido en la reacción se hace circular agua a 27°C por una camisa exterior, de la que sale a 41°C. En un ensayo de 4 horas se obtuvieron en los

productos de reacción 13,3 kg de agua.

Calcular el caudal de agua de refrigeración necesario.

Componente Calor específico molar promedio (kJ/kmol*K)

Entalpía de formación a 25°C (kJ/kmol)

CH4 129,6 -75,03

HCOH 129,6 -40

H2O 34,6 -241,6 CO2 43,2 -393,1

O2 32,2 --- N2 29,1 ---

RESPUESTA: �̇� ≈ 533,4 kg/h

3. 1500 Kg/h de un fuel que contiene un 88% de C y un 12% en MASA de H se queman en un horno dando un gas de chimenea que contiene CO2, O2, N2 y H2O, con la siguiente composición MOLAR en base seca: CO2: 13,1%, O2: 3,7 %, N2: 83,2% El aire y el fueloil entran al horno a 25°C y el horno pierde por las paredes 4,5∙106 kCal/h. Calcular: a) Los kmol de gas de chimenea que se producen. b) Los kmoles de agua de combustión en el gas de chimenea por cada 100 kmoles de gas de chimenea seco. c) El exceso de aire empleado

d) La temperatura de salida de los gases de chimenea.

DATOS:

Calores específicos de los gases (kcal/kmol °C):

CO2: 10,2; O2: 7,3; N2: 7,9; H2O (v): 8,3

Variación entálpica de la reacción a 25°C: C + O2 → CO2

AH0=-94502 kCal/kmol

Entalpía de formación de H2O (l) a 25°C: -68320 kCal/kmol

Calor latente de vaporización del H2O a 25°C: 10600

kCal/kmol.

RESPUESTAS: A) 929,25 kmol totales de gas de chimenea; B) 10,72

kmol de agua por cada 100 kmol de gas de chimenea seco; C) 19,75 % de exceso de aire, D) T ≈ 1481,43 °C

4. El amoníaco se oxida con aire para formar óxido nítrico en el primer paso de la producción de ácido nítrico. Ocurren dos reacciones principales: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O 2 NH3 + 3/2 O2 → N2 + 3 H2O Consultando los datos de las tablas, calcular la velocidad de transferencia de calor hacia o desde el reactor.

RESPUESTA: -81,5 kW (transferido desde el reactor)

5. Se quema propano alimentado a 80 °C con 200 % de exceso de aire precalentado a 200 °C. Si la combustión es completa, calcular: a) Temperatura de llama adiabática. b) Cantidad máxima de vapor a 100 bar que se podría generar por mol de propano quemado, si los gases de combustión se ponen en contacto, a 20 °C por encima de la temperatura del vapor saturado, con unos tubos por donde circula agua saturada a 100 bar (Esta agua es la que se va a convertir en vapor). RESPUESTAS: a) aproximadamente T = 1128,3 °C. (Simplificando la expresión del Cp en los productos a los dos primeros términos y

dejando completo en los reactivos); b) 1,5 (aprox.) kg de vapor generado por mol de propano quemado.