BME_Gabriela_R2_U2.docx

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Rúbrica 2. Ejercicios de la Unidad II Resolver los ejercicios planteados por el docente de acuerdo a los temas que se analizaron en clase.  Si van a desarrollar cálculos, fórmulas o procedimientos numéricos deberán realizarse en el editor de ecuaciones 3.0 que se encuentra en el “menú insertar objeto” de Word.  Formarán equipos de 6 personas y sincronizaran el trabajo al Dropbox.  Solo en los problemas de aplicación mostrar la secuencia basado en el planteamiento de los datos, fórmula, sustitución, resultados y conclusión. Contenido  Formarán equipos de 6 personas y sincronizar el trabajo al Dropbox.  De manera aleatoria se elegirá a un integrante y un problema para exposición presencial. ADVERTENCIA: Todo trabajo igual o similar a los demás equipos en automático tendrán 0 pts. para todos los integrantes. Fecha de entrega del trabajo 25 DE MARZO DEL 2015 Indicadores evaluados AyE No. De equipo #1 Grupo G11 Trabajo

Puntaje mínimo requerido para acreditar esta rúbrica es A=90 y E=90 puntos Nota: En caso de modificar el formato original, no se entregan con los requisitos mínimos o se entregan trabajos plagiados se omitirá para su revisión con puntaje de 50 (NA); para casos no contemplados darlo a conocer con el docente con anticipación. Integrantes del Equipo No. 1 2 3 4 5 6 7

Nombre del Alumno

Número de control

Ávila Pérez Jazmín Montzerrat Bautista Santiago Luis Eduardo Flores Morales Juan José Hernández Hernández Gabriela Hernández Zúñiga Edgar Herrera Tovar Paloma Guadalupe Rojas Santiago Paloma

13IAM022 13IAM007 13IAM049 13IAM003 13IAM014 13IAM035 13IAM002

INDICADOR

RUBRO Identificación de datos, fórmula o método Procedimiento de

EXCELENTE Identifica y presenta ordenadamente los datos de los ejercicios. (20 puntos)

NOTABLE Identifica y presenta sin orden los datos de los ejercicios. (10 puntos)

BUENO Identifica y presenta parcialmente los datos de los ejercicios. (5 puntos)

SUFICIEN Le cuesta identificar y pr de los ejercicios. (3 punto

Resuelve los ejercicios siguiendo un

Resuelve los ejercicios con

No culmina los pasos al

Le

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

cuesta

resolver

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental proceso ordenado y da la respuesta correcta. (20 puntos) La terminología y notación correctas fueron siempre usadas haciendo fácil de entender lo que fue hecho. (20 puntos)

los ejercicios

A

Terminología y notación

algún desorden u omisión de algunos pasos. (10 puntos) La terminología y notación correctas fueron, por lo general, usadas haciendo fácil de entender lo que fue hecho. (10 puntos) Todos menos 1 de los ejercicios fueron resueltos. (10 puntos)

resolver los ejercicios. (5 puntos) La terminología y notación correctas fueron usadas, pero algunas veces no es fácil entender lo que fue hecho. (5 puntos) Todos menos 2 de los ejercicios fueron resueltos. (5 puntos)

siguiendo un proceso puntos) Hay poco uso o mucho de la terminología y puntos)

Muestra conclusiones detalladas, claras y entendibles, sobre el problema. (20 puntos) No hay errores ortográficos o de puntuación ni gramaticales. (10 puntos)

Muestra conclusiones claras y entendibles, en cuartilla. (10 puntos) Presenta máximo 3 errores ortográficos o de puntuación. Presenta máximo 3 errores gramaticales. (08 puntos)

Muestra conclusiones b entendibles. (3 puntos)

En la investigación incluyeron ejemplos, fórmulas y operaciones desarrolladas en el editor de ecuaciones 3.0 al 100%. (20 puntos)

En la investigación incluyeron ejemplos, fórmulas y operaciones desarrolladas en el editor de ecuaciones 3.0 al 90%. (18 puntos)

El trabajo es entregado a las 19:00 horas (20 puntos) Primera oportunidad de exposición (un alumno pasa al frente a explicar el problema de acuerdo a criterios del docente) (30 puntos)

El trabajo es entregado a las 19:01 horas (18 puntos) Segunda oportunidad de exposición (un alumno pasa al frente a explicar el problema de acuerdo a criterios del docente). (18 puntos)

Los 6 integrantes tienen los problemas escritos en su libreta, en forma clara, precisa, sin manchas, borrones, etc. (20 puntos)

Los 5 integrantes tienen los problemas escritos en su libreta, en forma clara, precisa, sin manchas, borrones, etc. (18 puntos)

Muestra conclusiones breves y entendibles, en media cuartilla. (5 puntos) Presenta de 4 a 6 errores ortográficos o de puntuación. Presenta máximo 4 a 6 errores gramaticales. (06 puntos) En la investigación incluyeron ejemplos, fórmulas y operaciones desarrolladas en el editor de ecuaciones 3.0 al 80%. (16 puntos) El trabajo es entregado a las 19:02 horas (16 puntos) Tercera oportunidad de exposición (un alumno pasa al frente a explicar el problema de acuerdo a criterios del docente) (16 puntos) Los 4 integrantes tienen los problemas escritos en su libreta, en forma clara, precisa, sin manchas, borrones, etc. (16 puntos)

Todos los ejercicios fueron resueltos. (20 puntos)

Solución de los ejercicios

Conclusiones

Ortografía y puntuación

E

Ejemplos, fórmulas y operaciones desarrolladas Puntualidad del trabajo

Exposición aleatoria

Trabajo en equipo

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Varios de los ejercic resueltos. (3 puntos)

Presenta más de 7 errore de puntuación. Presenta más de 7 errores (04 puntos)

En la investigación incluy fórmulas y operaciones d el editor de ecuaciones 3. puntos)

El trabajo es entregado a (14 puntos) Cuarta oportunidad de ex alumno pasa al frente a ex problema de acuerdo a cr docente) (14 puntos)

Los 3 integrantes tienen l escritos en su libreta, en f precisa, sin manchas, bor puntos)

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

1.-Una

mezcla

gaseosa

tiene

la

siguiente

composición

en

%

mol:

N 2 (22%), CL2 (28%), H 2 (35%), CH 2 (15%) se tiene 12kg de esta mescla a una presión de

6 atm y

25 o C

de temperatura dicha mezcla se envía a un reactor donde se efectúa la

transformación

H 2  CL2  2 HCL

Esta reacción tiene una eficiencia de 80% y los gases salen del reactor 7 atm y

35 o C

Determiné a) El peso molecular promedio de la masa gaseosa a la entrada y a la salida del reactor b) El volumen de la mezcla gaseosa que sale del reactor c) La composición de la mezcla gaseosa en % peso al final de la reacción. Datos : Compuesto N2

% mol 22%

Cl 2

28%

H2

35%

CH 4

15%

Obtencion de nt

12Kgr. 80% de Eficincia

mt  xi  PM

De Kilogramos a Gramos

nt 

1000 grs 12kgr  12000Grs. 1kgr

12000 grs  415.80 28.86

Tabla 1: Sustancias que reaccionan Componente % Mol PM i Xi

n1

n2

Mi

N2

22

28

0.22

6.16

91.47609148 2561.330561

Cl 2

28

70

0.28

19.6

116.4241164

H2

35

2

0.35

0.7

145.5301455 291.0602911

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

8149.68815

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental CH 4

15

16

0.15

Total: 50 116 1 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

2.4 28.86

62.37006237 997.9209979 415.8004158

12000

Tabla 2: Obtención de los gramos totales en lo productos y reactivos H2 + Cl2 ----> 2HCl 1 mol (2 grs/mol) + 1 mol (70grs/mol) ----> 2 mol (36 grs/mol) 2 grs + 70 grs = 72 grs 72 grs = 72 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 3: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante Reactivo en EXCESO

obtenemos los gramos del H2 + Cl2 ---->

H2 2 grs 291.06 grs

Reactivo LIMITANTE

H2

2HCl 72 grs 10478.17048 grs

obtenemos los gramos del Cl2 + Cl2 ----> 2HCl 70 grs 72 grs 8149.68815 grs 8382.536383 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Tabla 4: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso obtenemos los gramos del N2 H2 + Cl2 ----> 2HCl 2 grs 72 grs 232.8 grs 8382.536383 grs

Reactivo necesario

Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Resta Reactivo en Exceso o Residuo 291.06029 Disponible - 232.84823 Necesario  58.212158 Exceso o Residuo

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR) 

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico  80 83.82.5364 

(MPT) 

100

100

MPR  6706.0291

Masa Acumulada : MPTeorico - MPReal Masa Acumulada : 8382.536 - 6706.0291 Masa Acumulada : 1676.507 grs. Balance de Masa Entrada  Salida Entrada  Masa del Cl 2  Masa del H 2 Entrada  8149.6881  291.06029 Entrada  8440.7484

Salidas Salidas  MPR  Residuo  Excesos Salidas  6706.0291  58.212058  1676.5073 Salidas  8440.7484

Tabla 5: Sustancias que reaccionan Componente

PM i

N2

28

CH 4

16

HCl

37

Mi

nI

Xi

91.476091

0.1720239

4144.6985

259.04366

0.4871405

6706.0291

181.24403

0.3408356

2561.3306

Total: 81 13412.058 531.76378 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

1

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

% en Vol

17.20239 2 48.71404 7 34.08356 1 100

PM promedio 4.8166698 7.7942476 12.610917 25.221835

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Balance Total Entrada  Masa del Cl 2  Masa del N 2  Masa del H 2  Masa del CH 4 Entrada  2561.331  8149.6881  291.06029  997.9.21 Entrada  12000 Salida 1  MPR  Residuos  Masa del Cl2  Masa delCH 4 Salida 1  6706.029  58.212058  2561.3306  997.921 Salida 1  10323.49 Salida 2  Acumulados Salida 2  1676.507 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  10323.49  1676.507 Salida Total  12000 Entrada  Salida Total 12000  12000

Respuestas: A) Componente

PM promedio(Entrada al reactor ) Componente

N2 Componente Cl2 N2 H2 CH 4 CH 4 HCl

Total:

6.16 % en Vol N 2 19.6 17.202392CH 4 0.7 48.714047HCl 2.4 34.083561 Total: 28.86

PM promedio(Sallida al reactor )

4.8166698 7.7942476 12.610917 25.22183478

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

B)

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental % en peso 

Mi 100 Mt

2561.3306 100  19.097222% en peso 13412.058 4144.6985 CH 4  100  30.902778 % en peso 13412.058 6706.0291 HCl  100  50% en peso 13412.058 N2 

C)

Conclusión: De acuerdo a las operaciones antes resueltas, para tener la máxima cantidad de

requieren

232.8grs de Cl 2

se

291.06 grs y que hay

disponibles. Tenemos que el reactivo en

exceso es el H2 y el reactivo limitante es el

Cl 2

, de los cuales la cantidad de H2 en exceso

58.212158 grs es de

2 HCL

6706.0291grs . La masa del producto real es de

; la masa acumulada es

1676.507 grs de

. El peso molecular promedio a la entrada y salida del reactor de la mezcla,

el volumen de salida y su composición en % peso se muestra anteriormente en las operaciones respectivas.

2.-Cuando se alimentan al quemador de una caldera 2500 litros de gas natural

(92%mol de CH 4 y 8% mol de N 2 )a 50 o C

Y 1.75 atm, el metano reacciona con el oxígeno

del aire (mismo que es alimentado en cantidades estequiometrias), de acuerdo con la

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental siguiente reacción:

CH 4  2O2  CO2  2 H 2 O

con una eficiencia de 97%. Los gases que

se obtienen después de la reacción salen del quemador a

40 o C

y atm Determine:

a. la densidad de los gases a la salida del quemador b. el peso molecular promedio de los gases a la salida del reactor Datos :

Dencidad  0.0000717 g/cm 3

2500 litros 92% CH 4

2500L

8% N 2



1000cm 3  25000000 cm 3 1L



m  25000000 cm 3 0.0000717 g / cm 3 m  1792.5 grs 1792.5 grs NT   103.73 grs 17.28

50C  273  323K 1.75atm 40C  273  313K 1 atm



Tabla 6: Sustancias que reaccionan Compuesto

% mol

PMi

Xi

Ni

CH 4

92

16

0.92

14.72

95.4340278 1526.94444

O2

8

32

0.08

2.56

8.29861111 265.555556

1

17.28

103.732639

Total: 100 48 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

N2

Mi

1792.5

Tabla 7: obtenemos los gramos totales en lo productos y reactivos CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O 1mol (16 grs/mol) +2 mol (64grs/mol) ----> 1 mol (44 grs/mol)+2mol (18 grs/mol) 16 grs + 64 grs = 44 grs 36 grs

80 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

=

80 grs

Tabla 8: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante

Reactivo en EXCESO

obtenemos los gramos del CH4 CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O 16 grs 80 grs 1526.9444 grs 7634.722222 grs

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

Reactivo LIMITANTE

obtenemos los gramos del O2 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O 64 grs 80 grs 265.55556 grs 331.9444444 grs

CH4

Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Tabla 9: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso obtenemos los gramos del CH4 Reactivo necesario CH4 + 2O2 ----> CO2 + 2H2O 16 grs 80 grs 66.388889 grs 331.9444444 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Resta Reactivo en Exceso o Residuo 1526.944444 Disponible - 66.38888889 Necesario  1460.555556 Exceso o Residuo Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR) 

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico  97  331.94444  100

MPR  321.9861111grs

Masa Acumulada : MPTeorico - MPReal Masa Acumulada : 331.9444444 - 321.986111 Masa Acumulada : 9.958333333 grs.

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

100

(MPT) 

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

Salidas Salidas  MPR  Residuo  Excesos Salidas  321.9861111  1460.5556  9.95833333 Salidas  1792.5

Balance de Masa Entrada  Salida Entrada  Masa del CH 4  Masa del O2 Entrada  1526.944444  265.555556 Entrada  1792.5

Tabla 10: Sustancias que reaccionan Componente

PM i

Mi

nI

Xi

% en Vol

95.4340277 0.9483905 94.839053 1526.9444 8 5.19332437 H 2 O  CO2 62 0.0516095 5.1609471 321.98611 3 100.627352 Total: 16 1848.9306 1 100 2 Fuente: (Elaboración Propia, 2015) CH 4

16

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

PM promedio 15.174248 3.1997872 18.374036

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Balance Total Entrada  Masa del CH 4  Masa del O2 Entrada  1526.944444  265.55556 Entrada  1792.5 Salida 1  MPR  Residuos Salida 1  321.9861111  1460.5556 Salida 1  1782.541667 Salida 2  Acumulados Salida 2  9.958333333 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  1782.541667  9.9583333 Salida Total  1792.5 Entrada  Salida Total 1792.5  1792.5

Respuestas: P * PM T *R (1atm)(16 grs / mol ) grs Temp : C  40  273  313k CH 4   0.62 lts.  313K   0.082 atm * lts  mol * k   (1atm)(62 grs / mol ) grs R  0.082 H 2 O  CO 2   2.42 lts.  313K   0.082 atm * lts  mol * k  



Presion :1atm.

A)

Componente

CH 4 H 2 O  CO2

Total:

PM promedio

B)

15.174248 3.1997872 18.374036

Conclusión:

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Para obtener la máxima cantidad de

CO2  2 H 2O

se requieren

66.388889grs de N 2

1526.9444 grs

hay

disponibles. Tenemos que el reactivo en exceso es

limitante es el

O2

N2

, de los cuales la cantidad de

y el reactivo

1460.555556 grs en exceso es de

321.9861111grs masa del producto real es de

N2

. La

9.958333333 grs. ; la masa acumulada es de

La densidad y el peso molecular de los gases a la salida del quemador y del reactor

H 2O  CO 2

0.62 es de

grs lts.

,

15.174248

2.42 ,y

grs lts.

,

3.- A un quemador se alimentan

3.1997872

de octano

CH 4

y

respectivamente.

(C8 H 8 )

500 L / h

19 atm

a una presión de

y

C8 H 8  25 / 2O2  CO2  9 H 2 O

50 C una temperatura de

y que

efectuándose la reacción

von

85 %

una eficiencia de

. El oxígeno empleado para la reacción proviene del aire y se 30 %

alimenta con exceso de

. Determine:

a) La composición de la mezcla gaseosa obtenida al finalizar la reacción. b) El peso molecular promedio de la mezcla final.

80 C c) La densidad total de la mezcla, si esta sale a

585 mmHg

y

d) Las presiones y los volúmenes parciales a la salida del reactor.

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

.

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Datos : Compuesto

% mol

C8 H

50%

O2

50%

V  500 L

m  C8 H 10 * V

De litros a cm 3

80% de Eficiencia

 C8 H 8  0.703 grs / cm 1000cm 3 (0.703 grs )(500000cm 3 ) 3 5000 L  5000000cm . 1L 351500 grs. 3

Obtencion de nt nt 

obtencion del gasto volumetri co V 500 L / h G   500 L  1h

mt  xi  PM

351500 grs  3931.77 grs. 89.40 grs

Tabla 11: Sustancias que reaccionan Componente

% Mol

PM i

Xi

n1

n2

Mi

C 8 H 18

70

114

0.7

79.8

2752.2371 4

313755.03

Cl2

30

32

0.3

9.6

1179.5302

37744.966

Total:

100

146

1

89.4

3931.7673 4

351500

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 12. Obtención de los gramos totales en lo productos y reactivos C8 H18

+

25/2 O2

---->

8CO2

+

9H2O

1 mol(114 grs/mol)+25/2 mol (32grs/mol)---->8 mol(44 grs/mol)+9 mol(18 grs/mol)

114 grs

+

400 grs

=

352 grs

514 grs

=

514 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

+

162 grs

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Tabla 13: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante obtenemos los gramos del C8 H18

Reactivo en EXCESO

C8 H18

+

25/2 O2 ---->

8CO2

+

9H2O

114 grs

514 grs

313755.03 grs

1414649.89 grs

obtenemos los gramos del O2 Reactivo LIMITANTE

C8 H18

+

25/2 O2 ----> 8CO2

+

9H2O

400 grs

514 grs

37744.966gr s

48502.2819 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 14: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso obtenemos los gramos del C8 H8 Reactivo necesario C8 H18 + 25/2 O2 ----> 8CO2 + 9H2O 114 grs 514 grs 10757.315 grs 48502.2819 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Reactivo en Exceso o Residuo  m disponible  m necesario  313755.25 - 10757.31  302997.94

Masa del Producto Real(MPR)  

 85 48502.27   41226.93

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico 100

100

Masa acumulada  Mproductos teoricos - Mproductos reales  48502.27  41226.93  7275.34

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

(MPT) 

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Balance de Masa Entrada  Salida Entrada  313755.25  37744.96

Salidas Salidas  MPR  Residuo  Excesos Salidas  41226.93  302997.94  7275.34

Entrada  351500.21

Salidas  351500.21

Entrada  Masa del C 8 H 8  Masa del O 2

Tabla 15: Sustancias que reaccionan % en Vol

PM promedio

664.95048 0.19459

19.458998

12.064579

114 313755.03 2752.2371 0.80541

80.541002

91.816742

100

103.88132

Componente

PM i

CO8  H 2 O

62

C 8 H 18

Mi

41226.93

nI

Total: 176 354981.96 3417.1876 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Xi

1

Balance Total Entrada  Masa del CO 2  Masa del O2 Entrada  313755.25  37744.96 Entrada  351500.21 Salida 1  MPR  Residuos  Masa del C8 H 8  Masa delO2 Salidas  41226.93  302997.94  7275.34 Salidas  34422.87 Salida 2  Acumulados Salida 2  7275.34 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  34422.87  7275.34 Salida Total  351500.21 Entrada  Salida Total 12000  12000

Respuestas:

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental A) Componente

CO 2  H 2 O

C 8 H 18

Total:

MI

41226.93 313755.0 3 354981.9 6

B) Componente

PM Promedio

CO 2  H 2 O

62

C 8 H 18

114

TOTAL

176

Componente

Densidad

CO 2  H 2 O

C 8 H 18

TOTAL

C)

1.65gr/l 3.03gr/l 4.68gr/l

D) Componente

Volumen

CO 2  H 2 O

24996.95676

C 8 H 18

103462.6703

TOTAL

128459.6271

Presión

1.05

Conclusión:

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Para tener la máxima cantidad de

CO2  9 H 2O

10757.315grs de C8 H 8

se requieren

y que

C8 H 8

313755.03 grs

hay

disponibles. Tenemos que el reactivo en exceso es él

limitante es el

O2

y el reactivo

302997.94 grs

, de los cuales la cantidad de en exceso es de 6706.0291grs

producto real es de

. La masa del

41226.93grs

; la masa acumulada es de

. La composición

de la mezcla, el peso molecular promedio, la densidad, las presiones y los volúmenes parciales a la salida del reactor se muestran en los anteriores incisos respectivamente.

307.7 mol

4.- Si se tiene una mezcla gaseosa de

30 C

1 atm

y

50 atm

, que se somete a una presión de 50 %

que se licua

de

H2

O2 He 1300 Ne 4500 de . de y de a

del

O2

y se baja a la temperatura, con la

; después, se hace pasar la mezcla sobrante por un arco eléctrico

y se desarrolla la siguiente reacción quica: H 2  1 / 2O2  H 2 O 80 %

Si esta se efectúa a

de eficiencia, determine el peso molecular promedio de la mezcla 20 %

gaseosa después de la reacción, tomando en cuenta que hay respecto al teórico necesario.

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

en exceso de

H2

,

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

Datos H 2  1125 mol O2 

20 %

4500mol O2 5625

20  4500  1125 mol 80

80 % 100

Tabla 16: Sustancias que reaccionan Componente PM i % Mol

Xi

n1

Mi

n2

H2

20

2

0,2

0,4

43,2692308

86,538462

O2

80

32

0,8

25,6

173,076923

5538,4615

1

26

216,346154

5625

Total: 100 34 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Tabla 17: Obtención de los gramos totales en lo productos y reactivos H2O

+

1/2 O2

---->

H2O

1 mol (2 grs/mol) + 1/2 (32grs/mol) ----> 1 mol (18 grs/mol) 2 grs + 16 grs = 18 grs 18 grs = 18 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 18 : Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante Reactivo LIMITANTE

H2 2 grs 86,538462 grs

Reactivo en EXCESO

H2

obtenemos los gramos del H2 + 1/2O2 ----> H2O 18 grs 778,846154 grs

obtenemos los gramos del 1/2O2 + 1/2O2 ----> H2O 116 grs 18 grs = 5538,4615 grs = 6230,76923 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Tabla 19: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso Reactivo necesario

H2

obtenemos los gramos del 1/2O2 + 1/2O2 ----> H2O 16 grs 18 grs 692,30769 grs 778,846154 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Resta Reactivo en Exceso o Residuo 5538.462 Disponible - 692.3077 Necesario  4846.154 Exceso o Residuo Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR)

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico

(MPT) 

100

 80%  778.8462   100

MPR  623.0769 grs

Masa Acumulada : MPTeorico - MPReal Masa Acumulada : 778.8462 - 623.0769 Masa Acumulada : 155.7692 grs. Balance de Masa Entrada  Salida Salidas Entrada  Masa del H 2  1/2 O2 Salidas  MPR  Residuo  Excesos Entrada  5538,462  86,53846 Salidas  623.0769  4846.154  155.7692 Entrada  5625 Salidas  5625

Tabla 20: Sustancias que reaccionan

Mi

PM i

O2

16

5538,4615 346,15385 0,9090909 90,909091

14,545455

H 2O

18

623,07692

1,6363636

nI

Xi

PM promedio

Componente

% en Vol

34,615385 0,0909091 9,0909091

Total: 34 6161,5385 380,76923 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

1

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

100

16,181818

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Balance Total Entrada  Masa H 2  Masa O2 Entrada  86,53846  5538,462 Entrada  5625 Salida 1  p Real  Residuos Salida 1  623,0769  4846,154 Salida 1  5469,231 Salida 2  Acumulados Salida 2  155,7692 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  5469,231  155,7692 Salida Total  5625 Entrada  Salida Total 5625  5625

Respuesta: A)

Componente

PM promedio

O2

14.545455

H 2O

1.6363636

Total:

16.181818

Conclusión:

Para tener la máxima cantidad de

H 2O

se requieren

692,30769grs de O 2

5538,4615grs

disponibles. Tenemos que el reactivo en exceso es él

limitante es el

N2

, de los cuales la cantidad de

O2

y el reactivo

4846.154gr s en exceso es de

623.0769 grs del producto real es de

O2

y que hay

. La masa

155.7692 grs ; la masa acumulada es de

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

. El peso

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental molecular de la mezcla después de la reacción con un 80 % de eficiencia y un 20% en

exceso de

H2

para él

O2

y

H 2O

14.545455 y 1.6363636 es de

respectivamente.

CH 3 5.- Una planta produce metanol (

0H) a partir de hidrogeno

(H 2 )

y monóxido de

(CO)

carbono

. En el proceso, cantidades estequiométrica se comprimen isotérmicamente en

un reactor catalítico, donde se efectúa la siguiente reacción con un rendimiento de 80 %:

CO  2 H 2  CH 3OH , a presión constante; si entran a proceso 1000 kg de mezcla estequiometria, a

20C

, en un reactor con un volumen de 50 L, determine:

a) La composición de la mezcla a la entrada del reactor en % peso. b) Las presiones parciales de la mezcla después del reactor.

1000 kg H2

t  20 C  273  293 K Re n dim iento 80 %

CO

Volumen  50 L

Tabla 21: Sustancias que reaccionan Componente % Mol PM i Xi

n1

n2

Mi

H2

12.5

4

0.125

0.5

5000

20000

CO

87.5

28

0.875

24.5

35000

980000

Total:

100

32

1

25

40000

1000000

Fuente: elaboración propia (2015) Tabla 22: obtenemos los gramos totales en lo productos y reactivos CO + 2H2 ----> CH3OH 1mol (28 grs/mol) +2 mol (2grs/mol) --->1 mol (32 grs/mol)

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental 28grs

+

4grs

=

32grs

32grs

=

32grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 23: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante Reactivo en EXCESO

CO 28 grs 980000 grs

Reactivo LIMITANTE

CO

obtenemos los gramos del CO + 2H2 ----> CH3OH 32 grs 1120000 grs

obtenemos los gramos del H2 + 2H2 ----> CH3OH 4 grs 32 grs 20000 grs 160000 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 24: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso obtenemos los gramos del CO Reactivo necesario CO + 2H2 ----> CH3OH 28 grs 32 grs 140000 grs 160000 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Resta Reactivo en Exceso o Residuo 980000 Disponible - 140000 Necesario  840000 Exceso o Residuo

Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR)

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico

 80% 160000 

100

100

MPR  128000

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

(MPT) 

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

Masa Acumulada : MPTeorico - MPReal Masa Acumulada : 160000 - 128000 Masa Acumulada : 32000 grs. Balance de Masa Entrada  Salida

Salidas Entrada  Masa del H 2  Masa del CO Salidas  MPR  Residuo  Excesos Entrada  20000  980000 Salidas  128000  840000  32000 Salidas  1000000 Entrada  1000000

Tabla 25: Sustancias que reaccionan Componente PM i Mi nI CO

28

CH 3OH

32

980000

35000

4000 128000 Total: 28 1108000 39000 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Xi

% en Vol

0.897435 89.74359 9 0.102564 10.25641 1 1 100

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

PM promedio 25.1282 3.28205 28.4103

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Balance Total Entrada  Masa del H 2  Masa del CO Entrada  20000  980000 Entrada  1000000 Salida 1  MPR  Residuos Salida 1  128000  840000 Salida 1  968000 Salida 2  Acumulados Salida 2  32000 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  968000  32000 Salida Total  1000000 Entrada  Salida Total 1000000  1000000

Respuestas: A) Componente

% Peso

H2

2

CO

98

Total:

100

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Datos : CH 3OH 

Volumen : 50 lt.

 4000 

atm * lt    293k  mol * k   16818.2atm 50 lt

0.082 

R : 0.082 Temp : 20C  273  293k P

B)

CO 

n *R *T V

 35000  

atm * lt    293k  mol * k   1922.08atm 50 lt

0.082

 Total de la presión parcial :18740.28atm

Conclusión:

CH 3OH Para poder obtener la máxima cantidad de

140000grs de CO

se requieren

y que

980000 grs

hay

limitante es el

disponibles. Tenemos que el reactivo en exceso es

H2

, de los cuales la cantidad de

del producto real es de

128000

CO

CO

y el reactivo

840000 grs

en exceso es de

. La masa

32000 gr

; la masa acumulada es de

. La composición de la

mezcla a la entrada del reactor en % peso y las presiones parciales de la mezcla a la salida del reactor. Se muestran en los anteriores incisos.

( NH 3 ) 6.- A un reactor se introducen 100 moles de amoniaco

y 100 mol de

2 NH 3  2,50 2  2 NO  3H 2 0 se lleva a cabo la siguiente reacción:

Considerando que los gases emergen del reactor a

. 300C

a) ¿Cuál es el flujo volumétrico de la corriente?

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

y 1 atm;

O2

cada hora. Y

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental b) ¿Cuál es la composición molar? c) ¿Cuáles son las presiones parciales? Datos : Compuesto

mol

NH3

100

O2

100

100 mol de NH3  100 mol de O 2 200 mol totales

% mol  %volumen 50%  50% 50%  50% 100

Respuestas: Gv :

A) % en mol 

v 100 L   100  1hora hr .

Ni  100 Nt

100  100  50% en mol 200 4144.6985 O2  100  50% en mol 13412.058 NH3 

B) C)

Xi .50   0.50atm. p 1 atm. P : 0.50 atm P:

Conclusión: De acuerdo a las operaciones antes realizadas el flujo volumétrico de la corriente es de:

100

L hr .

NH3 y la composición molar está representado en % mol para el

50% en mol

y

O2

para cada uno de ellas y es la misma debido a su masa, y las presiones

parciales es de:

0.50atm

respectivamente.

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental 7.- De un horno de Azufre proceden

composición en Esta

mezcla

1000mol

de una mezcla gaseosa con la siguiente

% volumen SO2  23%  , N 2 19%  , C 6 H 6  28%  , SO3 17%  , yH 2 O(13%).

se

introduce

a

un

enfriador

donde

se

condensa

100% de C 6 H 6 y 90% de H 2 O. La mezcla gaseosa se somete a un proceso en el cual es SO2

se oxida con el

O2

del aire, a

75%

de eficiencia, según la reacción:

1 SO2  O2  SO3 2 O2

21%

Considerando que la composición del aire es

de

N2

79%

y

mol

salen a 5 atm y 180°C determine: A) La composición en después de la reacción. B) Los volúmenes y las presiones parciales después de la reacción. Datos : 180C

compuesto % VOL  % MOL SO 2

23 

23

1000 moles

N2

19 

19

75% de Eficiencia

C6C6

28 

SO 3

17 

17

H2 O

13 

13

M

 21 5atm16 grs / mol  

atm * l   .082   453k  mol * k   1000 Nt   17.295054 57.82

28

 45.226942 grs

Tabla 26: Sustancias que reaccionan

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

de y que los gases

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Componente

% Mol

PM i

Xi

n1

n2

Mi

SO 2

23

64

0.23

14.72

3.9778623

254.58319

N2

19

28

0.19

5.32

3.2860602

92.009685

C6 H 6

28

78

0.28

21.84

4.842615

377.72397

SO 2

17

80

0.17

13.6

2.9401591

235.21273

H 2O

13

18

0.13

2.34

2.248357

40.470425

1

57.82

17.295054

1000

Total: 100 268 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Tabla 27 : obtenemos los gramos totales en lo productos y reactivos SO2 + 1/2O2 ----> SO3 1mol (64 grs/mol) +1/2 mol (32grs/mol) --->1 mol (80 grs/mol) 64 grs + 16 grs = 80 grs 80 grs = 80 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 28: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante Reactivo en EXCESO

obtenemos los gramos del SO2 + 1/2O2 ---->

SO2 64 grs 254.58319 grs

SO3 80 grs 318.22899 grs

obtenemos los gramos del 1/2O2 Reactivo LIMITANTE SO2 + 1/2O2 ----> SO3 16 grs 80 grs 45.226942 grs 226.13471 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 29: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso

Reactivo necesario

obtenemos los gramos del SO2 SO2 + 1/2O2 ----> SO3 64 grs 80 grs 180.9077693 grs 226.13471 grs

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Resta Reactivo en Exceso o Residuo 254.5831892 Disponible - 180.9077693 Necesario  73.6741987 Exceso o Residuo

Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR) 

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico  75 226.13471 

(MPT) 

100

100

MPR  169.6010338 grs

Masa Acumulada : MPTeorico - MPReal Masa Acumulada : 226.2347117 - 169.60103 Masa Acumulada : 56.53367792 grs. Balance de Masa Entrada  Salida

Salidas Entrada  Masa del SO2  Masa del O2 Salidas  MPR  Residuo  Excesos Entrada  254.581892  45.226942 Salidas  169.60103  73.67542  56.533678 Entrada  299.8101315 Salidas  299.8101315 Tabla 30: Sustancias que reaccionan % en Vol

PM promedio

0.39215395

39.21539497

31.372316

92.009685 3.2860602

0.60784605

60.78460503

17.019689

78

377.72397 4.842615

0.895773127

89.57731268

69.870304

SO 2

64

254.58319 3.9778623

0.73581364

73.58136398

47.092073

H 2O

18

40.470425 2.248357

0.415894666

41.5894666

7.486104

Total:

80

261.61072 5.4060731

1

100

48.392005

Componente

PM i

Mi

SO3

80

169.60103 2.1200129

N2

28

C6 H 6

nI

Xi

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Balance Total Entrada  Masa del SO2  Masa del O2 Entrada  254.5831892  45.226942 Entrada  299.8101315 Salida 1  MPR  Residuos Salida 1  169.60110338  73.67542 Salida 1  243.2764536 Salida 2  Acumulados Salida 2  56.53367792 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  243.2764536  56.533678 Salida Total  299.8101315 Entrada  Salida Total 299.8101315  299.8101315

Respuestas: A) Componente

% en Vol

SO 3

39.21539497

N2

60.78460503

C6 H 6

89.57731268

SO 2

73.58136398

H 2O

41.5894666

Total:

100

B)

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Componente

Volúmenes

Presión Parcial(at m)

SO 3

39.21539497

16

N2

60.78460503

5.6

C6 H 6

89.57731268

15.6

SO 2

73.58136398

12.8

H 2O

41.5894666

3.6

Total

304.7481433

53.6

Conclusión:

SO3 De acuerdo a las operaciones antes resueltas, para tener la máxima cantidad de

requieren

180.9077693grs de SO2

reactivo en exceso es él

SO2

SO2

se

254.58319 grs

y que hay

y el reactivo limitante es el

disponibles. Tenemos que el

1 O2 2

, de los cuales la cantidad de

73.6741987 grs

en exceso es de

169.6010338 grs

. La masa del producto real es de

; la

56.53367792 grs

masa acumulada es de

. La composición en % volumen después de la

reacción, los volúmenes y las presiones parciales se muestran anteriormente en los incisos.

8.-13. El acetileno gaseoso se produce de acuerdo con la siguiente reacción química: CaC2  2 H 2 O  C 2 H 2  Ca(OH ) 2

Carburo de calcio



agua



acetileno



hidróxido de calcio

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental 20 g

a) Si solo se cuenta con se lleva a cabo a

80%

b) Hay una demanda de

de

CaC2

¿Cuánto acetileno podría producirse si la reacción

de eficiencia? 15lb

de acetileno por semana; para su producción se requiere

saber cuántos gramos de carburo de calcio deben comprarse si la eficiencia del reactor es de

75%

y la pureza del reactivo es de

Datos :

60%

.

De libras a gramos

12Kgr. 80% de Eficiencia

1lb 15lb  6818 gr. 454 grs

Tabla 31: Sustancias que reaccionan. Componente

% Mol

CaC 2

H 2O

PM i

n1

Mi

n2

60

64

0.6

20

38.4

0.44

40

18 82

0.4 1

13.33 33.33

7.2 45.6

0.29 0.73

Total Fuente: (Elaboración Propia, 2015) nt 

Xi

mi 33.33   0.73 ni 45.60

Tabla 32: obtenemos los gramos totales en lo productos y reactivos CaC2 + 2H2O ----> C2H2+ Ca(OH)2 1 mol (64 grs/mol) +2 mol (18grs/mol) ---> 1 mol (26 grs/mol)+1 mol (26 grs/mol) 64 grs + 36 grs = 26 grs + 74 grs 100 grs = 100 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 33: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Reactivo LIMITANTE

obtenemos los gramos del CaC2 + 2H2O ----> C2H2+ Ca(OH)2 100 grs 31.25 grs

CaC2 64 grs 20 grs

obtenemos los gramos del 2HO2 Reactivo en EXCESO

CaC2

+

2H2O

---->

36 grs 13.33 grs

C2H2+ Ca(OH)2

100 grs 37.0277778 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 34: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso. obtenemos los gramos del 2HO2 CaC2 + 2H2O ----> C2H2+ Ca(OH)2 Reactivo necesario 36 grs 100 grs 11.25 grs 31.25 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Reactivo en Exceso o Residuo  mdisponibl e - mnecesario  13.33 - 11.35  2.08 grs

Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR) 

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico  80% 31.25  25 grs

100

100

Balance de Masa Entrada  Salida Entrada  Masa del CaC2  Masa del H 2 O Entrada  20  13.33 Entrada  33.33

(MPT) 

Salidas  MPR  Residuo  Excesos Salidas  25  2.8  6.25 Salidas  33.33

Macumulada  mpteorico  mpreal  31.25  25  6.25 grs

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Tabla 35: Sustancias que reaccionan Componente

PM i

N2

28

CH 4

16

HCl

37

Mi

nI

Xi

91.476091

0.1720239

4144.6985

259.04366

0.4871405

6706.0291

181.24403

0.3408356

2561.3306

Total: 81 13412.058 531.76378 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

1

% en Vol

17.20239 2 48.71404 7 34.08356 1 100

PM promedio 4.8166698 7.7942476 12.610917 25.221835

Balance Total Entrada  Masa del CaC2  Masa de H 2O Entrada  20  13.33 Entrada  33.33 Salida 1  MPR  Residuos Salida 1  25  2.08 Salida 1  27.08 Salida 2  Acumulados Salida 2  6.25 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  27.08  6.25 Salida Total  33.33 Entrada  Salida Total 33.33  33.33

Respuestas: A) CaC2

+

64 20

2H2O

----> ---->

---->

C2H2

26 80/100 6.5grs

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

+

Ca(OH)2

20.8

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

mCaC2 

grCaC 2 * mtotal 20 grs (6818 grs )   16752,77 8.13 8.13grs

B) Conclusión:

Para lograr la máxima cantidad de

C 2 H 2  Ca(OH ) 2

se requieren

11.25grs de 2 H 2 O

20grs

hay

disponibles. Tenemos que el reactivo en exceso es él

limitante es el

CaC2

, de los cuales la cantidad de

H 2O

25 grs

del producto real es de

H 2O

y el reactivo

2.08 grs

en exceso es de

. La masa

6.25 grs

; la masa acumulada es de

. La cantidad de acetileno

que se produce con un 80% de eficiencia es de: Teniendo una demanda de 15 lb de

por semana, la cantidad de gramos de

CaC2

CH 4

C2 H 2

16752,77 grs. se compraran la cantidad de:

9.-Un gas tiene la siguiente composición en

resto es

y que

%

peso:

N 2 (24%), Cl2 (26%), H 2 (30%)

y el

. Si se tiene 30 moles de esta mezcla a una presión de 6 atm, una temperatura

de 78ºF y se envían a un rector que trabaja a 80% de eficiencia, donde se efectúa la reacción; H 2  Cl2  2 HCl

Determine: a) La cantidad de ácido clorhídrico formado. b) El peso molecular promedio en la entrada del reactor. c) Si la salida del reactor hay 280ºF y 8atm, ¿Cuál será la densidad?

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental d) ¿Cuáles son las presiones y los volúmenes parciales a la salida del rector? e) ¿Cuáles son las masas parciales a la salida del rector? Datos : Compuesto N2

% mol 22%

Cl 2

28%

Obtencion de nt

H2

35%

CH 4

15%

De Kilogramos a Gramos

nt 

1000 grs 12kgr  12000Grs. 1kgr

12000 grs  415.80 28.86

12Kgr. 80% de Eficincia

Tabla 36: Sustancias que reaccionan Componente PM i PM i % Mol

mt  xi  PM

Xi

n1

Mi

N2

24

28

0.24

6.72

0.2506964

7.0194986

Cl2

26

70

0.26

18.2

0.2715877

19.011142

H2

30

2

0.3

0.6

0.3133705

0.6267409

CH 4

20

16

0.2

3.2

0.2089136

3.3426184

1

28.72

1.0445682

30

Total: 50 116 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

Tabla 37: Obtención de los gramos totales en lo productos y reactivos H2 + Cl2 ----> 2HCl 1 mol (2 grs/mol) + 1 mol (70grs/mol) ----> 2 mol (36 grs/mol) 2 grs + 70 grs = 72 grs 72 grs = 72 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 38: Se obtiene el reactivo en exceso y el reactivo limitante Reactivo en EXCESO

Reactivo LIMITANTE

obtenemos los gramos del H2 H2 + Cl2 ----> 2HCl 2 grs 72 grs 0.6267409 grs 22.562674 grs

obtenemos los gramos del Cl2

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental H2

+

Cl2

---->

2HCl

70 grs

72 grs

19.011142 grs

19.554318 grs

Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Tabla 39: Se Sustituye el reactivo limitante con los gramos del reactivo en exceso obtenemos los gramos del H2 H2 + Cl2 ----> 2HCl 2 grs 72 grs 0.5431755 grs 19.554318 grs Fuente: (Elaboración Propia, 2015) Reactivo necesario

Resta Reactivo en Exceso o Residuo .6267409 Disponible - .5431755 Necesario   0.0835655Exceso o Residuo Masa del Producto Real(MPR)  Masa del Producto Real(MPR)

 % de Eficiencia  Masa del Producto Teorico

 80% 19.554318  

(MPT) 

100

100

MPR  15.643454 grs

Masa Acumulada : MPTeorico - MPReal Masa Acumulada : 19.554318 - 15.643454 Masa Acumulada : 3.9108635 grs. Balance de Masa Salidas Entrada  Salida Salidas  MPR  Residuo  Excesos Entrada  Masa del Cl 2  Masa del H 2 Entrada  19.011142  0.6267409 Entrada  19.637883

Salidas  6706.029  58.212058  1676.5073 Salidas  8440.7484

Tabla 40: Sustancias que reaccionan Componente

PM i

Mi

nI

Xi

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

% en Vol

PM promedio

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental N2

28

CH 4

16

HCl

37

0.2506964

0.2067617 20.676167

5.7893266

8.6239554

0.5389972

0.4445376 44.453758

7.1126013

15.643454

0.4227961

0.3487008 34.870075

12.901928

7.0194986

Total: 81 31.286908 1.2124896 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

1

100

25.803856

Balance Total Entrada  Masa del Cl2  Masa del N 2  Masa del H 2  Masa del CH 4 Entrada  7.0194986  19.011142  0.6267409  3.3426184 Entrada  30 Salida 1  MPR  Residuos  Masa del Cl2  Masa delCH 4 Salida 1  15.643454  0.0835655  7.0194986  3.3426184 Salida 1  26.089136 Salida 2  Acumulados Salida 2  3.9108635 Salida Total  Salida 1  Salida 2 Salida Total  26.089136  3.9108635 Salida Total  30 Entrada  Salida Total 30  30

Respuestas: A)

Componente

N2 Cl2 H2 CH4 Total:

Tabla 37: Obtención de los gramos totales en lo productos y reactivos H2 + Cl2 ----> 2HCl 1 mol (2 grs/mol) + 1 mol (70grs/mol) ----> 2 mol (36 grs/mol) 2 + 70 = 72 72 = 72 Fuente: (Elaboración Propia, 2015)

PM promedio

B) 6.72 18.2 0.6M.I.I. Gaudencio Antonio Benito 3.2 28.72

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental

5  F  32  273 9 5 K   280  32   273  410.78 9 P  PM  R T K

Datos : P  8 atm. F  280 R  0.082

C)



P  PM R T

N2 

(8atm)( 28) grs  6.65 Lts.  410.78K   0.082 atm * l  mol * k  

H2 

(8atm)( 2) grs  0.48 Lts.  410.78K   0.082 atm * l  mol * k  

D)

Cl2 

(8atm)(70) grs  16.63 Lts.  410.78K   0.082 atm * l  mol * k  

CH 4 

Presión 

% en Vol

N2

20.477816

0.02559727

CH 4

44.027304

0.05503413

HCl

35.494881

0.044368601

XI 0.35 HCl   0.4atm P 8atm 0.20 0.44 N2   0.03atm CH 2   0.06atm 8atm 8atm

E)

Componente

Mi

N2

7.019498 61 8.623955 43 15.64345 4

HCl

Xi P

Componente

P

CH 4

(8atm)(16) grs  3.80 Lts.  410.78K   0.082 atm * l  mol * k  

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito

Balance de materia y energía Ingeniería Ambiental Conclusión:

Para conseguir la máxima cantidad de

2 HCL

se requieren

0.5431755grs de N 2

19.011142grs

disponibles. Tenemos que el reactivo en exceso es él

limitante es el

Cl2

, de los cuales la cantidad de

masa del producto real es de

cantidad de

2 HCL

15.643454

H2

H2

y que hay

y el reactivo

58.212158 grs

en exceso es de

. La

3.9108635 grs ; la masa acumulada es de

. La

72 grs formado es de

, el peso molecular a la entrada del reactor, la

densidad presiones y volúmenes a la salida del reactor se muestran en os anteriores incisos.

M.I.I. Gaudencio Antonio Benito