Oxido de Etileno - Balance de Materia y Energia

PROBLEMA DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA PARA TERCERA NOTA

PRODUCCION DE OXIDO DE ETILENO

OSCAR FABIAN BECERRA LOPEZ. COD. 1640576 LEIMER JOHAN CARVAJAL CARDONA. COD. 1640683 YESSENIA LISBETH VILLAMIZAR JAIMES. COD. 1640749

Presentado a: CARLOS EUGENIO TORRES POVEDA INGENIERO QUIMICO.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA SAN JOSE DE CUCUTA JUNIO DE 2013

OXIDO DE ETILENO. El oxido de etileno se produce por la oxidación catalítica del etileno: C2H4 (g) + ½ O2 (g)

C2H4O (g)

Una reacción competitiva indeseable es la combustión de etileno para formar CO 2 . La alimentación a un reactor contiene 2 moles de C2H4/mol de O2. La conversión en el reactor es de 25% y se producen 0.7moles de C2H4O por mol de C2H4 consumido. Se emplea un proceso de múltiples etapas para separar los productos: el C2H4 y el O 2 se recirculan al reactor, el C2H4O (g) se vende como producto, mientras que el CO2 y el H2O (l) se desechan. Tanto la alimentación como el producto se encuentran a 450°C, mientras que la temperatura de los gases de reposición (alimentación fresca) y los productos no recirculados están a 25°C. a) Calcular el flujo y la composición de la alimentación fresca requerida para producir 1500 kg de C2H4O/día. b) Calcular los requerimientos globales de energía para el proceso, y aquellos que solo corresponden al reactor.

ESQUEMA DEL PROCESO.

Las reacciones presentes en el sistema son las siguientes: C2H4 (g) + ½O2 (g)

C2H4O (g)

C2H4 (g) + 3O2 (g)

2CO2 (g) + 2H2O

La reacción teórica conjunta es:  2 C2H4 (g) + 3 ½ O2 (g)

C2H4O + 2 CO2 (g) + 2 H2O

Debido a que la conversión en el reactor es del 25% la reacción se ajusta así:  8 C2H4 (g) + 4 ½ O2 (g) (g)

C2H4O + 2 CO2 (g) + 2 H2O + 6 C2H4

Como se producen 0.7 moles de C2H4O por mol de C2H4 consumido, se ajusta así:  56 C2H4 (g) + 31 ½ O2 (g) C2H4 (g) + 7 O2

7 C2H4O +14 CO2 (g) +14 H2O + 42

Ya que la alimentación al reactor contiene 2 moles de C2H4/mol de O2 .  63 C2H4 (g) + 31 ½ O2 (g) C2H4 (g) + 7 O2

63 C2H4 (g) + 31 ½ O2 (g) 7 O2

7 C2H4O +14 CO2 (g) +14 H2O + 49

7 C2H4O +14 CO2 (g) +14 H2O + 49 C2H4 (g) +

La reacción final anterior origina una relación molar balanceada y en consecuencia un balance en masa de la siguiente manera. REACTIVOS

 63 moles C2H4 (g) x (28 kg/1 mol de C2H4(g)) = 1764 Kg de C2H4 (g).  31 ½ moles de O2(g) x (32 kg/1mol de O2(g)) = 1008 kg de O2 (g).

PRODUCTOS.  7 moles de C2H4O(g) x (44 kg/1 mol de C2H4O(g)) = 308 kg de C2H4O(g)  14 moles de CO2(g) x (14 kg/1mol de CO2(g)) = 196 kg de CO2(g).  14 moles de H2O x (18 kg/1mol de H2O) = 252 kg de H2O.  49 moles de C2H4(g) x (28 kg/1mol de C2H4(g)) = 1372 kg de C2H4(g).  7 moles de O2(g) x (32 kg/1 mol de O2(g)) = 224 kg de O2(g). Con en fin de hallar los valores reales de C2H4(g) y O2(g) necesarios para producir los 1500 kg de C2H4O(g) y demás productos formados en la reacción se debe aplicar una relación entre el producido teórico de la reacción y el producido real al cual quedemos llegar.  Relación teórico-real. (308) X = 1500 X = 1500/308 X = 4.87 como se desean producir 1500 kg de C2H4O(g) usamos la relación másica hallada anteriormente para obtener los valores reales tanto de reactivos usados como de productos obtenidos.  (1764 Kg de C2H4 (g) ) (4.87) = 8590.7 Kg de C2H4 (g)  (1008 kg de O2 (g) ) (4.87) = 4908.96 kg de O2 (g)  (308 kg de C2H4O(g) ) (4.87) = 1500 kg de C2H4O(g)  (196 kg de CO2(g)) (4.87) = 954.52 kg de CO2(g))  (252 kg de H2O) (4.87) = 1227.24 kg de H2O  (1372 kg de C2H4(g)) (4.87) = 6681.64 kg de C2H4(g) (224 kg de O2(g)) (4.87) = 1090.88 kg de O2(g)

GRAFICO CON LOS DATOS OBTENIDOS

Como la producción será en un día, entonces el flujo diario de alimentación fresca será:  F C2H4 = (8590.7 - 6681.64) kg de C2H4(g) = 1909.1 kg de C2H4(g)  F O2 = (4908.96 - 1090.88) kg de O2 (g) = 3818.0 kg de O2 (g)

La composición de la alimentación fresca será:  XC2H4(g) = 1909.1/(1009.1 + 3818.0) = 0.33  XO2(g) = 3818,0/(1909.1 + 3818.0) = 0.67