INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
1 LA ESTEQU ESTEQUIOM IOMETRÍ ETRÍA A Y LA ECUACI ECUACIÓN ÓN QUÍMIC QUÍMICA A 1.1 1.1 INT INT RO DUC CIÓ N
La palabra estequiometría fue introu!ia en "#$% por &ere'(a) Ri!*ter para ienti+!ar la ra'a e la !ien!ia ,ue )e o!upa e e)table!er rela!ione) pon-rale) .o e 'a)a/ en la) tran)for'a!ione) tran)for'a!ion e) ,u('i!a)0 La e)t e)te,u e,uio' io'etr etr(a (a e) un una a *er *erra' ra'ien ienta ta ini in i)p )pen en)a )abl ble e pa para ra la re) e)ol olu! u!i1 i1n n e proble'a) tan i2er)o) !o'o la eter et er'i 'ina! na!i1n i1n e la !on !on!en !entra tra!i1 !i1n n e !al! !a l!io io en un una a 'u 'ue) e)tr tra a e a3 a3ua ua44 la e !ole)terol en una 'ue)tra e )an3re4 la 'ei!i1n e la !on!entra!i1n e 15io) e nitr13eno en la at'1)fera4 et!0 1.2 LA ECU ACI ÓN QUÍ MIC A
La e!ua!i1n ,u('i!a proporciona información tanto cuantitativa como cuaitativa ini)pen) ini)pen)able able para !al!ular !al!ular la) la) !an !anti tiae) ae) e )u)t )u)ta an!ia n!ia ,ue )e !o'binan en un pro!e)o ,u('i!o0 !cua !c uaci ción ón "u#m "u #mic ica a !ontiene Una infor'a! info r'a!i1n i1n a!er!a a!er!a e la) cantidades de reactivos y productos que participan en el proceso0 La) e!ua!ione) ,u('i!a) pueen
interpre interp retar tar)e )e en t-r t-r'in 'ino) o) e 6to 6to'o 'o)) 7 'ol-!ula) .en la nanoe)!ala/ o bien en4 mo!$ %!n a macro!$caa&'
8or e9e'plo: La !o'bu)ti1n el *eptano: Que no) i!e la e!ua!i1n; C 7 H 16 + 11 O2 ❑ 7 CO2 + 8 H 2 O ⇒
"%B%" "$
r!acion! on!$ $ No) i!e !uale) )on a$ r!aci !$t!"uiom(trica$0 O) O)O* O* A$!+, A$!+,r! r!$! $! "u! "u ! a !cua !cuaci ción ón !$t! !$t! -aa -aanc nc!a !a.a .a0 8oe'o) 2er ,ue un 'ol .no lb' ni <3/ e *eptano rea!!iona !on "" 'ole) e o5i3eno para ar # 'ole) e i15io e !arbono 7 = 'ole) e a3ua0 E)to) 'ole) pueen )er lb'ol4 3'ol4 <3'ol 4 et!0
A)(4 la e!ua!i1n no) ini!a en t-r'ino) e 'ole 'ole)) .no .no e 'a)a 'a)a// la) la) prop propor or!i !ion one) e) entre lo) rea!ti2o) 7 lo) prou!to)0 Lo) n>'ero) ,ue pre!een a lo) !o'pue)to) co!/ci!nt!$ )e eno'inan !$t!"uiom(trico$' La !$t!"u !$t!"uiom iom!tr !tr#a #a )e o!upa e la !o'bina!i1n !o'bina!i1n e ele'ento) 7 !o'pue)to)0 La) La) rela! ela!io ione ne)) ,ue ,ue )e obti obtien ene e e lo) lo) !oe+!i !oe+!ient ente) e) nu'-ri nu'-ri!o) !o) e la e!ua! e!ua!i1n i1n co!/ci!nt!$ ,u('i!a )on lo) !$t!"uiom!t !$t!"uiom!trico$ rico$ ,ue ,ue no) no) per' per'it ite e !al!ular lo) 'ole) e una )u)tan!ia en rela!i1n !on lo) 'ole) e otra) )u)tan!ia) ,ue inter2iene en la e!ua!i1n ,u('i!a0
A 'o 'oo o e e9 e9e' e'pl plo o an anal ali? i?ar are' e'o) o) la )i3u )i 3uie ient nte e rea ea!! !!i1 i1n n e fo forr'a 'a!i !i1n 1n e tri15io e a?ufre4 a partir e i15io e a?ufre 7 o5(3eno0 2 SO2 ( g ) + O2 ( g ) → 2SO3 ( g )
Si $! .i$pon! .! a !cuación "u#mica a0u$ta.a "u! r!pr!$!nta a una r!acción "u#mica $! pu!.!n r!ai2ar $!ncia$ proporcion!$ !n a$ "u! $! r!a r! aci cion onan an ca cant nti. i.a. a.!$ !$ mo mo! !$ $ .! r!ac r! acti tivo vo$ $ !n !ntr tr! ! $# $# .! pr pro o.u .uct cto o$ !ntr! $# o .! r!activo$ 3 pro.ucto$'
CADA QUE
VE@ REACCIONA SE N CON ORMAN0000
% 'ol-!ula) e " 'ol-!ula e % 'ol-!u 'ol-!ula la)) e SO% O% SOB
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA % 'ole) e SO% " 'ol e O%
% 'ole) e e SOB
Una !cuación "u#mica NO m! .ic!* Tie'po ,ue ura una rea!!i1n Si o!urre o no la rea!!i1n Te'peratura o!urre la rea!!i1n • • •
Si " <3 C H !o'pleto4 !al!ular: 7
16
rea!!ionan
por
en uniae) f()i!a) .por e9e'plo 3ra'o)/ en una unia ,u('i!a ae!uaa .por e9e'plo en 'ole)4 'ol-!ula)4 ione)4 et!0/0 K/ 8lantee la) rela!ione) 'olare) a tra2-) e la e!ua!i1n ,u('i!a balan!eaa0 / Con2ierta lo) 'ole) a la unia )oli!itaa 3ra'o)4 'ol-!ula)4 2ol>'ene)4 ione)4 et!0 Con la) $u+!r!ncia$ 1 3 40 E)!ribi'o) 7 balan!ea'o) la e!ua!i1n ,u('i!a ,ue repre)enta la rea!!i1n:
C 7 H 16 + 11 O2 ❑ 7 CO2 + 8 H 2 O ⇒
FCuanto) <3 e CO % )e obtenr6n; FCantia e e)te,uio'etri!a e O % para rea!!ionar !on too el C H 7
16
1.3 RES OLU CIÓ N DE PRO BLE MA S:
E5i)ten al3una) e)trate3ia) 26lia) para la re)olu!i1n e proble'a)0 A !ontinua!i1n pre)enta'o) o) for'a) e re)ol2er un proble'a e e)te,uio'etr(a0 HSupon3a'o) ,ue la nafta e)t6 !o'pue)ta >ni!a'ente por i)oo!tano .C="=.l// 7 ,uere'o) !ono!er !u6nto) 3ra'o) e o5(3eno rea!!ionan en la !o'bu)ti1n e " 3 e i)oFo!tanoJ0 E$"u!ma op!raciona 1* "/ E)!riba la e!ua!i1n ,u('i!a 7 e)table?!a el balan!e e 'a)a0 %/ Colo,ue el e)tao e a3re3a!i1n .)1lio4 l(,uio4 3a)/ e lo) rea!tante) 7 prou!to)0 B/ Con2ierta la infor'a!i1n )u'ini)traa "%B%" %$
C="=.3/ %% O %.3/ = CO%.3/ $ %O.l/ % C="=.3/ % O %.3/ " CO%.3/ "= %O.l/
Con la $u+!r!ncia 50 Con2erti'o) lo) ato) a 'ole)0 Ma)a e la 'ol-!ula e C ="= ""K0% u0'0a0 Ma)a e " 'ol e 'ol-!ula) e C ="= ""K4% 3 N>'ero e 'ole) e C ="= en " 3 4=## 'ole) Con la $u+!r!ncia 60 De la e!ua!i1n ,u('i!a balan!eaa obtene'o) la rela!i1n 'olar entre lo) rea!tante) 7 prou!to)4 )abe'o) ,ue % 'ole) e C ="= rea!!ionan !on % 'ole) e O %0 % 'ole) e C="= FFFFFFFFFF% 'ole) e O% 4=## 'ole) e C="= FFF5 "4$ 'ole) e O% Con la $u+!r!ncia 70 Tal !o'o lo pie el enun!iao el proble'a !on2erti'o) lo) 'ole) e O% en 3ra'o) e O%0 " 'ol e O % FFFFFFFFFFFFFFFFFB% 3 e O% "4$ 'ole) e O % FFFFFFFFF5 B4K 3 e O%
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Si4 CeCr4 )i e) el Rea!ti2o L('ite0 A' REACCIONES SIM8LES 1' R!activo Limit!* E) el rea!ti2o ,ue e)t6 pre)ente en 'enor !antia ,ue la !antia e)te,uio'etria0 Di!*o e otro 'oo4 )i )e 'e?!lan o) o '6) rea!ti2o) 7 la rea!!i1n )e lle2ar6 a !abo *a)ta )u t-r'ino e a!uero !on la e!ua!i1n ,u('i!a4 SEA QUE LA AGA O NO4 el rea!ti2o ,ue )e a!abe pri'ero e) el rea!ti2o l('ite0
Si4 CrCe4 no *a7 rea!ti2o l('ite4 e)t6n la) !antiae) e)te,uio'etria) Si4 CeCr4 no e) el Rea!ti2o L('ite e) la otra )u)tan!ia0 A*ora4 )i ali'ento "3F'ol e C #" !on "3F'ol e O %0 Reali E!ua!i1n a
8or e9e'plo: &uan ne!e)ita " tornillo) !on o) tuer!a) !aa uno0 Se iri3e a la ferreter(a 7 le infor'an ,ue )olo tienen = tornillo) 7 % tuer!a)0 a/ E5pre)e el proble'a en for'a e e!ua!i1n b/ Cu6nto) !on9unto) e tornillo '6) tuer!a .prou!to/ puee ar'ar; !/ Qu- tipo e pie?a .rea!ti2o/ )obr1 en la ferreter(a; Qu- !antia; / Qu- tipo e pie?a .rea!ti2o/ falt1; Qu- !antia; 8or e9e'plo: Cal!ular el rea!ti2o l('ite )i )e 'e?!lan "3F'ol e C #" !on "%3F'ol e O %4 el C#" )er6 el rea!ti2o l('ite0 C#" "" O%P # CO% =%O Quiero 'irar )i el C #"4 e) el rea!ti2o l('ite: Realia E!ua!i1n Coef C#"
"
Coef O%
" "
"%B%" B$
Ce 0 $
"
" %
Cr 0=
Coef C#"
"
Coef O%
" "
Ce 0$
" "
Cr 0 "
Enton!e) el C#"4 no e) e rea!ti2o l('ite4 en e)te !a)o )er6 el O %0 E)ta )itua!i1n )e prou!e en una rea!!i1n ,u('i!a !uano parti'o) e 'a)a) e rea!ti2o) ,ue no !u'plen e5a!ta'ente !on la r!ación !$t!"uiom(trica' E)to 3enera una )itua!i1n en one *abr6 un rea!ti2o li'itante 7 otro en e5!e)o0 El rea!ti2o li'itante e) la )u)tan!ia ,ue )e !on)u'e !o'pleta'ente en una rea!!i1n 7 e) el ,ue eter'ina o li'ita la !antia e prou!to ,ue )e for'a0
4' R!activo !n !9c!$o* R!activo !n !9c!$o !$ un r!activo "u! !$t: pr!$!nt! !n !9c!$o .! r!activo imitant!' El porc!nta0! .! e5!e)o e un rea!ti2o )e ba)a en la !antia el rea!ti2o en e5!e)o por en!i'a e la !antia re,ueria para rea!!ionar !on el rea!ti2o li'itante )e3>n la e!ua!i1n ,u('i!a0 Moles exceso exceso sust = ∗100 Moles Rxn
Done lo) 'ole) en e5!e)o !on fre!uen!ia )e pueen !al!ular !o'o lo) 'ole) totale) i)ponible) e un rea!ti2o
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
'eno) lo) 'ole) re,uerio) para rea!!ionar !on el rea!ti2o li'itante0 Mole) e5!e)o!antia !antia re,ueria
Moles RLreacciona %GC = ∗100 Moles RL alimenta
ali'entaaF
6' 8ur!2a .! o$ r!activo$* La 'a7or parte e la) )u)tan!ia) ,ue )e En la) rea!!ione) e !o'bu)ti1n )e u)a e'plean en el laboratorio no )on " !o'>n'ente un t-r'ino4 air! !n pura)4 po)een una !antia eter'inaa !9c!$o; )e re+ere a la !antia e aire e otra) )u)tan!ia) no e)eaa) lla'aa) i)ponible para rea!!ionar ,ue e)t6 en i'pure?a)0 E) i'portante i)poner e e5!e)o el aire ,ue en teor(a )e re,uiere e)ta infor'a!i1n ante) e u)ar !ual,uier para ,ue'ar por completo el 'aterial )u)tan!ia ,u('i!a para lle2ar a !abo una !o'bu)tible0 La !antia requerida e un aa rea!!i1n0 rea!ti2o la e)table!e el rea!ti2o li'itante 8or e9e'plo4 )i po)ee'o) NaCl $$4K4 7 puee !al!ular)e para too) lo) e'6) )abe'o) ,ue la) i'pure?a) e)t6n rea!ti2o) a partir e la e!ua!i1n ,u('i!a0 repre)entano el 4 e la 'a)a total4 e) e!ir e " 3 e 'ue)tra $$4K 3 Incu$o $i $oo una part! .! r!activo !orre)ponen a NaCl 7 4 3 a i'pure?a)0 imitant! r!acciona r!am!nt! a$ canti.a.!$ r!"u!ri.a 3 !n !9c!$o $! -a$an !n a canti.a. tota .! >' MULTI8LES REACCIONES r!activo imitant! como $i
E) pre!i)o e)pe!i+!ar !u6l e) la ba)e e !6l!ulo para lo) !6l!ulo) en la ali'enta!i1n 7 en ,u- prou!to) )e e)t6 !on2irtieno e)a ba)e e !6l!ulo4 pue) e lo !ontrario la !onfu)i1n )er6 ab)oluta0
obtener la !antia e prou!to te1ri!a'ente pree!ible en fun!i1n e la) rela!ione) e)te,uio'-tri!a)0 La) ra?one) por la) !uale) el reni'iento obtenio en el laboratorio i)'inu7e4 pueen )er i2er)a):
=ra.o .! conv!r$ión La !on2er)i1n tiene ,ue 2er !on el r!activo #mit! e una rea!!i1n0 8or lo re3ular e5pre)a en por!enta9e o fra!!i1n el rea!ti2o li'itante ,ue )e !on2ierte en prou!to)0
"/ Se prou!en otra) rea!!ione) )e!unaria) ,ue !on)u'en el prou!to for'ao0 %/ La )epara!i1n 7 puri+!a!i1n el prou!to e)eao no e) lo )u+!iente'ente e+!iente0 B/ Al3uno e lo) rea!tante) !ontiene i'pure?a) ,ue i)'inu7en el reni'iento
"%B%" K$
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
e5peri'ental'ente ob)er2ao4 et!0 ?' La $!!ctivi.a.* E) el !o!iente e lo) 'ole) obtenio) e un prou!to eter'inao .u)ual'ente el e)eao/ entre lo) 'ole) e otro prou!to .por lo re3ular ine)eable o )e!unario/ obtenio en un !on9unto e rea!!ione)0 Moles obtenidos producto desea Selectividad = Moles obte nidos producto indese
C2H2
B' =ra.o .! Avanc! .! a r!acción%v!oci.a. .! r!acción&* B'1 R!accion!$ $!ncia$* Con)ierano la rea!!i1n4 C%% %% C% Supon3a ,ue )e !ar3a un rea!tor por lote) !on %<'ol e a!etileno4 <'ol e *ir13eno4 7 <'ol e etano0 M6) a>n4 )upon3a ,ue tran)!urrio !ierto tie'po *an rea!!ionao "<'ol e etano0
Qu- !antia e !aa e)pe!ie *abr6 en el rea!tor en e)e in)tante; Si "<'ol e C %% rea!!ionan4 ta'bi-n rea!!ionan B<'ol e % .8or ,u-;/0
20
50
50
reaccionan
-15
-30
-15
n2
5
20
65
De 'anera '6) 3eneral4 )i 5 .<'ol e C%%/ rea!!ionan4 )e puee )e3uir el 'i)'o ra?ona'iento 7 e)!ribir: nc H =( nc H )1− x = ( nc H ) 1−γ i∗ 2
2
2
2
2
2
2
nc H =( nc H ) 1+ x = ( nc H )1 −γ i∗ 2
6
2
6
2
2
Una 2e? ,ue )e !ono!e la !antia e *ir13eno .o a!etileno/ ,ue rea!!iona o !u6nto etano )e for'a4 )e puee eter'inar e al3una e e)ta) e!ua!ione) 7 lue3o !al!ular la) !antiae) e lo) !o'ponente) re)tante) 'eiante la) otra) o) e!ua!ione)0 A !ontinua!i1n poe'o) 3enerali?ar e)te re)ultao para !ual,uier rea!!i1n ,u('i!a0 8ara e'pe?ar4 e+nire'o) la !antia !o'o el !oefi!iente e)te,uio'-tri!o e la iF-)i'a e)pe!ie en una rea!!i1n ,u('i!a4 *a!i-nolo ne3ati2o para lo) rea!ti2o) 7 po)iti2o para lo) prou!to)0 8or e9e'plo4 C%% %% C% C%%F" %F% C%"
Enton!e)4 )i nio o n´ io )on lo) 'ole) o el Wu9o 'olar .'ole)tie'po/ en un pro!e)o !ontinuo e la e)pe!ie i en la ali'enta!i1n en un pro!e)o en e)tao e)ta!ionario inter'itente o !ontinuo0 ni= nio + γ i∗
Lo !ual e9a .%F"/ <'ol C %% <'ol C%% 0
R!act
"%B%" $
2
n H =( n H )1−2. x =( n H )1− γ i∗
Si !o'ien?a !on <'ol e % 7 rea!!ionan B<'ol ,uean %<'ol %0
Lo) B<'ol e % ,ue rea!!ionan for'an "<'ol e C %4 lo) !uale) al )u'ar)e a lo) <'ol in(!iale) an <'ol C %0
C2H6
n1
2
@r!n.imi!nto 3 Lo) t-r'ino) @$!!ctivi.a. 'ien el 3rao en ,ue )e lle2a a !abo una rea!!i1n e)eaa re)pe!to a rea!!ione) alternati2a) ,ue !o'piten .ine)eable)/0 Al i)ear e,uipo4 e)ea'o) 'a5i'i?ar la prou!!i1n el !o'pue)to e)eao 7 'ini'i?ar la obten!i1n e lo) prou!to) no e)eao)0
2.H2
´ n´ i= n ´ io + γ i∗
R!actor
La !antia .'ole)/ o ´ .'ole) tie'po/ ,ue tiene la) 'i)'a) uniae)
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
,ue n o n´ 4 )e lla'a 3rao e a2an!e e la rea!!i1n.2elo!ia e rea!!i1n/0 Si !ono!e la) !antiae) ali'entaa) n´ io para toa) la) i/ 7 ta'bi-n !ono!e !ual,uiera e lo) 2alore) n´ i 4 e) po)ible !al!ular ´ 0 A !ontinua!i1n puee !al!ular lo) 2alore) n´ i re)tante)0
3rao e a2an!e0 Cuano )e lle2a a !abo un !on 9unto e rea!!ione) en un rea!tor inter'itente o por lote) o en uno !ontinuo en e)tao e)ta!ionario 7 γi# e) el !oe+!iente e)te,uio'-tri!o e la )u)tan!ia i en la rea!!i1n 94 )e puee e)!ribir γ i#∗¿ # ni= nio + ∑ ¿ #
E)EM8LO* 8or e9e'plo4 !on)iere la rea!!i1n e for'a!i1n el a'onia!o: N%B% %NB Supon3a ,ue la ali'enta!i1n a un rea!tor !ontinuo !on)ta e " 'ol) e nitr13eno4 B 'ol) e *ir13eno 7 " 'ol) e ar31n .un 3a) inerte/0
8or e9e'plo4 !on)iere el par e rea!!ione) en la) !uale) el etileno )e o5ia 7a )ea a 15io e etileno .e)eable/ o a i15io e !arbono .ine)eable/:
E) po)ible e)!ribir la) 2elo!iae) e Wu9o e )alia el rea!tor: n´ ! =100 mol / s −´ 2
n´ H =300 mol / s −3 ´
C%K "%O% C%KO ./
C%K BO% %CO%%%O .i/ Lo) 'ole) .o la) 2elo!iae) e Wu9o 'olar/ e !aa una e la) !in!o e)pe!ie) ,ue parti!ipan en e)ta) rea!!ione) )e pueen e5pre)ar en t-r'ino) e lo) 2alore) e la ali'enta!i1n 7 el 3rao e a2an!e e la rea!!i1n0
2
n´ ! H =2 ´ n´ " =1 mol / s
( n´ C H )s =( n´ C H )e −´ −´
3
2
Si !ono!e la 2elo!ia e Wu9o e )alia e !ual,uier !o'ponente o la fra!!i1n e !on2er)i1n el nitr13eno o el *ir13eno4 puee !al!ular ´ 7 e)pu-) la) otra) o) 2elo!iae) e Wu9o e )alia e)F !ono!ia)0 E0!rcicio CONTINUA* 8ara una fra!!i1n e !on2er)i1n e 04 !al!ular la 2elo!ia e Wu9o e )alia el *ir13eno4 el 3rao e a2an!e e la rea!!i1n4 7 la) 2elo!iae) e Wu9o e )alia el nitr13eno 7 el a'onia!o0 El >lti'o e e)to) 2alore) ebe )er "% 'ol)0 B'4 M,tip!$ R!accion!$ El !on!epto e 3rao e a2an!e e la rea!!i1n puee a'pliar)e a rea!!ione) '>ltiple)4 )1lo ,ue en e)te !a)o4 !aa rea!!i1n inepeniente tiene )u propio "%B%" $
4
2
4
1
( n´ ) =( n´ ) −0.5 ´ −3 ´ O2 s
O2 e
1
( n´ C H O )s =( n´ C H O )e−´ 2
4
2
4
( n´ ) =( n´ ) + 2 ´ CO 2 s
CO2 s
H 2 0 e
2
´ − 2
2
( n´ ) =( n´ ) + 2 ´ H 2 0 s
1
2
2
Si )e !ono!en lo) 2alore) e o) !antiae) !uale),uiera e la )alia4 )er6 po)ible eter'inar lo) 2alore) 7 a partir e la) o) e!ua!ione) !orre)poniente)4 7 !al!ular e)pu-) la) !antiae) re)tante) utili?ano la) otra) tre) e!ua!ione)0 1
2
1 : Con2er)i1n
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
n1 i− n2 i n1 i
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA 2 : Reni'iento
1'6 >A LA NC E CO N RE AC CIO NE S EN UN EQ UI8 O SI M8 LE'
E)ERCICIO 1* Rea!!ionan "<3 e 'etano .CK/ !on =<3 e aire0 Cal!ular lo) Wu9o) 'olare) e lo) 3a)e) e !o'bu)ti1n0
or'a e Xalan!e SEGFC YMole) )u)tan!iatie'poZ GYMole) )u)tan!ia 3eneranotie'poZ CYMole) )u)tan!ia !on)u'ienotie'poZ "0 Xalan!e por e)pe!ie 'ole!ular %0 Xalan!e e)pe!ie at1'i!a B0 Xalan!e !o'o e!ua!i1n en a2an!e rea!!i1n lu9o) 'olare) 'ole!ulare)0
"%B%" #$
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
e
la)
e)pe!ie)
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
1.5 Calc ulo Ga !o" !# l$%# &a! .
e!ua!ione) ,ue !ontienen a la) in!13nita) 'ar!aa): la) rea!!ione) no aportan 3rao) ai!ionale) e liberta0
N>'ero e 2ariable) 'ar!aa) e)!ono!ia) FN>'ero e balan!e) e e)pe!ie) at1'i!a) inepeniente) FN>'ero e balan!e) 'ole!ulare) e e)pe!ie) inepeniente) no rea!ti2a) 1'7'1 >aanc! por !$p!ci! mo!cuar F N>'ero e otra) e!ua!ione) au5iliare) [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ Cuano )e e'plean balan!e) e e)pe!ie) 'ole!ulare) para eter'inar la) 2ariable) N>'ero e 3rao) e liberta
e)!ono!ia) e la) !orriente) e un pro!e)o rea!ti2o4 lo) balan!e) e la) e)pe!ie) rea!ti2a) eben !ontener t-r'ino) e 3enera!i1n 7o e !on)u'o0 El an6li)i) e 3rao) e liberta e) el )i3uiente:
N>'ero e 2ariable) e)!ono!ia) 'ar!aa) N>'ero e rea!!ione) ,u('i!a) inepeniente) F N>'ero e balan!e) e e)pe!ie) 'ole!ulare) inepeniente) F N>'ero e otra) e!ua!ione) au5iliare) [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ N>'ero e 3rao) e liberta
Una 2e? ,ue )e !al!ula el t-r'ino e 3enera!i1n o e !on)u'o para una e)pe!ie en una rea!!i1n aa4 e) po)ible eter'inar en for'a ire!ta lo) t-r'ino) e 3enera!i1n 7 !on)u'o e la) e'6) e)pe!ie) en i!*a rea!!i1n 'eiante la e!ua!i1n e)te,uio'-tri!a0 8or tanto4 )e ebe e)pe!i+!ar o !al!ular un t-r'ino e 3enera!i1n o !on)u'o por !aa rea!!i1n inepeniente4 e a*( ,ue !aa rea!!i1n a3re3ue un 3rao e liberta al )i)te'a0
1'7'5 >aanc! como !cuación !n avanc! r!acción Una ter!era for'a para eter'inar la) 2elo!iae) e Wu9o 'olar e)!ono!ia) en un pro!e)o rea!ti2o !on)i)te en e)!ribir e5pre)ione) para la 2elo!ia e Wu9o e !aa e)pe!ie e prou!to .o !antia 'olar/ en t-r'ino) e 3rao) e a2an!e e la rea!!i1n0 8ara rea!!ione) )i'ple) e) ne!e)ario )u)tituir la) 2elo!iae) e Wu9o !ono!ia) e la ali'enta!i1n 7 el prou!to4 7 e)pe9ar el 3rao e a2an!e e la rea!!i1n 7 la) 2elo!iae) e Wu9o e la) e)pe!ie) rea!ti2a) re)tante)0
El an6li)i) e 3rao) e liberta e) el )i3uiente:
N>'ero e 2ariable) e)!ono!ia) 'ar!aa) N>'ero e rea!!ione) inepeniente) .un 3rao e a2an!e e la rea!!i1n para !aa una/ FN>'ero e e)pe!ie) rea!ti2a) inepeniente) .una e!ua!i1n para !aa e)pe!ie en t-r'ino) el 3rao e a2an!e e la rea!!i1n/ FN>'ero e e)pe!ie) no rea!ti2a) inepeniente) .una e!ua!i1n e balan!e 1'7'4 >aanc! por !$p!ci! atómica !aa una/ Too) lo) balan!e) e e)pe!ie) at1'i!a) para F N>'ero e otra) e!ua!ione) au5iliare) .C4 7 O/ to'an la for'a e \entraa [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ )alia\4 7a ,ue no )e 3eneran ni )e N>'ero e 3rao) e liberta
!on)u'en e)pe!ie) at1'i!a) en la) rea!!ione) .a iferen!ia e la) rea!!ione) nu!leare)/0
El n>'ero e 3rao) e liberta )e eter'ina en for'a ire!ta re)tano la) "%B%" =$
E)ERCICIO 4*
In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
La rea!!i1n el propileno !on a'onia!o 7 o5(3eno prou!e a!rilonitrilo: C 3 H 6 + ! H 3+
3 2
Cal!ular lo) 3rao) e liberta0
02 ❑ C 3 H 3 ! + 3 H 2 0
1.' BIB LIO GRA (ÍA
⇒
La ali'enta!i1n !ontiene "0 'ol e propileno4 "%0 e a'onia!o 7 #=0 e aire0 Se lo3ra una fra!!i1n e !on2er)i1n e B0 el rea!ti2o li'itante0 To'ano " 'ole) e ali'enta!i1n !o'o ba)e0 Deter'inar la) !antiae) 'olare) e too) lo) !on)titu7ente) 3a)eo)o) prou!io) en una !on2er)i1n e B el rea!ti2o li'itante0
IMMEL>LAU Davi. 8rin!ipio) b6)i!o) 7 !6l!ulo) en in3enier(a ,u('i!a0 M-5i!o: 8renti!e 'a74 "$$0 ELDER Ric
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In30 Qu('i!oFCri)tian CONTRERAS
!ri)tian0!ontrera)7a*oo0!o'
