Autoevaluaciones Paquete 3 Plantas y Procesos 3er Depart a Mental

AUTOEVALUACIÓN Se quema metano en un reactor intermitente para formar dióxido de carbono y agua: CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O La alimentación al reactor y los productos obtenidos se muestran en el siguiente diagrama de flujo:

100 mol CH 4

40 mol CH4

250 mol O 2

130 mol O 2 60 mol CO2 120 mol H 2O

1. ¿Cuánto metano se consumió? ¿Cuál es la fracción de conversación del metano? 2. ¿Cuánto oxígeno se consumió? ¿Cuál es la fracción de conversión del oxígeno? 3. Escriba la ecuación del grado de avance de la la reacción (4.6 –3) para el metano, oxígeno y CO2. Use cada ecuación para determinar el grado de avance de la reacción, ξ , sustituyendo los valores de entrada y salida que se indican en el diagrama de flujo. 4. ¿Cuántos balances de especies moleculares independientes es posible escribir? ¿Cuántos balances de especies atómicas independientes es posible escribir? 5. Escriba los siguientes balances y verifique que se cumplan. La solución solución del primero se da como ejemplo. (a) Metano. (I = O + C. 100 mol CH 4 entrada = 40 mol CH 4 salida + 60 mol CH4 consumidos) (b) Oxígeno atómico (O). (c) Oxígeno molecular (O 2). (d) Agua. (e) Hidrógeno atómico.

Respuestas

1. ¿Cuánto metano se consumió? ¿Cuál es la fracción de conversación del metano? 60 mol; 0.60

2. ¿Cuánto oxígeno se consumió? ¿Cuál es la fracción de conversión del oxígeno? 120

l; 0.48

3. Escriba la ecuación del grado de avance de la reacción (4.6 –3) para el metano, oxígeno y CO2. Use cada ecuación para determinar el grado de avance de la reacción, ξ, sustituyendo los valores de entrada y salida que

se indican en el diagrama de flujo. 40 mol CH4 = 100 mol CH4 – ξ  ξ  = 60 mol 130 mol O2 = 250 mol O2 - 2ξ  ξ = 60 mol 60 mol CO2 = 0 mol O2 + ξ  ξ = 60 mol

4. ¿Cuántos balances de especies moleculares independientes es posible escribir? ¿Cuántos balances de especies atómicas independientes es posible escribir? Balances de cuatro especies moleculares (CH4, O2, CO2, H2O). Balances de tres especies atómicas (C, H, O).

5. Escriba los siguientes balances y verifique que se cumplan. La solución del primero se da como ejemplo. (a) Metano. (I = O + C. 100 mol CH 4 entrada = 40 mol CH 4 salida + 60 mol CH4 consumidos) (b) Oxígeno atómico (O). (c) Oxígeno molecular (O 2). (d) Agua. (e) Hidrógeno atómico. (f) (b) I = O. (250)(2) mol de O entran = [(130)(2) + (60)(2) + (120)(1)] mol de O salen. (c) I = O + C. 250 mol de O 2 entran = 130 mol de O2 salen + 120 mol de O 2 consumidos. (d) G = O. 120 mol de H 2O generados = 120 mol de H 2O salen. (e) I = O. (100)(4) mol de H entran = [(40)(4) + (120)(2)] mol de H salen.

z

AUTOELVALUACIÓN La combustión de metano se da en las reacciones: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O CH4 + 3/2 O2  CO + 2H2O Se alimentan 100 mol/h de metano al reactor. 1. ¿Cuál es la velocidad teórica de flujo de O2 si se lleva a cabo una combustión completa en el reactor? 2. ¿Cuál es la velocidad teórica de flujo de O2 suponiendo que sólo reacciona 70% del metano? (¡Cuidado!) 3. ¿Cuál es la velocidad teórica del flujo de aire? 4. Si se aporta 100% de aire en exceso, ¿Cuál será la velocidad de flujo del aire que entra al reactor? 5. Si la velocidad de flujo real de aire es tal que entran 300 mol de O2/h al reactor, ¿Cuál es el porcentaje de aire en exceso?

RESPUESTAS

1. ¿Cuál es la velocidad teórica de flujo de O2 si se lleva a cabo una combustión completa en el reactor? 200 mol O2 /h

2. ¿Cuál es la velocidad teórica de flujo de O2 suponiendo que sólo reacciona 70% del metano? (¡Cuidado!) 200 mol O2 /h

3. ¿Cuál es la velocidad teórica del flujo de aire? (4.76 x 200) mol de aire/h

4. Si se aporta 100% de aire en exceso, ¿Cuál será la velocidad de flujo del aire que entra al reactor?

(2 x 4.76 x 200) mol de aire/h 5. Si la velocidad de flujo real de aire es tal que entran 300 mol de O2/h al reactor, ¿Cuál es el porcentaje de aire en exceso? 50 %