POR CIENTO DE CONVERSIÓN, SELECTIVIDAD Y RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos

Unidad: Departamento:

Edición No. 1

Fecha de Edición 08/MAR/2018

Ingeniería Química BALANCE DE MATERIA Y ENERG ENERG A

Materia:

EXPOSICIÓN EQUIPO No. 4 TEMA: POR TEMA: POR CIENTO DE CONVERSIÓN, SELECTIVIDAD Y RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN. SEMESTRE: 4° SEMESTRE: 4° GRUPO: GRUPO: “A” DOCENTE: ING. DOCENTE: ING. KARINA SASTRÉ ANTONIO

ELABORADO POR: APELLIDOS ALEJANDRE CARRILLO ÁLVAREZ CHAN LEÓN PATRACA MURRIETA PÉREZ REYES GUENDULAIN

NOMBRE(S) ALEXIS RICARDO LUIS FERNANDO EDGARDO ROBERTO JANER JORGE LUIS

NO. DE CONTROL 16081583 16081709 16081557 16081668 16081625

Coatzacoalcos Ver., a 08 de marzo del 2018

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Ingeniería Química BALANCE DE MATERIA Y ENERG A

CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 3 CONCEPTOS BÁSICOS ...................................................................................................................... 4 Reactivo Limitante ............................................................................................................................. 4 Reactivo En Exceso ........................................................................................................................... 4 POR CIENTO DE CONVERSIÓN POR PASO ..................................................................................... 5 POR CIENTO DE CONVERSIÓN GLOBAL ......................................................................................... 5 SELECTIVIDAD .................................................................................................................................... 5 Ejemplo de Selectividad .................................................................................................................... 6 RENDIMIENTO ..................................................................................................................................... 6 Ejemplo de Rendimiento.................................................................................................................... 7 APLICACIONES EN LA INGENIERÍA QUÍMICA .................................................................................. 8 CONCLUSIÓN .................................................................................................................................... 10 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 11 REFERENCIAS (IMÁGENES) ............................................................................................................ 11 REFERENCIAS (VÍDEO) .................................................................................................................... 12

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Ingeniería Química

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BALANCE DE MATERIA Y ENERG A

INTRODUCCIÓN Los problemas de balance de materias dentro de la Ingeniería Química son aquellos en los que se pide determinar la masa de sustancias químicas que se mezclan, se separan en varias fases o corrientes, o se combinan o transforman en otras, manteniéndose invariantes dos principios fundamentales: El primero es el principio de conservación de la materia que establece que la masa total del sistema no varía. Este principio puede extenderse también al caso de la conservación de la masa de aquellas sustancias químicas que no sufren reacción química. El segundo principio es el de conservación de los elementos químicos que intervienen en el sistema y que se asocian en las diferentes moléculas que constituyen las sustancias químicas. Ahora bien, se plantea que una reacción química es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o más sustancias nuevas. Para entenderlas y analizarlas, las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Los reactivos son sustancias que al combinarse entre ellas forman otras sustancias diferentes conocidas como productos de la reacción. La importancia de las reacciones químicas es notoria en muchos aspectos de la vida diaria en fenómenos tales como explosiones; procesos vitales tales como alimentación, respiración etc. Todas las sustancias que a diario utilizamos son o fueron producto de reacciones químicas. Estamos rodeados por reacciones químicas; tienen lugar en laboratorios, pero también en fábricas, automóviles, centrales térmicas, cocinas, atmósfera, interior de la Tierra... Incluso en el cuerpo humano ocurren miles de reacciones químicas a cada instante, que determinan lo que hacemos y pensamos. Cuando se lleva a cabo una reacción en un determinado proceso, los pr ocedimientos aplicados de balance de materia se complican, ya que ahora hay que tomar en cuenta la información concerniente a la reacción química que se lleva a cabo en un reactor (reactivo limitante, estequiometría, etc.)

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CONCEPTOS BÁSICOS Reactivo Limitante Es aquella sustancia que ingresa al reactor químico en menor proporción y al agotarse limita la cantidad máxima del producto obtenido.

Reactivo En Exceso Es aquella sustancia que ingresa al reactor químico en mayor proporción, por lo tanto, queda como sobrante al finalizar la reacción.

Imagen. 1. Ejemplo de reactivo limitante y reactivo en exceso.

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POR CIENTO DE CONVERSIÓN POR PASO Es la conversión de un reactivo, referida a la cantidad que se alimenta de este reactivo al reactor, etapa o unidad de proceso donde ocurre la reacción química. %ó   =

     −             

× 100

POR CIENTO DE CONVERSIÓN GLOBAL Es la conversión de un reactivo referido a lo que se alimenta de éste al proceso. %ó  =

      −              

× 100

Comparación de las Conversiones 

Si se logran separar todos los reactivos de los productos (Eficiencia de Separación =100%): % Convers ión por pas o < % Convers ión G lobal = 100%



Si no se logran separar todos los reactivos de los productos (Eficiencia de Separación<100%) % Convers ión por pas o < % Convers ión G lobal < 100%

SELECTIVIDAD Es la relación entre la cantidad de producto obtenido y la cantidad de reactivo consumido en el reactor en moles afectando dicha relación por su factor estequiométrico.  =

       

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Ejemplo de Selectividad Se desea obtener etileno, a partir de la deshidratación del metanol, de acuerdo con la rea cción: 2  →   + 2 

Sin embargo, el metanol también puede deshidratarse, dando lugar al propileno: 3  →   + 3 

Si experimentalmente se conoce que para una conversión del 80% del metanol, se obtienen 0.08 moles de C 3H6, o en caso de obtenerse C 2H4 se producen 0.19 moles, ¿cuál es la selectividad del etileno con respecto al propileno?  =

 =

       

0.19    0.08   

= 2.375

     

RENDIMIENTO La cantidad de reactivo limitante presente al inicio de una reacción es el que nos marca el rendimiento teórico de la reacción, es decir, la cantidad de producto que se obtendría si reaccionara totalmente el reactivo limitante (dicho de otra manera, el rendimiento teórico es el rendimiento máximo que se puede obtener con determinada cantidad de reactivos). En la práctica el rendimiento real (cantidad de producto que se obtiene en una reacción) casi siempre es menor al rendimiento teórico. Lo anterior porque muchas reacciones son reversibles, así mismo algunos productos pueden seguir reaccionando entre si con otros reactivos para formar aun otros productos. Para determinar qué tan eficiente fue una reacción específica, los químicos utilizan el concepto de "porcentaje de rendimiento" que describe la proporción del rendimiento real con respecto al 6


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rendimiento teórico. (va desde el 1% hasta el 100%) Cuanto mayor sea el porcentaje de rendimiento, más eficiente es una reacción, es decir, la cantidad de producto obtenido fue más próximo a la cantidad de reactivo que debimos obtener según la teoría. Se calcula como sigue: % =

   ó

× 100

Ejemplo de Rendimiento La reacción de 6,8 g de H2S con exceso de SO2, según la siguiente reacción, produce 8,2 g de S. ¿Cuál es el rendimiento? (Pesos Atómicos: H = 1.00797, S = 32.064, O = 15,9994).

En esta reacción, 2 moles de H 2S reaccionan para dar 3 moles de S.

1) Se usa la estequiometría para determinar la máxima cantidad de S que puede obtenerse a partir de 6,8 g de H 2S. 6.8.   3    × × 32.064  = 9.596636614 .    34.07994  2    

2) Se divide la cantidad real de S obtenida por la máxima teórica, y se multiplica por 100. % =

8.2.  9.596636614. 

× 100 = 85.44660312 %

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APLICACIONES EN LA INGENIERÍA QUÍMICA La selectividad es un parámetro de calidad fundamental de cualquier método analítico, pues afecta de forma directa a otro parámetro clave, la exactitud, es usado mayormente en laboratorios y procesos de producción. Físicamente, la selectividad global representa cuánto se pro dujo del producto deseado D con respecto a todo lo que reaccionó del reactivo A. La falta de selectividad, debida a la presencia de sustancias interferentes, provoca errores sistemáticos en los resultados de ensayo. Hemos visto también que el químico analítico dispone de diferentes opciones para conseguir una mayor selectividad, ya sea mediante la eliminación directa de las interferencias, mediante la optimización de las condiciones experimentales y/o instrumentales o bien mediante el análisis multicomponente y el uso de la calibración multivariante. En la práctica el rendimiento real (cantidad de producto que se obtiene en una reacción) casi siempre es menor al rendimiento teórico. Lo anterior porque muchas reacciones son reversibles, así mismo algunos productos pueden seguir reaccionando entre sí con otros reactivos para formar aun otros productos Los químicos siempre buscan aumentar el porcentaje de rendimiento para obtener reacciones más eficientes. Entre los factores que pueden afectar el porcentaje de rendimiento se encuentran la temperatura y la presión En la industria química, se habla de Rendimiento Químico cuando trabajamos en el laboratorio tanto en forma práctica como teórica realizando mezclas que derivan en reacciones químicas, siendo éste una proporción en lo que respecta al solvente utilizado, considerándose a éste como el reactivo en mayor abundancia, y al soluto que se ha empleado (e l de menor cantidad) derivando posteriormente en una cantidad de producto que se ha obtenido el cual puede ser pesado y expresado en gramos, considerándose que en muchos casos los reactivos se evaporan o pierden del sistema (en el caso de Reacciones Exotérmicas).

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Esto es de gran importancia para conocer las características de la materia prima si analizáramos la reacción que ocurrirá debemos saber cuál es el reactivo limitante y el reactivo en exceso, es decir cual se terminará primero y así cotizar bien la materia prima y ahorrar presupuestos a la empresa o industria. Ahora bien, esto es importante ya que es la base sobre la cual se coloca el precio de venta del producto que se obtiene. No es lo mismo la ganancia que deja un proceso industrial que da una reacción química con un 3% de producto obtenido, que otra reacción química de un proceso industrial que deja un 97%.

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CONCLUSIÓN

Los conceptos de conversión, rendimiento y selectividad son de uso común en situaciones dentro de la industria, su importancia radica, por ejemplo en el caso del rendimiento químico por su utilidad en el proceso de manufacturación de diversos componentes y si estos generan ganancias para la empresa o industria y con ello si es prudente continuar con el proceso

Luego seguimos con el parámetro conocido como selectividad que no es otra cosa más que cuanto se produjo del producto deseado con respecto al resto de los reactivos, siendo esto de vital importancia para conocer el parámetro de la exactitud dentro de un proceso en la industria y dentro de los laboratorios.

Finalmente el ultimo parámetro que se menciona es el de conversión que no es nada mas que

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BIBLIOGRAFÍA EcuRed. (16 de abril de 2013). EcuRed . https://www.ecured.cu/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica Hernández, D. (23 de julio de 2010). Zona Química. quimica.blogspot.mx/2010/07/rendimiento-de-reaccion.html Khan

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Rodríguez, J. (23 de mayo de 2008). UNEP . https://juanrodriguezc.files.wordpress.com/2016/03/clase-nc2ba009.pdf

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UPM. (14 de marzo de 2011). UPM . Obtenido de http://quim.iqi.etsii.upm.es/RESOLU~1.HTM Miller NM, Miller JC. Estadística y Quimiometría para Química Analítica, 4ª ed. Prentice Hall, Madrid, 2000

REFERENCIAS (IMÁGENES) Méndez, Julián. (2017). Reactivo limitante y reactivo en exceso. [JPG]. Obtenido de: http://images.slideplayer.es/39/10943358/slides/slide_6.jpg

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REFERENCIAS (VÍDEO) Breaking Vlad. (24 de octubre de 2017). RENDIMIENTO DE REACCIÓN | Química Básica. [MP4]. Obtenido de: https://www.youtube.com/watch?v=ivYb34Sgz7c

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