Balance De Energia De Un Proceso

II PARCIAL DE TERMODINAMICA
Gemaly Álvarez Bajaire, Euclides Zapata Yonoff.

BALANCE DE MATERIA EN RX

Base de cálculo 1h
En el reactor se lleva a cabo la siguiente reacción
C3H8 → C3H6+H2
De la anterior reacción se sabe que se producen 1000kmoles de C3H6 y que la conversión es de un 60% por lo tanto tenemos que:
0.6=kmol producto pkmol alimentada
kmol A=1000kmol0.6=1666.67kmolesC3H8 /h
Como solo reaccionan el 60% el otro 40% sale del reactor.
1666.67kmoles C3H8*0.4=666.67kmoles C3H8/h
Al ser la reacción 1 a 1 se tienen 1000kmol C3H6 y 1000 H2
NOTA: Los demás detalles de flujos respecto al balance de materia se encuentran en la tabla#1

BALANCE DE ENERGIA EN EL COMPRESOR.

T1 = 298 K |
P1 = 800 Kpa |
P2 = 3000 Kpa |
R = 8314.472 J/K∙ Kmol |

dQ = 0
W=RT1γ-1P2P1γ-1γ-1
γ=CPCV=CPCP-R
CP=A+BT+CT2+DT-2∙R
A =1.213
B =28.785X10-3
C = -8.824X10-6
CP=1.213+(28.785X10-3)(298)+(-8.824X10-6)(298)2∙ 8314.472 J/K∙ Kmol
CP25°C=74891.139 J/K∙ Kmol

γ=74891.139JK∙ Kmol74891.139JK∙ Kmol-8314.472JK∙ Kmol=1.1249JK∙ Kmol

W= (8314.472JK∙ Kmol)(298K)1.1249J/K∙ Kmol-13000 Kpa800 Kpa1.1249-11.1249-1
W=3.136X106JKmol
W=(3.136X106J/Kmol)(1666.67Kmol/h) =5.226X109J/h
T2=T1P2P1RCp =298K3000 Kpa800 Kpa8314.47274891.139 = 345.10K

BALANCE DE ENERGIA EN LA BOMBA.

WMin=1500KmolhH2O X18Kg H2O1 Kmol H2O X1m3H2O1000Kg H2O(P2-P1)
WMin=27m3 H2Oh (476Kpa-100Kpa)
WMin=10152 KJ/h
BALANCE DE ENERGIA EN EL INTERCAMBIADOR 2

En este intercambiador hay un flujo de agua entrante proveniente de la bomba, el agua hace una transferencia deenergía con el flujo de productos provenientes del reactor el agua gana calor pasando de 25ºC a 150ºC mientras que la corriente de productos pierde calor el cual es el mismo que gana el agua, en conclusión si calculamos el calor ganado por el agua tendremos así de igual manera el calor cedido o perdido por el flujo de productos.
H25=104.8 KJ/Kg
H150=2745.4 KJ/Kg
QH2O=nH2OH150-H25QH2O=nH2O47530.8KJ/Kmol
QH2=71296200 KJ/Kmol
Teniendo a Q planteamos la ecuación para el flujo de productos la igualamos a –Q para representar la perdida de calor y asi calculamos a Ts.
nC3H8873TsCpC3H8dt+nH2873TsCpH2dt+nC3H6873TsCpC3H6dt=-Q
873TsCpC3H8dt= 873Ts(1.213+28.785X10-3T-8.824X10-6(T2)R dt
=R1.213Ts-873+0.014393Ts2-762129-2.94133X10-6(Ts3-665338617)=R1.213Ts+0.014393Ts2-2.94133X10-6Ts3-10073.85

873TsCpH2dt=873Ts3.249+0.422X10-3T+0.083X105/T2R dt
=R3.249Ts-873+2.11X10-4Ts2-762129-0.083X105/Ts +9.5075
=R3.249Ts+2.11X10-4Ts2-0.083X105/Ts -2987.68

873TsCpC3H6dt=873Ts(1.637+22.706X10-3T-6.915X10-6(T2)R dt
=R1.637Ts-873+0.011353Ts2-762129-2.305X10-6(Ts3 -665338617)
=R1.637Ts+0.011353Ts2-2.305X10-6Ts3-8547.946

nC3H8=666.68 Kmol
nC3H6=1000 Kmol
nH2=1000 KmolQR=808.683Ts+9.33Ts2-1.96093X10-3Ts3-6716034.318+3249Ts+0.211Ts2
= -8300000Ts-2988220+1637Ts+11.353Ts2-2.305X10-3Ts3 -8547946
QR= 5694.69Ts+20.541Ts2-4.265X10-3Ts3-8300000Ts-18254628.32
El anterior polinomio le calculamos las raíces por medio de un software virtual.
Ts =592.339K

BALANCE DE ENERGIA EN EL INTERCAMBIADOR 1

Para este intercambiador pasa todo similar el flujo de productostransfiere calor al flujo de alimentación lo que nos indica que este flujo pierde calor y el flujo de alimentación aumenta su temperatura.

nC3H8592.33383.15 CpC3H8dt+nH2592.33383.15 CpH2dt+nC3H6592.33383.15CpC3H6dt=Q

592.33383.15 CpC3H8dt= 592.33383.15(1.213+28.785X10-3T-8.824X10-6(T2)R dt
=R1.213383.15-592.33+0.014393146803.92-350854.83-2.94133X10-6(56247922.91-207821840.8)
=R-2744.82nC3H8592.33383.15 CpH2dt=592.33383.153.249+0.422X10-3T+0.083X105/T2R dt
=R3.249383.15-592.33+2.11X10-4146803.92-350854.83-0.083X105/383.15 +14.0125
=R-730.330nH2

592.33383.15CpC3H6dt=592.33383.15(1.637+22.706X10-3T-6.915X10-6(T2)R dt

=R1.637383.15-592.33+0.011353146803.92-350854.83-2.305X10-6(56247922.91-207821840.8)
=R-2309.6396nC3H6
QR=-2309639.64-730330-1829897.22...