Ejercicios Para Siderurgia

PROBLEMAS PARA EL PRIMER PARCIAL DE SIDERURGIA
(SEMESTRE 1/2011)

Problema 1
Condición A.
Un reformador de gas es mantenido a 1000 °K y una presión de 1
atm, al cual se le hace pasar una corriente de aire seco (02 = 0,21%, N2 = 0,79%) que
reacciona con un exceso de coque. Se conoce que para un 1 mol de aire, el
consumo de coque es de 0,372 mol C. Suponiendo condiciones de equilibrio seencontró que la composición de los gases de salida es de: PCO=0,28;
PCO2 = 0,041 y PN2 = 0,68.
Condición B. Si ahora el aire seco del caso anterior es sustituido por aire húmedo que
contiene un 3% H2O. Calcular la nueva composición de los gases de salida y el
consumo de carbono por mol de aire. Se recomienda proceder de la siguiente
manera:
I.

Buscar la nueva composición del aire.

II.Determinar
independientes

las

incógnitas

considerando

que

ocurren

tres

reacciones

C + 0 2 = C0 2
C02 + C = 2CO
C + H20 = CO + H2
III. Seleccionar una base independiente de las reacciones y expresar la
presión parcial de 02, H2, CO, C02, N2, y H20 en términos de las variables
de progreso asociadas a estas reacciones.
IV. Resolver
iteración.

para

las

variablesde

progreso

utilizando

la

técnica

de

la

V. Deducir la composición de los gases de salida y el consumo de coque.
C. Por otro lado, si el aire húmedo es ahora enriquecido con oxígeno y su
composición es 02 = 25%, N2 = 72%, H20 = 3%. Hallar la composición de los
gases de salida y el consumo de coque, siguiendo el procedimiento descrito en la
parte B.
D. Determine cual delos óxidos de hierro (Fe304=>Fe203; Fe203=>FeO; FeO=>Fe)
es posible reducir bajo las condiciones estudiadas (temperatura, presión y
composición de los gases) en la parte A, B y C del problema. Puede apoyarse en
el diagrama mostrado en la figura 1.

A 1000 K, las energías libres de formación para cada uno de las especies gaseosas
son:
CO
∆Gº (cal/mol)

CO2

H2O

Fe0.95O

-47.860-94.630

-46.040

-47.690

Figura
1: Diagramas
Equilibrio Fe-C-H-O

de

Problema 2
El gas hidrógeno es producido por la reacción del vapor de agua con "gas de agua",
una mezcla equimolar de H2 y CO obtenido por la reacción de vapor con carbón. Una
corriente de "gas de agua" se mezcla con vapor y se pasa sobre un catalizador para
convertir el CO en CO2 mediante la reacción:H20(g) + CO(g) → H2(g) + C02(g)
Posteriormente, el agua que no reaccionó se condensa y el dióxido de carbono es
absorbido, dejando un producto que es hidrógeno en su mayor parte. Las condiciones
de equilibrio son 1 bar y 800 K.
a) ¿Habría alguna ventaja de llevar a cabo la reacción a presiones por arriba de 1 bar?
b) Si se elevara la temperatura de equilibrio, ¿se aumentaría la conversión del CO?c) Para las condiciones de equilibrio dadas, determine la relación molar de vapor a "gas

de agua" (H2 + CO) requerida para producir un gas producto que contenga solamente
2% mol de CO después de enfriarse a 20°C, en donde el H20 que no reaccionó ha sido
prácticamente condensada afuera.
d) Diga si existe algún peligro de que se forme carbón sólido en las condiciones de
equilibrio mediantela reacción
2CO(g) → CO2(g) + C(s)

Problema 3
Un método para la fabricación de gas reductor es la reformación catalítica del
metano con vapor de agua:
CH4(g) + H20(g) → CO(g) + 3H2(g)
La única otra reacción considerada es
CO(g) + H2O(g)→ C02(g) + H2(g)
Suponga que el equilibrio se alcanza para ambas reacciones a 1 bar y 1 300K.
a) ¿Sería mejor llevar a cabo la reacción a presionessuperiores a 1 bar?
b)

¿Sería mejor llevar a cabo la reacción a temperaturas inferiores a 1 300 K?

c)

Estime la relación molar entre el hidrógeno y el monóxido de carbono en el gas de

síntesis, si la alimentación consiste en una mezcla equimolar de vapor y metano.
d) Repita la parte c) para una relación molar de 2 de vapor a metano en el gas que se
alimenta.
e)

¿Cómo podría...