Estudinate

UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
INGENIERÍA INDUSTRIAL Y COMERCIAL

CAPITULO IX
Balance de procesos reactivos.

CURSO
OPERACIONES UNITARIAS
Prof. W. Reátegui

• Estrategias y procedimientos de aprendizaje

 Identifica los reactivos limitante y en exceso
 Define y utiliza el grado de conversión para
realizar balances de materia

Un reactor químico es un equipo en cuyo interiortiene lugar una reacción
química, estando éste diseñado para maximizar la conversión y selectividad de
la misma con el menor coste posible. Si la reacción química es catalizada por
una enzima purificada o por el organismo que la contiene, hablamos de
biorreactores.

I. Conceptos generales
•

•

Estequiometría: es la teoría acerca de las proporciones en las cuales
se combinan lasespecies químicas . La ecuación estequiométrica de
una reacción química indica el número relativo de moléculas o moles
de reactivos y productos que participan en la reacción.
aA + b B → c C
Proporciones estequiométricas: dos reactivos A y B, están en
proporciones estequiométricas cuando la relación ( moles A
presentes/ moles B presentes) es igual a la relación estequiométrica
obtenida de laecuación balanceada de la reacción. Ejemplo:
2SO2 + 1O2 → 2SO3

 2 moles (a) de SO2 reacciona con 1 mol (b) O2 para producir 2 moles
( c )SO3
 Cuando se alimenta un reactor en proporciones estequiométricas y la
reacción procede hasta su terminación, se consumen todos los
reactivos ( A, B).

•

•

Reactivo limitante: el reactivo que se agota cuando una reacción
procede hastacompletarse se llama reactivo limitante y, los demás
reactivos se llaman reactivos en exceso.

Un reactivo es limitante cuando está presente en una proporción
menor a la estequiométrica en relación con los demás reactivos.
• Ejemplo:
1C4H8 + 6O2 → 4CO2 + 4H2O
 Si el contenido de butano en el proceso es menor a 1 mol y el
contenido de oxígeno es 6 moles, entonces el butano será el
reactivolimitante.
 Si el contenido de oxígeno en el proceso es menor a 6 moles y el
contenido de butano es 1 mol, entonces el oxígeno será el reactivo
limitante.
 Si todos los reactivos están en proporciones estequiométricas,
entonces no hay reactivo limitante.

aA bB

pP

Siendo A e B reactivos, P productos y a, b y p,
s us respectivos coeficient es estequiomé tricos.
Si :
molA.dispo nible amolB.dispo nible b
El reactivo limitante es A
Si :
molA.dispo nible a
molB.dispo nible b
El reactivo limitante es B
Ejemplo :
La ecuación balanceada para la oxidación del monóxido
de c arbono a dióxido de c arbono es la siguiente :
2CO(g) O 2 (g)

2CO 2 (g)

Si s e tienen 4 moles de monóxido de c arbono y 3 moles de oxígeno,
¿cuál es el reactivo limitante?
4molCO
3molO 2

2
1por lo tanto CO es el reactivo limitante. En efecto, c uatro moles
de CO s ólo necesitan dos moles de O2 para reaccionar, por lo
que un mol de O2 quedará c omo exceso una vez finalizada la reacción.

• Porcentaje en exceso de A:
 Sea (nA)alimentación: las moles en exceso que se alimenta al
reactor del reactivo A.
 Sea (nA)estequiometría: las moles requeridas en el proceso
balanceadodel reactivo A.

% Exceso ( A)

(n A ) a lim ento (n A )esteq
*100
(n A )esteq

Proceso : hidrogenac ión del acetileno
C2 H 2

2H 2

C2 H 6

Alimentaci ón al reactor :
(n A ) a lim ento

80molesC 2 H 2

(nB )a lim ento 180molesH 2
Requerimie nto de hidrógeno :
(nB )esteq 160molesH 2
Reactivo en exceso : hidrógeno
%Exceso H 2

180 160
*100 12,5%
160

• Fracción deexceso de A:

Fracción en exceso de A

(n A ) a lim ento (n A )esteq
(n A )esteq

• Fracción de conversión: las reacciones químicas no se llevan a cabo
de manera instantánea y a menudo proceden con bastante lentitud.
En estos casos, no es práctico diseñar un reactor para la conversión
total del reactivo limitante; en vez de ello, el efluente del reactor
emerge con algo del reactivo...