Quimica
Páginas: 6 (1451 palabras)
Publicado: 14 de octubre de 2010
2.10 REACCIONES DE COMBUSTION:
La combustión es la reacción entre un combustible y oxígeno. Es una reacción muy importante en la industria química por la gran cantidad de calor que produce. Los combustibles más empleados son: carbón de hulla (C, algo de H y S y sustancias no combustibles); aceite combustible (hidrocarburos pesados y S); combustible gaseoso (CH4 principalmente) y GLP (gaslicuado del petróleo conformado principalmente por propano y/o butano).
El aire es la fuente de oxígeno en la mayoría de los reactores de combustión debido a su costo (el costo del aire es menor que el de los combustibles). Para los cálculos de combustión, la composición del aire seco se considera como 79% en volumen de N2 y 21% en volumen de O2.
Cuando se quema un combustible, el carbono quecontiene reacciona para formar CO2 o CO, el hidrógeno forma H2O, el azufre forma SO2 y el nitrógeno forma óxidos de nitrógeno. Una reacción de combustión en la que todo el C del combustible forma CO2 se conoce como combustión completa, mientras que si se forma CO (aunque parte del C del combustible forme CO2) se conoce como combustión parcial o incompleta.
El término composición en base húmedaindica las fracciones molares de un gas que contiene agua y el término composición en base seca indica las fracciones molares del mismo gas sin agua. El producto gaseoso que sale de la cámara de combustión se conoce como gas de emisión o gas de combustión.
Como en una reacción de combustión el reactivo más barato es el aire, éste se suministra en cantidad mayor a la necesaria (teórica). Lossiguientes términos son útiles en la combustión:
Oxígeno teórico: Moles o velocidad de flujo molar (intermitente o continuo) de O2 que se necesitan para efectuar la combustión completa del combustible, suponiendo que todo el carbono del combustible forma CO2 y todo el hidrógeno forma H2O.
Aire teórico: Es la cantidad de aire que contiene el oxígeno teórico.
Aire en exceso: Es la cantidad enexceso del aire que entra al reactor con respecto al aire teórico. El porcentaje de aire en exceso se calcula usando la siguiente ecuación:
% de aire en exceso = (Moles de aire que entran – moles de aire teórico)/moles de aire teórico * 100
El procedimiento para resolver balances de materia en la combustión es el mismo que el procedimiento para los sistemas reactivos, pero teniendo en cuenta estospuntos:
(1) El N2 sale del reactor tal como entra. En la salida del reactor debe considerarse el O2 que no reacciona y el combustible que no se consume.
(2) El porcentaje de aire en exceso y el porcentaje de oxígeno en exceso tienen el mismo valor numérico. Si se conoce el porcentaje en exceso de O2, el O2 real se calcula multiplicando el O2 teórico por 1 más la fracción de oxígeno en exceso.(3) Si sólo sucede una reacción se pueden usar indistintamente balances para especies moleculares o para especies atómicas. Si ocurren varias reacciones químicas suelen ser más convenientes los balances para especies atómicas.
2.10.1 EJERCICIO:
Se quema propano (C3H8) con 12% de aire en exceso. El porcentaje de conversión del propano es de 95%; del propano quemado, 15% reacciona para formarCO y el resto para formar CO2. Calcule la composición del gas de combustión en base seca y en base húmeda.
Base de cálculo: 100 moles de propano alimentados.
100 moles C3H8
Gas de emisión: CO,CO2, H2O, N2, O2, C3H8
Aire (21% O2 y 79% N2)
Moles de propano que reaccionan: 95 moles.
Moles de propano que producen CO2 = 95 moles * 0,85 = 80,75 moles.
Moles de propano que producen CO = 95 moles * 0,15 = 14,25 moles.
Reacciones: 80,75 C3H8 + 403,75 O2 242,25 CO2 + 323 H2O
14,25 C3H8 + 49,875 O2 42,75 CO + 57 H2O
Cálculo del número de moles de oxígeno...
La combustión es la reacción entre un combustible y oxígeno. Es una reacción muy importante en la industria química por la gran cantidad de calor que produce. Los combustibles más empleados son: carbón de hulla (C, algo de H y S y sustancias no combustibles); aceite combustible (hidrocarburos pesados y S); combustible gaseoso (CH4 principalmente) y GLP (gaslicuado del petróleo conformado principalmente por propano y/o butano).
El aire es la fuente de oxígeno en la mayoría de los reactores de combustión debido a su costo (el costo del aire es menor que el de los combustibles). Para los cálculos de combustión, la composición del aire seco se considera como 79% en volumen de N2 y 21% en volumen de O2.
Cuando se quema un combustible, el carbono quecontiene reacciona para formar CO2 o CO, el hidrógeno forma H2O, el azufre forma SO2 y el nitrógeno forma óxidos de nitrógeno. Una reacción de combustión en la que todo el C del combustible forma CO2 se conoce como combustión completa, mientras que si se forma CO (aunque parte del C del combustible forme CO2) se conoce como combustión parcial o incompleta.
El término composición en base húmedaindica las fracciones molares de un gas que contiene agua y el término composición en base seca indica las fracciones molares del mismo gas sin agua. El producto gaseoso que sale de la cámara de combustión se conoce como gas de emisión o gas de combustión.
Como en una reacción de combustión el reactivo más barato es el aire, éste se suministra en cantidad mayor a la necesaria (teórica). Lossiguientes términos son útiles en la combustión:
Oxígeno teórico: Moles o velocidad de flujo molar (intermitente o continuo) de O2 que se necesitan para efectuar la combustión completa del combustible, suponiendo que todo el carbono del combustible forma CO2 y todo el hidrógeno forma H2O.
Aire teórico: Es la cantidad de aire que contiene el oxígeno teórico.
Aire en exceso: Es la cantidad enexceso del aire que entra al reactor con respecto al aire teórico. El porcentaje de aire en exceso se calcula usando la siguiente ecuación:
% de aire en exceso = (Moles de aire que entran – moles de aire teórico)/moles de aire teórico * 100
El procedimiento para resolver balances de materia en la combustión es el mismo que el procedimiento para los sistemas reactivos, pero teniendo en cuenta estospuntos:
(1) El N2 sale del reactor tal como entra. En la salida del reactor debe considerarse el O2 que no reacciona y el combustible que no se consume.
(2) El porcentaje de aire en exceso y el porcentaje de oxígeno en exceso tienen el mismo valor numérico. Si se conoce el porcentaje en exceso de O2, el O2 real se calcula multiplicando el O2 teórico por 1 más la fracción de oxígeno en exceso.(3) Si sólo sucede una reacción se pueden usar indistintamente balances para especies moleculares o para especies atómicas. Si ocurren varias reacciones químicas suelen ser más convenientes los balances para especies atómicas.
2.10.1 EJERCICIO:
Se quema propano (C3H8) con 12% de aire en exceso. El porcentaje de conversión del propano es de 95%; del propano quemado, 15% reacciona para formarCO y el resto para formar CO2. Calcule la composición del gas de combustión en base seca y en base húmeda.
Base de cálculo: 100 moles de propano alimentados.
100 moles C3H8
Gas de emisión: CO,CO2, H2O, N2, O2, C3H8
Aire (21% O2 y 79% N2)
Moles de propano que reaccionan: 95 moles.
Moles de propano que producen CO2 = 95 moles * 0,85 = 80,75 moles.
Moles de propano que producen CO = 95 moles * 0,15 = 14,25 moles.
Reacciones: 80,75 C3H8 + 403,75 O2 242,25 CO2 + 323 H2O
14,25 C3H8 + 49,875 O2 42,75 CO + 57 H2O
Cálculo del número de moles de oxígeno...
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