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Balance de Energía (EIQ 360) Versión 2007

Problema (4-34 SVN). Un proceso sintético para la producción de ácido clorhídrico (HCl) se basa en la combinación directa de hidrogeno gaseoso (H2) y cloro (Cl2). Si un reactor recibe 618 lbm/hr de cloro y 22.1 lbm/hr de hidrogeno, y los reactivos entran a 77 ºF y los productos salen a 932 ºF, calcule el calor emitido en Btu/hr. Datos: Capacidadescaloríficas medias con referencia a la temperatura de 77 ºF. Compuesto Cp medio [Btu/lb-mol ºF] Hidrogeno 7.00 Cloro 8.70 Ácido Clorhídrico 7.05

Problemas Resueltos

Profesor: Luis Vega Alarcón

1

618 lb/hr Cl2 77 ºF 22,1 lb/hr H2 Q 932 ºF

8,715 lb-mol/hr Cl2 77 ºF
1 2 1 H2 (g) + 2 Cl2 (g) → HCl(g)

932 ºF

10,962 lb-mol/hr H2 Q
0

De la tabla de propiedades físicas.
618.0 ⎡ lb -mol ⎤ = 8.715 ⎢ n Cl2 = ⎥ 70.91 ⎣ hr ⎦ 22.1 ⎡ lb - mol ⎤ nH2 = = 10.962 ⎢ ⎥ 2.016 ⎣ hr ⎦
Compuesto H2 Cl2 HCl Entran lb-mol/hr 10,962 8,715 0,000 Reaccionan lb-mol/hr 8,715 8,715 0,000

Compuesto H2 Cl2

PM 2,016 70,910

B.E.:

Q = ΔH

ΔH = nk

ΔHR + γk

Productos

∑n h − ∑n h
i i i Reactivos Productos

i

Forman lb-mol/hr 0,000 0,000 17,430

Salen lb-mol/hr 2,247 0,00017,430

Base de entalpía los compuestos en estado gaseoso a 77 ºF. 0 ΔHR ΔH = nk + ni hi γk



1

De la tabla C-4 del SVN 6ª Ed.
1 2 1 H2 (g) + 2 Cl2 (g) → HCl(g)
0 J ⎤ ⎡ ΔH f = −92307 ⎢ mol HCl ⎥ ⎣ ⎦

0 J 1000[mol] ⎡ ⎤ 0.0009486[Btu] ΔH f = −92307 ⎢ ⋅ ⋅ mol HCl ⎥ 1[J] 2.20462[lb − mol] ⎣ ⎦ 0 Btu ⎡ ⎤ ΔH f = −39717.69 ⎢ ⎥ ⎣ lb - mol HCl ⎦

⎡ lb − mol ⎤ (8.715 )⎢ ⎥ ⋅ ( −39717 .69) ⎡Btu ⎤ ⎣ hr ⎦ Q= ⎢ lb − mol ⎥ 0. 5 ⎦ ⎣ ⎡ lb − mol ⎤ ⎡ Btu ⎤ + (17.43)⎢ ⎥ ⋅ 6027.75 ⎢ lb − mol ⎥ ⎣ hr ⎦ ⎣ ⎦ ⎡ lb - mol ⎤ ⎡ Btu ⎤ + (2.247) ⎢ ⎥ ⋅ 5986 ⎢ lb - mol ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ hr ⎦

⎡ Btu ⎤ hHCl = CP ⋅ (932 − 77 ) = 7.05 ⋅ (932 − 77 ) = 6027 .75 ⎢ ⎥ ⎣ lb - mol ⎦ ⎡ Btu ⎤ hH2 = CP ⋅ (932 − 77) = 7.00 ⋅ (932 − 77 ) = 5985 ⎢ ⎥ ⎣ lb - mol ⎦

⎡ Btu ⎤ Q = −692279.3 + 105063.7 + 13450.5 = −573765 ⎢ ⎥ ⎣ hr ⎦Problema (4-29 SVN3). Un procedimiento de elaboración de óxido de etileno mediante la oxidación de etileno por acción del aire se basa en hacer pasar los reactivos sobre un catalizador de plata a temperaturas que van de 200 a 320 ºC. Suponga que el reactor recibe una mezcla del 5% en volumen de etileno y 95% de aire, a 200 ºC, y que el 50% del etileno se convierte en óxido de etileno y 40% se quemapor completo dando dióxido de carbono. ¿Qué cantidad de calor debe eliminarse del reactor por mol de etileno si la temperatura de salida de los gases no sobrepasa de 260 ºC? La capacidad térmica molar promedio del etileno se considera del orden de 12.6 Btu/lb-mol ·ºR entre 25 y 200 ºC, y de 13.2 Btu/lb-mol·ºR entre 25 y 260 ºC. En el caso del oxido de etileno se tiene valores similares de 14.3 y15.0 Btu/lb-mol·R.

B.C.: 100 moles de mezcla de alimentación al reactor:
200 ºC 100 [mol] de mezcla 95 [mol] de aire 5 [mol] de C2H4
1 1) C 2H 4 (g) + 2 O 2 (g) → C 2H 4 O(g)

260 ºC Reactor C2H4O(g) C2H4(g) CO2(g) H2O(g) O2(g) N2(g)

2) C 2H4 (g) + 3 O 2 (g) → 2 CO 2 (g) + 2 H2 O(g) B.M.:
Entran C2H4 O2 N2 C2H4O CO2 H2O Entran moles 5,00 19,95 75,05 2,50

Reaccionan ReaccionanGeneración Generación rx 1 rx 2 rx 1 rx 2 2,50 2,00 1,25 6,00

Salen moles 0,50 12,70 75,05 2,50

4,00 4,00

4,00 4,00

2

B.E.: Compuestos en estado gaseoso a 25ºC.
⎛ n ⋅ ΔHo R Q = ΔH = ⎜ K ⎜ γ K ⎝ ⎞ ⎛ n ⋅ ΔHo R ⎟ +⎜ K ⎟ ⎜ γ K ⎠RX 1 ⎝ ⎞ ⎟ + n i ⋅ hi − ni ⋅ h i ⎟ Entrada ⎠RX 2 Salida





2) C 2H 4 (g) + 3 O 2 (g) → 2 CO 2 (g) + 2 H2 O(g)
o ⎡ cal ⎤ C 2H 4 (g) + 3 O 2 (g) → 2 CO 2 (g)+ 2 H2 O(liq) : ΔHC = −337150 ⎢ ⎥ ⎣ mol ⎦ o ⎡ cal ⎤ H2 O(liq) → H2 O(g) : ΔH V = 10519 ⎢ ⎥ ⎣ mol ⎦
o ⎡ cal ⎤ ΔHR = −337150 + (2)(10519 ) = −316112 ⎢ ⎥ ⎣ mol ⎦

1)

1 C 2H 4 (g) + 2 O 2 (g) → C 2H 4 O(g)

⎡ cal ⎤ 1 = −12190 ⎢ 2 C(s) + 2 H2 (g) + 2 O 2 (g) → C 2H 4 O(g) : ⎥ ⎣ mol ⎦ o ⎡ cal ⎤ ΔHR = −12190 − 12496 = −24686 ⎢ ⎥ ⎣ mol ⎦ ⎡ cal ⎤ 5[mol] ⋅ 0.5 ⋅ ( −24686 )⎢ ⎛ n ⋅ ΔHo ⎞ ⎥ R ⎟ ⎣...
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