Balance de masas

BALANCE DE MASA CON REACCION QUÍMICA PARA PROCESOS CONTINUOS
Entrada

+ generación

=

salida + consumo

PROBLEMA 1
El metanol se obtiene por reacción de CO2 y H2
CO
+
2 H2
--->
CH3OH
Solamente el 14% en moles de CO que entra en el reactor se convierte en metanol, de otra
forma que es preciso emplear una recirculación de gas no convertido. La alimentación gasesosa
F está a 140°F y 340 atm y la recirculación R esta a 240°F y 340 atm.
a.- Calcular la velocidad volumétrica en flujo de gas de alimentación F expresada en pie3/hr
necesaria para producir 5000 lb/hr de metanol.
b.- Calcular la velocidad volumetrica de flujo R para esta velocidad de 5000 lb/hr de metanol

R

P

F
REACTOR

SEPARADOR

SOLUCION
LA REACCIÓN

CO
1

moles

+

Grado de conversióndel CO =
PM CO =
PM H2 =
PM CH3OH =
PARA F:
PARA R :

BASE DE CALCULO:

CH3OH

B

A

2 H2
2

--->

CH3OH
1

14%
28 lb/mol
2 lb/mol
32 lb/mol

Temperatura=
Presión =
Temperatura=
Presión =

140
340
240
340

°F
atm
°F
atm

1 HORA

P =

moles de CH3OH obtenidos =
moles de CH3OH obtenidos =

5000.0 / 32.0
156.25
P =

156.25

mol - lb
mol - lbDe acuerdo a la ecuación de reacción para el metanol:
moles de CO requeridos =
moles de CO requeridos =
moles de CO requeridos =

(moles metanol)*[CO / CH3OH]
156.2500 * [ 1.0 / 1.0 ]
156.25 mol - lb

5000

lb de metanol

moles H2 requeridos =
moles H2 requeridos =
moles H2 requeridos =

(moles metanol)*[2H2 / CH3OH]
156.2500 * [ 2.0 / 1.0 ]
312.5 mol - lb

Balance de masaen el reactor

A = B

Entrada
Bparcial para el CO

=

CO en A + CO generado

CO en A + 0
Luego

+ generación

=

salida + consumo
=

0.86 (CO en A)

0.14 (CO en A) =
CO en A =
CO en A =

Bparcial para el H2

Luego

Luego :

156.25

156.250 / 0.140
1116.071429 mol - lb

=

=

H2 en B + H2 consumido

0.86 (H2 en A)

0.14 (H2 en A) =
H2 en A =
H2 en A =+

156.25

H2 en A + H2 generado

H2 en A + 0

CO en B + CO consumido

+

312.5

312.5
312.500 / 0.140
2232.142857 mol - lb

A = CO2 en A
+
H2 en A
A = 1116.071429
+
2232.14286
A = 3348.214286 mol - lb

BALANCE DE MASA TOTAL.

F = P
Entrada

+ generación

=

salida + consumo

BPARCIAL metanol:

metanol en F + metanol generado = metanol en P + metanolconsumido
0 +
156.25
=
metanol en P + 0
P =
156.25
mol - lb

BPARCIAL CO:

CO en F + CO generado
=
CO en F + 0 =
CO en F =

BPARCIAL H2:

H2 en F + H2 generado = H2 en P + H2 consumido
H2 en F
+
0 =
0 +
312.5
H2 en F =
312.5

Luego :

CO en P + CO consumido
0 +
156.25
156.25

F = CO en F + H2 en F
F =
156.25
+
F =
468.75 mol - lb

312.5

EN EL PUNTO DEMEZCLA TENEMOS:
LUEGO :

F

+

468.75

R

= A

+

R

=
3348.21429
R = 2879.464286 mol - lb

CONSIDERANDO LA ECUACIÓN DE LOS GAESE IDEALES:
El flujo volumetrico :

PV = nRT

V = nRT/P

PARA F =

R=
T =
P =

10.73 psia-pie3 / mol-lb.°R
140 + 460 =
340 * 14.7 =

V =
V =
PARA R =

600 °R
4998 psia

468.75000 * 10.730 * 600.0 / 4998.0
603.8040216 pie3/hr

R=T =
P =

10.73 psia-pie3 / mol-lb.°R
240 + 460 =
340 * 14.7 =

V =
V =

2879.46429 * 10.730 * 700.0 / 4998.0
4327.262155 pie3/hr

700 °R
4998 psia

PROBLEMA 2
Una planta que se representa en el diagrama de flujo, utiliza H2 para reducir 7 ton/hr
de Fe2O3 a Fe metálico.
Fe2O3 + 3H2
---->
2Fe + 3H2O
El hidrógeno de la alimentación fresca que contiene 1% de CO como impureza semezcla
con una recirculación con el fin de evitar que se sobrepase el 2.5% en CO2 a la entrada del reactor.
se retira una purga (P), la relación de recirculación a alimentación de gas fresco (F) es 4.5 : 1
Calcular las cantidades y composiciones de todas las corrientes.

D
Fe2O3

REACTOR
w
SEPARADOR

Fe
H

G

P (PURGA)

R
SOLUCIÓN:
LA REACCIÓN

F

Punto de mezcla
Fe2O3...