Balance De Materia Con Reaccio N Qui Mica

Introducción a la Ingeniería Química
Dpto. de Ingeniería de Procesos y Gestión Industrial
FACET - UNT

Balance de Materia con Reacción Química
Previo a introducirnos en el tema vamos a recordar (y aprender) conceptos básicos
relacionados a las reacciones químicas.
1) Estequiometría: Se refiere a la proporción en que se combinan ciertos reactivos
para dar los productos. Ej:
2A + B → C + 3DSignifica: 2 mol de A + 1 mol B → 1 mol C + 3 mol D
O sea que la relación estequiométrica: mol A/mol B = 2, es decir, siempre será
necesario el doble de moles de A que de B para que se produzca la reacción.
Cociente estequiométrico: mol A/ mol B = relación de coeficientes
estequiométricos.
Coeficiente estequiométrico: es el nº mínimo de moles de 1 especie dada que
debe ponerse en

juego en una reacciónquímica para asegurar el balance

atómico.
Los números que preceden a cada especie molecular son los coef.
estequiométicos y los denominamos con la letra griega ν, o sea el coef. Esteq. de
A → ν A= 2
Otra lectura de la ecuación estequiométrica referida los productos es: se
consumen 2 mol de A para producir 3 mol de D.
2) Conversión (α) : Ya hemos visto en Química General que una reacción química
nonecesariamente se produce en un instante y también que no necesariamente se
produce en su totalidad; es decir que no desaparecen totalmente los reactivos y
sólo obtengo productos al terminar la reacción.
En otras palabras, no es práctico diseñar un reactor que consuma totalmente los
reactivos.
Definimos entonces conversión como:
moles consumidos
moles suministrados

N iE N iS
N iE

α. 100 =porcentaje de conversión

Ing. Carlos Correa, Dra. Norma Barnes, Dra. Dora Paz

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3. Exceso: Recordemos el concepto de reactivo limitante: es el reactivo que desaparece
cuando se lleva a cabo una reacción. Ej:
2A + B → C + 3D
Ingreso: 200 moles A + 150 moles B
Podemos ver que en caso que la reacción seproduzca totalmente se consumirá todo
el A y sobrarán 50 moles de B. O sea A es el reactivo limitante.
El o los reactivos que no son limitantes (en este caso, B) se conoce como reactivo en
exceso

.

Definimos entonces Exceso como:
moles que ingresan moles teóricos
moles teóricos

Ex

En nuestro caso:
Ex (B) = (150 – 100)/100 = 0,5
Ex * 100 = 50% (porcentaje de exceso)
4. Grado de Avance (ξ) : Esuna medida de la extensión en que se ha completado la
reacción química consumiendo los reactivos. Es una variable dimensional, cuyas
unidades pueden ser: mol, lbmol, etc.
Veamos un ejemplo: Ejemplo 11
2A + B → C + 3D
Supongamos que parto de proporciones estequiométricas de reactivos y a la salida
del reactor tengo los siguientes resultados:
200 mol A
100 mol B

1

50 mol C
150 mol D
50 mol B
100mol A

2

R

Qué pasó?
De B sólo han reaccionado 50 mol, ya que quedaron 50 mol sin reaccionar. Esto quiere
decir que la reacción avanzó sólo 50 mol de B (se consumieron 50 mol B; y si miro a A
sólo 100 mol de A (νA.50= 2. 50= 100 mol A).
El grado de avance de esta reacción es: ξ = 50 mol.
Veamos cómo escribir esto matemáticamente, usando la estructura de balance:
n1B

nB2

→ n1B

nB2

0

Ing.Carlos Correa, Dra. Norma Barnes, Dra. Dora Paz

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n1A n A2

→ n1A n A2 2

2

nC2

nD2

→ nC2
→ nD2

3

0

0

3

0

Veo ahora: Entra – Sale + Genera = 0
Genera = ν i. ξ
Donde: ν i <0 si es de reactivos (consume (-): Sale del sistema)

ν i >0 si es de productos (produce (+): Ingresa del sistema)Obviamente tendremos tantos ξ como reacciones químicas.

Conversión: Dado el siguiente esquema, definimos:

A
B

1

M

A
B
C
D

2

R

A
B
C
D
Conversión por paso:

A
B
C
D

4

αA (por paso) =

αA (global) =

Conversión global:

3

n A2 n 3A
n A2

n1A n 3A
n1A

Balances atómicos:
Nos pongamos de acuerdo: SIEMPRE LA MASA ES CONSTANTE.
Sin reacción química: se conservan las moléculas (las especies...