Problemas De Balance De Materia Y Energía

PROBLEMAS DEL CUADERNO
Pregunta 1
En un horno se está quemando etano con un 40% de exceso de aire. Si se alimenta 300Kg/h de etano. Calcule el gasto de aire, el gasto de los gases de combustión y la composición completa de los mismos. Considerando que el grado de conversión es del 95%.

* Las moles de metano que entra esta en masa con convención lo pasaremos a moles 300Kg/h=10Kmol/h1 3
2* Este problema se resolverá por 3 métodos distintos y comenzaremos hallando los grados de libertad.

| B. normal | B. elemental |
NVI | 8+1 | 8 |
NEB | -5 | -4 |
NFE | -1 | -1 |
NCE | -1 | -1 |
NR | -2 | -2 |
GL | 0 | 0 |
Método #1

* Una vez hallado los grados de libertad haremos uso de las 2 restricciones establecidas por el problema ylas 5 ecuaciones de balance a determinar.
* Restricción #1
%exceso de aire =40%
El 40% de aire nos indica un exceso de oxigeno también del 40% sobre el valor teórico.
Con este dato procedemos a hallar las moles alimentadas de oxígeno y nitrógeno


* Restricción #2
Grado de Conversión = 0.95
El grado de conversión se da con respecto al hidrocarburo ya que el exceso es de aire.Esto nos indica que el 0.95 se consume.


* Hallamos las moles de salida en la combustión y con esto las fracciones molares de todas las componentes de salida.

, , , ,

Método #2

* De las restricciones halladas anteriormente tenemos
, ,

* Hallando la velocidad de reacción y aplicándolo a los balances de los respectivos componentes

* Haciendo losbalances respectivos de las componentes.

Balance de etano

Balance de oxigeno

Balance de dióxido de carbono

Balance de agua

Balance de nitrogeno

componente | Moles(Kmol) | %molar |
| 0.5 | 0.2015 |
| 15.75 | |
| 19 | 7.6587 |
| 28.5 | 11.4881 |
| 184.3333 | 74.3030 |

Método #3
* Este método se hará por balance de especies atómicas o balance elemental
* De lasrestricciones anteriormente calculadas tenemos
, , ,
El balance se hará de la siguiente manera según la reacción química

* Hacemos el balance de especies atómicas

Balance elemental de “C”

Balance elemental de “H”

Balance elemental de “O”

Balance elemental de “N”

*
* Los porcentajes molares resultan ser los mismo que los hallados anteriormentecomponente | Moles(Kmol) | %molar |
| 0.5 | 0.2015 |
| 15.75 | |
| 19 | 7.6587 |
| 28.5 | 11.4881 |
| 184.3333 | 74.3030 |

Problema 2:
Se quema n-pentano con exceso de aire, en una cámara de combustión continua.
a) Un técnico realiza un análisis, informa que el gas producido contiene 0,270 mol% de pentano; 5,3 % de O2 y 9,1 % de CO2 y el balance de N2 en base seca.
Tome como basede cálculo 100 mol de gas seco, dibuje y marque el diagrama de flujo. Realice el análisis de Grado de Libertad (GL) basado en el balance de especies atómicas, y demuestre que el sistema tiene GL = -1.
b) Use balance para probar que es imposible que los porcentajes reportados sean correctos.
c) El técnico vuelve a hacer el análisis y reporta nuevos valores: 0,304 mol de pentano, 5,09 mol %de O2; 10,2 mol % de CO2 en el balance de nitrógeno. Verifique si este resultado podría ser correcto y, suponiendo que lo es, calcule el porcentaje de aire en exceso que alimenta al reactor y la fracción de conversión del pentano.
(4)
N4 =
X4H2O = 1
CÁMARA DE COMBUSTION
Solución:
a) Diagrama:

(3)
N3 = 100
X3C5H12 = 0,0027
X3CO2 = 0,0910
X3O2 = 0,0530
X3N2 = 0,8533
Pentano...