Problemas De Balance

SISTEMA DE METANACION CON RECIRCULACION
Se va a mejorar un gas de síntesis, que contiene CO, H2 y una pequeña cantidad de CH4 (con una proporción de CO a H2 de 1 a 2.9), aumentando su contenido de metano mediante la reacción:
CO + 3H2 → CH4 + H2O
Se utiliza el sistema de recirculación .El reactor debe operarse adiabáticamente, con una temperatura de salida máxima de 1000°F , para obtener unacorriente de producto que contiene 50% de CH4 y 12% de CO. La razón de eliminación de calor del intercambiador 1 se ajusta, de manera que se enfría la corriente de descarga del reactor a 500°F. El separador se opera de tal manera que se obtiene una corriente de gas de recirculación con 1% de H2O y una corriente de agua líquida pura, ambas a100°F.Tanto la corriente de alimentación como la deproducto están a 200°F.Suponiendo que el sistema completo opera a una presión constante de 100 pisa.
Calcular todos los flujos y temperaturas para una capacidad de producción de metano de 100 LBmol/h.
PARA LA SOLUCION DEL PROBLEMA
Con excepción de las corrientes 1y8, todas las corrientes contienen los 4 componentes CO, H2,CH4 y H2O.Excepto la corriente 8 todas las corrientes están en fase gaseosa.Hay solo una reacción química y solo 2 unidades no adiabáticas el separador y el intercambiador de calor No 1.
Utilizando como estado de referencia 77°F, 1atm y fase gaseosa para todos los componentes, suponiendo mezclas ideales, efectos de presión despreciables y que dW/dt=0 para todas las unidades.
NOTA: Para hacer el balance de materia y energía vamos a tomar en cuenta los datos de la tablade estimación inicial por ejemplo para nombrar los flujos con su respectivo compuesto y línea de flujo:
Fw1,2 el 1 significa en la línea de flujo el componente 2 en este caso el H2 .
También vamos a usar estimados iniciales a r=82.712moles/h Fw7,2=340 moles/h , T2=300°F , T10= 400°F
Para el valor de calor de reacción y la entalpia relativa de la corriente 8 serían los valores siguientes.∆HR= -88.685x10ᶺ3 Btu Lb/mol. H8=413.29 Btu Lb/mol.
Para las entalpias y Cps que requerimos en este balance se usarían para el estimado inicial de la solución.

Tabla de estimación inicial para la solución
Flujos por componente (Lbmol/h) | 1 | 2 | 3 | 6 | 7 | 8 | 10 |
CO…… (1) | 120 | 255.96 | 159.96 | 24 | 135.96 | -- | 135.96 |
H2…….. (2) | 348 | 688 | 400 | 60 | 340 | -- |340 |
CH4………. (3) | 4 | 570.49 | 666.49 | 100 | 566.49 | -- | 566.49 |
H2O…… (4) | -- | 10.53 | 106.53 | 16 | 40.53 | 80 | 10.53 |
T °F | 200 | 300 | 1000 | 200 | 200 | 100 | 400 |
Treferencia= 77°F

Tabla final de corrientes
Flujos por componente (Lbmol/h) | 1 | 2 | 3 | 6 | 7 | 8 | 10 |
CO…… (1) | 106.71 | 234.30 | 151.58 | 24 | 127.58 | -- | 127.58 |
H2…….. (2) | 309.47 |635.49 | 387.35 | 61.329 | 326.02 | -- | 326.02 |
CH4………. (3) | 17.288 | 548.89 | 631.60 | 100 | 531.60 | -- | 531.60 |
H2O…… (4) | -- | 9.951 | 92.663 | 14.671 | 77.992 | 68.041 | 9.951 |
Fw´s | 433.468 | 1428.631 | 995.151 | 200 | 1063.192 | 68.041 | 995.151 |
T °F | 200 | 411.69 | 1000 | 200 | 200 | 100 | 100 |

CALCULOS
Balance de materia por componentes en el mezclador
-Fw2,1=Fw10,1+Fw1,1
234.30=127.58+106.71 Lb mol/h
-Fw2,2=Fw10,2+Fw1,2
635.49=326.02+309.47
-Fw2,3=Fw10,3+Fw1,3
548.89=531.60+17.288
-Fw2,4=Fw10,4
9.51=9.51
BALANCE DE MATERIA EN EL MEZCLADOR Fw2=Fw10+Fw1
1428.631= 1428.631
Balance de energía en el mezclador

Balance de materia por componentesen el reactor
-Fw3,1 = Fw2,1 - r
151.58 = 234.30-82.71
-Fw3,2 = Fw2,3 - 3 * r
387.35 = 635.49-3*82.712
-Fw3,3 = Fw2,3 + r
631.60 = 548.89+82.712
-Fw3,4 = Fw2,4 + r
92.663 = 9.951+82.712
BALANCE DE MATERIA EN EL REACTOR Fw3=Fw2 r= 1263.193=1263.193

Balance de energía en el reactor

Balance de energía en el intercambiador 1

Balance de energía en el intercambiador 2...