Proyecto de cinética química

PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO

REACCIÓN:

SO3 (l) + H2O (l) H2SO4 (l)

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS:


Fórmula
Nombre
M (g/mol)
ΔH° (kJ/mol)
ΔG° (kJ/mol)
S° (J/molK)
Cp° (J/molK)
H2SO4 (l)
ácido sulfúrico
97.96
-813.99
-690
156.9
138.9
H2O(l)
Agua
17.99
-285.836
-237.178
69.956
75.291
SO3(l)
Trióxido de azufre
80.09
-431.283
-369.54
69.956
75.291*Temperatura de referencia 298.15K
*Presión de referencia 1 bar



PROPIEDADES FÍSICAS:


Propiedad
valor
Estado físico
líquido
punto de ebullición (°C) (760-mmHg)
290; 100% / 310-335; 98%
punto de fusión (°C)
10.4-10.5; 100% / 3;98%
presión de vapor (mmHg)
< 0.001; 20°C /1;146°C



CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO:

Producción de HNO3: 40 toneladas/día
T0=20 CAlimentación inicial de compuestos 100% puros en estado líquido (M)
Presión constante: 1 atm
Densidad constante: 1 g/mL
Reacción reversible y elemental.
Cp, ΔH, Δg, ΔS constantes.
Los factores pre-exponenciales de ambas reacciones son iguales y equivalen a 10 10.[h-1].
La energía de activación de la reacción partidaria sin catálisis homogénea es de 25 kcal/mol
La energía de activación de lareacción partidaria con catálisis homogénea es de 15 kcal/mol


BALANCE DE MATERIA:


sustancia
Peso molecular (g/mol)
Mol producidos por dia (mol/dia)
Gramos producidos por dia (g/dia)
H2O
18
407830.3426
7340946.17
SO3
80
407830.3426
25693311.58
H2SO4
98
407830.3426
40000000



Cálculos:
40 ton/día = 40000000 g/día de H2SO4
H2SO4

SO3


H2O





CÁLCULO DE LASCONCENTRACIONES INICIALES:

Tomando en consideración 1L como volumen de control y conocida la densidad (1 g/mL), para el cálculo de las concentraciones, se sabe que existe una mezclado perfecto por lo que la concentración se calcula tomando en cuenta el % V/V de cada reactivo. Los reactivos presentes son SO3(l) y H2O(l) con una relación estequiometria de 1:1.




A partir de sus pesosmoleculares
1 mol de SO3 = 80 g
1 mol de H2O = 18 g


Sabemos la cantidad de producción 40 Ton/día y la densidad, con eso se obtendrá el volumen:




Ahora obtengo la concentración inicial, sin considerar el % V/V:






Tomando en cuenta el flujo de entrada de cada componente, se calcula el volumen que le corresponde a cada componente:







Conociendo el volumencorrespondiente de cada componente, se calculará el % V/V:










Ahora obtengo la concentración inicial, considerando el % V/V:






En un volumen igual a un litro tenemos 10.25 mol de SO3 y 10 mol de H2O


BALANCE DE ENERGÍA:




Pero la conversión es total, o sea, igual a 1 por lo tanto:



SO3 (l) + H2O (l) H2SO4 (l)


ΔH reactivos: (-285.836KJ/mol) +(-431.283 KJ/mol) = -717.119 KJ/mol
ΔH productos: -813.99 KJ/mol = -813.99 KJ/mol

ΔHr: -813.99 KJ/mol – (-717.119 KJ/mol) = -96.871 KJ/mol

ΔS reactivos: (69.956 J/mol) + (69.956 J/mol )= 139.912 J/mol
ΔS productos: 156.9 J/mol = 156.9 J/mol

ΔSr: 156.9 J/mol – 139.912 J/mol= 16.988 J/mol

ΔG reactivos. (-237.178 KJ/mol) + (-369.54 KJ/mol) = -606.718 KJ/mol
ΔG productos:-690KJ/mol = -690 KJ/mol
ΔGr: -690 KJ/mol – (-606.718 KJ/mol) = -83.282 KJ/mol




Sustituir en:





Esta representa una temperatura muy elevada para el proceso.



CÁLCULO DE LAS CONSTANTES SIN CATALIZADOR:




1 caloría = 4.184 J





Ke = 6.930361797X1014 LnKe= 14.1721



SO3 (l) + H2O (l) H2SO4 (l)





La energía deactivación de la reacción partidaria sin catálisis homogénea es de 25 kcal/mol


K1 = 2.2929863x10-9 h-1



K2 = 3.30800979x10-24

Puesto que el valor de k2 es muy bajo podemos despreciarlo y hacer algunas consideraciones a las siguientes ecuaciones de rapidez de reacción.



CÁLCULO DE LAS CONSTANTES CON CATALIZADOR:

SO3 (l) + H2O (l) H2SO4 (l)





La energía de...