Proyecto Final Balance de Materia

Proyecto Final
Balance de Materia
Dr. Enrique Ortiz Nadal
AbstrActo
Se realiza un balance de materia para un proceso basado en la síntesis del amoniaco usando como herramienta adicional POLYMATH.


Martes 12 de noviembre del 2013

Índice
Descripción del Problema 3
Diagrama de flujo y glosario de datos conocidos 3
Datos de propiedades físicas requeridos 5
Descripción de laestrategia de solución 5
Resultados y Discusión a las preguntas hechas en el problema 7
Referencias bibliográficas consultadas 12
Apéndices ordenados y limpios de los balances de materia realizados 13








1) Descripción del Problema
El Balance se basa en un proceso para la síntesis de amoniaco a partir de hidrogeno y nitrógeno, El proceso consiste en dos etapas de reacción y todo elproceso se lleva a cabo en fase gaseosa. El objetivo de la resolución del balance es saber la composición y flujo de cada corriente en dicho proceso. En el proceso hay dos reactores (Reactor 1 y Reactor 2), un separador, un intercambiador de calor y un enfriador, siendo estos dos últimos irrelevantes al plantear los balances de materia. Al proceso se alimentan proporciones estequiométricas dehidrogeno y nitrógeno esta alimentación se mezcla con una recirculación la cual sale del separador (que tiene solo hidrogeno y nitrógeno al salir del separador) y entra al reactor 1 el cual tiene un 10% de conversión por lo que la corriente lleva amoniaco, hidrogeno y nitrógeno. Esta mezcla (alimentación y la corriente que sale del reactor 1) entra al reactor 2 el cual tiene 12.33% de conversión, lacorriente de salida del reactor 2 la cual contiene amoniaco, hidrogeno y nitrógeno entra al separador del cual se obtiene el producto deseado (amoniaco pero lleva algo de hidrogeno y nitrógeno) y la recirculación que entra al reactor 1. En el proceso de síntesis de amoniaco se utiliza el intercambiador de calor y el enfriador, para que las corrientes lleven la temperatura adecuada para la realizacióndel proceso, pero como ya se mencionó estos son irrelevantes en la resolución del problema.
2) Diagrama de flujo y glosario de datos conocidos
Tabla de Datos Conocidos
Corriente
Flujo
H2
N2
NH3
C1
98.7 g/mol
74.025 g/mol
24.675 g/mol
0
C2
-
-
-
-
C3 = C4 = C5
-
-
-
-
C6 = C7
-
(.9945)*(C5)*(ZH2)*(C6)
(.9945)*(C5)*(ZN2)*(C6)
0
C8
-
-
-
-
C9
-
-
-
-

Tablade Conversiones

Reactor 1
12.33%
Reactor 2
10%

Reacción química

N2 + 3H2  2NH3


Diagrama de flujo






3) Datos de propiedades físicas requeridos
Compuesto
Hidrógeno
Nitrógeno
Amoniaco
Fórmula
H2
N2
NH3
Peso Molecular
2 g/mol
28 g/mol
17g/mol
4) Descripción de la estrategia de solución
Para resolver el problema iniciamos estableciendo como base de cálculoel flujo molar a la entrada del sistema. Esta base de cálculo era parte de los datos conocidos (98.7 mol/h). Después investigamos la reacción química que sucede en la síntesis de amoniaco a través de hidrógeno y nitrógeno. Al encontrar la reacción, pudimos ver una estequiometría de 3 a 1 del hidrógeno contra el nitrógeno, y utilizamos esta relación para sacar los flujos molares de cada compuesto.El segundo paso para la resolución fue decidir si haríamos el balance en moles o en masa. Optamos por hacerlo en masa, ya que eso nos permitiría hacer los balances generales, tanto del sistema como de cada aparato. Para poder hacer el balance en masa fue necesario utilizar los pesos molares para convertir los moles de cada compuesto a masa. Finalmente, sumamos los gramos para obtener la corrientede entrada en peso, en vez de en masa. Hacer el balance en masa implica que la corriente de entrada y de salida serían iguales (838.95 g/h).
Antes de plantear los balances, asumimos que tanto el intercambiador de calor y el enfriador cambiaban la temperatura de los compuestos, pero dichos compuestos no reaccionaban ante este cambio físico, por lo que esos aparatos resultaron irrelevantes...