UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLS DE HIDALGO

Facultad de Ingeniera Qumica

BALANCE DE MATERIA Y ENERGA

Dra . Ma. Del Carmen Chvez Parga PROYECTO FINAL CAPITULO 9 BALANCES DE ENERGIA EN PROCESOS REACTIVOS PROBLEMA 9.24 Modulo: 2 Seccin: 02

JOS ALEJANDRO MORN BALDERASMATRICULA 0935755GCARMEN IVETTE AMEZCUA TOVAR1025068BMORELIA , MICH. A 08 DE JUNIO DEL 2015

PROBLEMA 9.24.- Un par de reacciones en fase gaseosa con las siguientes ecuaciones estequiometrias se llevan cabo en un reactor continuo:

Las reacciones del etileno con agua para formar etanol, y del etanol para formar ter dietlico y agua constituyen tal sistema de reaccin. (Vea problema 9.21)(a) Suponga que la alimentacin al reactor contiene A, B y sustancias inertes (I), con fracciones molares xA0, xB0 y xI0, respectivamente. Sea fA la fraccin de conversin de A (mol de A consumido/ mol de A alimentado) y YC el rendimiento de C basado en el consumo de A (mol de C generados/mol de A consumidos); pruebe que, para una base de 1 mol de alimentacin, el nmero de moles de cada especie en la salida es la siguiente:

(b) Elabore una hoja de clculo para realizar los balances de materia y energa tomando como base 1.00 mol de alimentacin. El programa debe tomar como entradas:(i) Los calores estndar de formacin (kJ/mol) de A(g), B(g), C(g) y D(g);(ii) Los coeficientes (a, b, c y d) de las frmulas Cp= a + bT + cT2 + dT3 para A, B, C, D e I gaseosos, donde Cp tiene las unidades kJ/(mol C);(iii) Las temperaturas de alimentacin y de producto, Tf(C) y Tp(C);(iv) XA0, xB0, fA y YC

Debe generar una tabla de entalpas de entrada-salida basada en las especies elementales a 25C como referencia y despus calcular la transferencia de calor necesaria hacia o desde el reactor, Q (kJ). La hoja de clculo debe probarse usando las especies y reacciones del problema 9.21 y de ser parecida a la que se muestra. (Se incluyen algunos de los resultados calculados y de los datos alimentados.) EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)

CCHOH (v)

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253103100.5370.3670.0960.050.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A

B

C

D

I

Q (kJ)=-1.31

donde DHf[=(kJ/mol)] representando el calor estndar de formacin.

(c) Utilice el programa para calcular Q en las condiciones del reactor que aparece en la hoja de clculo, y luego para una temperatura de alimentacin de 125 C manteniendo todos los dems parmetros de entrada iguales. (La tabla de entalpia y el valor de Q debe corregirse de manera automtica en cuanto escriba el nuevo valor de Tf). Imprima y entregue la produccin de su programa para la segunda temperatura de alimentacin.(d) Corra el programa con varios valores distintos de Tp, fA y YC. Resuma los efectos de cada uno de estos parmetros sobre Q y explique en forma breve por qu sus resultados son lgicos.

TOMANDO COMO EJEMPLO EL EJERCICIO 9.21 SE TIENE QUE El etanol se produce en forma comercial por hidratacin de etileno:

Parte del producto se transforma en ter dietlico por una reaccin secundaria indeseable

La alimentacin combinada al reactor contiene 53.7 mol% de C2H4, 36.7 mol% de HO y el balance de nitrgeno, el cual entra al reactor a 310C. Dicho reactor opera de manera isotrmica a 310C. Se logra una conversin de etileno de 5%, y el rendimiento de etanol (mol etanol producido/mol de etileno consumido) es 0.900.

SOLUCIN

REACTORAlimentacin de 1 mol X A0 (mol A/mol)XB0 (mol B/ mol) XI0 (mol I/ mol)a)

nA (mol A)nB (mol B)nC (mol C)nD (mol D)nI (mol I)

b)Los calores estndar de formacin de la Tabla B.1

CompuestoFrmula(kJ/mol)

EtilenoCH (v)52.28

AguaHO (v)-241.83

EtanolCHOH (v)-235.31

ter dietlico (CH)O (v)-246.8

NitrgenoN (g)0

Las capacidades calorficas de la Tabla B.2

Cp[kJ/(mol C)]= a + bT + cT2 + dT3

CompuestoFrmulaa x 103b x 105c x 108d x 1012

EtilenoCH (v)40.7511.47-6.89117.66

AguaHO (v)33.460.68800.7604-3.593

EtanolCHOH (v)61.3415.72-8.74919.83

ter dietlico(CH)O (v)89.4540.33-22.44

NitrgenoN (g)290.21990.5723-2.871

Atendiendo a los clculos que se mencionaban se obtiene la primer tabla de valores con los de la tabla del problema

EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)-241.833.346E-026.880E-067.604E-09-3.593E-12

CCHOH (v)-235.316.134E-021.572E-04-8.749E-081.983E-11

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)02.900E-022.199E-065.723E-09-2.871E-12

atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253103100.5370.3670.0960.050.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.72607260.510156.873E+01

B0.367-231.8982910.3414925-2.319E+02

C0-211.1463330.024165-2.111E+02

D0-204.2814140.0013425-2.043E+02

I0.0968.420147960.0968.420E+00

Q (kJ)=-1.307E+00

Ta= Temperatura de referencia a (25C)

C).- se modifica la temperatura de alimentacin (Tf) a 125C.EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)-241.833.346E-026.880E-067.604E-09-3.593E-12

CCHOH (v)-235.316.134E-021.572E-04-8.749E-081.983E-11

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)02.900E-022.199E-065.723E-09-2.871E-12

atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

251253100.5370.3670.0960.050.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53757.17182180.510156.873E+01

B0.367-238.4277080.3414925-2.319E+02

C0-228.0522960.024165-2.111E+02

D0-234.9751750.0013425-2.043E+02

I0.0962.920013650.0968.420E+00

Q (kJ)=7.822E+00

Este es el calor necesario que se debe tranferir al reactor para que se obtengan los productos indicados y calculados en la tabla.

D).- Ahora se hace una corrida variando Tp a 115 y 525atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253101150.5370.3670.0960.050.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.72607260.510155.664E+01

B0.367-231.8982910.3414925-2.388E+02

C0-211.1463330.024165-2.288E+02

D0-204.2814140.0013425-2.363E+02

I0.0968.420147960.0962.627E+00

Q (kJ)=-1.085E+01

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253105250.5370.3670.0960.050.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.72607260.510158.544E+01

B0.367-231.8982910.3414925-2.239E+02

C0-211.1463330.024165-1.869E+02

D0-204.2814140.0013425-1.574E+02

I0.0968.420147960.0961.502E+01

Q (kJ)=1.125E+01

D) tome varios valores de Fa con 0.03 y 1.5

EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)-241.833.346E-026.880E-067.604E-09-3.593E-12

CCHOH (v)-235.316.134E-021.572E-04-8.749E-081.983E-11

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)02.900E-022.199E-065.723E-09-2.871E-12

atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253103100.5370.3670.0960.030.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.72607260.520896.873E+01

B0.367-231.8982910.3516955-2.319E+02

C0-211.1463330.014499-2.111E+02

D0-204.2814140.0008055-2.043E+02

I0.0968.420147960.0968.420E+00

Q (kJ)=-7.840E-01

EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)-241.833.346E-026.880E-067.604E-09-3.593E-12

CCHOH (v)-235.316.134E-021.572E-04-8.749E-081.983E-11

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)02.900E-022.199E-065.723E-09-2.871E-12

atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253103100.5370.3670.0961.50.9

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.7260726-0.26856.873E+01

B0.367-231.898291-0.398225-2.319E+02

C0-211.1463330.72495-2.111E+02

D0-204.2814140.040275-2.043E+02

I0.0968.420147960.0968.420E+00

Q (kJ)=-3.920E+01

En las corridas para la variacin de la Fa (fraccin de conversin ) es razonable que a menor fraccin de conversin es reqierida menor energa y viceversa para mayor fraccin de conversin requiere mayor energa hacia el reactor

tome varios valores para YC a 0.95 y 0.05 EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)-241.833.346E-026.880E-067.604E-09-3.593E-12

CCHOH (v)-235.316.134E-021.572E-04-8.749E-081.983E-11

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)02.900E-022.199E-065.723E-09-2.871E-12

atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253103100.5370.3670.0960.050.95

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.72607260.510156.873E+01

B0.367-231.8982910.34082125-2.319E+02

C0-211.1463330.0255075-2.111E+02

D0-204.2814140.00067125-2.043E+02

I0.0968.420147960.0968.420E+00

Q (kJ)=-1.297E+00

EspeciesFrmulaDHfabcd

ACH (v)52.284.075E-021.147E-04-6.891E-081.766E-11

BHO (v)-241.833.346E-026.880E-067.604E-09-3.593E-12

CCHOH (v)-235.316.134E-021.572E-04-8.749E-081.983E-11

D(CH)O (v)-246.88.945E-024.033E-04-2.244E-07

IN (g)02.900E-022.199E-065.723E-09-2.871E-12

atendiendo el inciso c se calcula a 125 grados centigrados solamente se me puede modificar en Ta

TaTpTpxA0xB0xI0fAYC

253103100.5370.3670.0960.050.05

n (Entrada)H (Entrada)n (Salida)H (Salida)

Especies(mol)(kJ/mol)(mol)(kJ/mol)

A0.53768.72607260.510156.873E+01

B0.367-231.8982910.35290375-2.319E+02

C0-211.1463330.0013425-2.111E+02

D0-204.2814140.01275375-2.043E+02

I0.0968.420147960.0968.420E+00

Q (kJ)=-1.465E+00

Para las corridas del rendimiento de C (YC) es razonable que al tener menor rendimiento de C se producir mayor cantidad de moles o lo que se maneje de ter dietilico y necesitara mayor cantidad de energa y viceversa teniendo mayor rendimiento de C se produce menor cantidad de ter y por consiguiente requdra menor energa .