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BALANCE DE MASA CON REACCIONES QUÍMICAS Estequiometria: Es el cálculo de las cantidades comprometidas en una reacción química, que están definidas en una proporción especifica.

Coeficiente Estequiometrico: Es el cociente entre sus coeficientes estequiométricos en la ecuación balanceada. Ejemplo:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Reactivo Límite: Es el que se encuentra en menor cantidad

Reactivo en Exceso: Es el reactivo que se encuentra en mayor cantidad.

Grado de Conversión (F): Es la relación entre la cantidad del reactivo límite que reacciona y la cantidad de reactivo límite agregado. F: Reactivo límite que reacciona / Reactivo límite agregado

Fracción en exceso: Moles del reactivo en exceso – Proporción Estequiométrica /  Proporción Estequiométrica

Grado de avance de una reacción (є)

ni = ni,o + Bi є Donde: Bi= Vi Si Ai es un producto Bi= -Vi Si Ai es un reactivo Bi = 0 SI Ai es un inerte. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Vi = Coeficiente estequiométrico de alguna especie.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">EJEMPLO:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">El acetonitrilo se produce con la reacción del propileno con amoniaco y oxígeno

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">C3H6 + NH3 +3/2 O2 C3H3N + 3H2O

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">La alimentación contiene el 10% en mol de propileno, 12% mol de amoníaco y 78% en mol de aire. Se alcanza una conversión fraccionaria del 30% de reactivo limitante. Calcular: El porcentaje en exceso de los otros reactivos y las velocidades de flujo molares de todos los productos gaseosos para la conversión del 30% de reactivo limitante, tomando como base de alimentación 100 moles.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Reactivo Limitante

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n NH3 / n C3H6 = 12 / 10 = 1,2 NH3 están en exceso

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">nCH3 / n C3H6 = 1 / 1 = 1

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">nO2 = naire * 0.21/1mol aire / n C3H6 = 16,38 / 10 = 1,64

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n O2 / n C3H6 = 1,5 / 1 = 1,5 O2que está en exceso

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Ahora hallaremos las moles de cada reactivo

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> C3H6 + NH3 +3/2 O2 - C3H3N + 3H2O PM = peso molecular <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">PM 42 17 48 53 54

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> n C3H6 = 29,65 mol C3H6
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n C3H6 = 12 mol NH3 * 42 mol C3H6 / 17 mol NH3

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> n NH3 = 4,05 mol NH3
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n NH3 = 10 mol C3H6 * 17 mol NH3 / 42 mol C3H6

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> n O2 = 11,43 mol O2
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n O2 = 10 mol C3H6 * 48 mol O2 / 42 mol C3H6

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">FRACCIÓN EN EXCESO <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Moles en exceso: NH3 y O2 <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">% en exceso= n O2 - n proporción Estequiométrica / n proporción Estequiométrica
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n NH3, prop = 10 mol C3H6 * 1 mol NH3 / 1mol NH3 = 10 mol NH3

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">%exceso NH3 = 12 – 10 / 10 *100 = 20%


 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n O2, prop = 10 mol C3H6 * 3/2 mol O2 / 1mol O2 = 15 mol O2

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">%exceso O2 = 16,38 – 15 / 15 *100 = 9,2%

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">GRADO DE AVANCE

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">ni = ni,o + Bi є

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">30% = n C3H6, consumidas / n C3H6 alimentada <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n C3H6consumidas = 30% * 10 = 3 mol C3H6 alimentada = <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 20pt;">є


 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n C3H6 = n C3H6, o – 1 є --- 7 = 10 – є є = 3 moles C3H6


 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n NH3 = n NH3,o – є --nNH3 = 12 – 3 - nNH3 = 9 molesNH3

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> n O2 = 11,88 mol O2
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n O2 = n O2,o – 1,5є --n O2 = 16,38 – 1,5*3 -

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> n C3H3N,o = O
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">n C3H3N= n C3H3N, o +є --n C3H3N = 3 mol C3H3N

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> n H2O,o = O
 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">nH2O= n H2O, o + 3 є --n H2O = 9 mol H2O

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">SEPARACIÓN DE PRODUCTOS Y RECIRCULACIÓN

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Conversión global: Entrada al reactivo al proceso – salida productos del proceso / entrada al reactivo al proceso <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Conversión en una sola etapa: Entrada reactivo al reactor – <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">salida productos al reactor <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> / entrada reactivo al reactor <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt; line-height: 0px; overflow-x: hidden; overflow-y: hidden;"> <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Conversión global de A: 80-0/80*100 = 100% <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Conversión una etapa A: 110-30 / 110 * 100 = 72.73%

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">AIRE TEÓRICO Y AIRE EN EXCESO <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Oxígeno teórico: Son moles o velocidad de flujo molar de O2 que se necesitan para efectuar la combustión completa de combustible en una caldera o reactor, suponiendo que todo el carbono del combustible se oxida para formar CO2 y todo el hidrógeno se oxida para formar H2O. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Aire Teórico: Es la cantidad de aire que contiene el oxígeno teórico. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Aire en exceso: Es la cantidad en exceso del aire que alimenta al reactor con respecto al aire teórico. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Porcentaje de aire en exceso: <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;">%aire en exceso = <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 22pt;">n <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;">aire alimentado <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;"> – <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 22pt;">n <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;">aire teórico <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;"> / <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 22pt;">n <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;">aire teórico <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;">*100

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Ejemplo: <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Reacciona hexano con oxígeno para dar CO2 y H2O.
 * 1) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">1. Plantear la reacción de combustión de hexano
 * 2) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">2. Estimar las moles de O2 teórico que se requieren para quemar completamente 1000kg de hexano.
 * 3) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">3. Calcule el aire teórico
 * 4) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">4. El % en exceso

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Solución


 * 1) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">1. C6H14 + 19/2O2 --- 6CO2 +7H2O

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">= 110.32kg –mol O2
 * 1) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">2. 1000kg C6H14 *1kg-mol C6H14 **<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">/ **<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> 86.11kg C6H14 * 9.5kg-molO2 **<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">/ **<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">1kg-mol <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">C6H14


 * 1) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">3. 110.32kg –mol O2 * 100kg-mol aire / 21kg-mol O2 = 525.33kg-mol aire
 * 2) <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">4. <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16pt;">n <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">aire alimentado <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">= 700kg-mol aire

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">% <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">en exceso <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">= 700kg-mol – 525.33kg-mol <span style="font-family: Arial,sans-serif;">aire <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> / 525.33kg-mol <span style="font-family: Arial,sans-serif;">aire <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> *100 <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">% <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 10pt;">en exceso <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">= 33.25%