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VALOR 2 PUNTOS
M
95 % eficiencia 150 Kgmol C2H Aire M T1=T2= 25oC M5 M T5= 150oC vapor Gas Cp cal/moloC ΔH combustión=H combustión= 12.32 Pèrdidas x radiación= 8.82 λ vap 100oC
8 (25-150oC) Tref=25oC 2 C2H6 + 7 O BALANCE GENERAL M1+M2 =M MOLES Componente Entrada Consumo Generado Salida C2H6 150 142.5 0 7. Un quemador es alimentado con 150 Kgmol de etano y aire en exceso.llevandose a cabo sigue: 2 C2H6 + 7 O 2 -------------> 4 CO 2 + 6 H 2 O con una eficiencia del 95%, los gases que salen del quemador contienen 10% mo a).- Calcular la composiciòn completa de los gases de salida en % mol y % p b).- Calcular el % en exceso del aire alimentado c).- Calcular el flujo de vapor y calor necesario en el serpentin del reactor para llevar a ca CO 2 H 2 O (g) N 2 Cp H 2 O liqu= O 2 Cp H 2 O vapor= NOTA: PONER TODOS LOS RESULTADOS AL FINAL EN UN CUADRO DE BALANCE DE MATERIA ENERGIA
O2 552.0375 498.75 0 53.
N2 2076.7125 0 0 2076.
CO2 0 0 285 285
H2O 0 0 427.5 427.
TOTAL 2778.75 641.25 712.5 2850
O2 necesarios = (^525) Kgmol M3 2850 M3aire 2130 W O2 necesario = 16800 kg W N2 necesario = 55300 kg W aire nec = 72100 kg W aire ali = 75813.15 kg W aire exceso = W aire ali-Waire nec b) W aire exceso = 3713. % exceso aire = W aire exceso / W aire estequeometrico % exceso aire = 0. 5.15 % a) Kgmol fracción mol % mol C2H6 7.5 0.00263157894737 0. O2 53.2875 0.01869736842105 1. N2 2076.7125 0.72867105263158 72. CO2 285 0.1 10 H2O 427.5 0.15 15 TOTAL 2850 1 100 c) (^) Cp C2H6 = 18.57 cal/mol°C BGE = Q1+Q2 = Q ΔH combustión=H combustión= - QR = -72705000 cal Tref = 25 °C Q C2H6 = 52228.125 cal Q O2 = 159862.5 cal Q H2O = 1413956.25 cal cal/mol C 2 H 6 7.5 molesCp C2H6 * ∆T 53 molesCp O2 * ∆T 427.5 molesCp H2O * ∆T 2076 molesCp N2 * ∆T
cia 10% mol CO 90 % mol es el restante ( C2H6 + H2O + O2+ N2) M T3=400oC T4= 25oC agua liquida
- 100000 Kcal/hr 9704 cal/mol 18 cal/mol oC 8.1 cal/mol oC = 4 CO2 + 6 H2O KG Componente Entrada Consumo Generado Salida C2H6 4500 4275 0 225 e en exceso.llevandose a cabo la reacción como 4 CO 2 + 6 H 2 O quemador contienen 10% mol de CO 2. ases de salida en % mol y % peso el aire alimentado tin del reactor para llevar a cabo la combustiòn cal/mol C 2 H 6 DRO DE BALANCE DE MATERIA
Kg Fraccion peso % peso
- O2 17665.2 15960 0 1705. - N2 58147.95 0 0 58147. - CO2 - H2O - TOTAL 80313.15 20235 20235 80313.
- C2H6 225 0.00154257507 0. - O2 1705.2 0.01169066228 1. - N2 58147.95 0.39865590292 39. - CO2 12540 0.08597285068 8.
- H2O 7695 0.05275606746 5.
- TOTAL
375 mmHg T3 = 47. PROCESO 3- Proceso isotérmico T = cte V4 = 1690.615980929 L P4 = 110.8749124639 mmHg Procesos Presión [mmHg] Volumen [Lts] 1 973 1690. 2 973 499. 3 375 499. 4 110.87491246386 1690. Dif P4-P3 = 26. Presión Volumen 375 499. 348.58749124639 537. 322.17498249277 581. 295.76247373916 633. 269.34996498555 695. 242.93745623193 771. 216.52494747832 865. 190.11243872471 985. 163.69992997109 1145. 137.28742121748 1365. 110.87491246386 1690. 𝑃_3 𝑉_3=𝑃4 𝑉 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 Diagrama Presion vs Volum Volumen Presión
F y 973 mm Hg de presión se utivos: n volumen de 17.65 pie^3 0.5 bar umen (1/V) hasta el volumen sistema sos involucrados
VALOR 2 PUNTOS
M
Reactor
CO
M
Datos: CH3OH 1500 Kg PM CH3OH 32 Kg/mol PM H2 2 Kg/mol PM CO 28 Kg/mol BALANCE GENERAL M2+M3 =M4+M5 =M MOLES Componente Entrada Consumo Generado Salida Componente CO 312.5 46.875 0 265. H2 625 93.75 0 531. CH3OH 0 0 46.875 46. TOTAL 937.5 0 0 843. KG Componente M1 M CO 8750 0 H2 0 1250 CH3OH 0 0 TOTAL 8750 1250 El metanol se obtiene por la siguiente reacción química: CO + 2 H 2 --------- > CH 3 OH Si solamente el15% de CO se convierte en CH 3 OH calcular el valor de todas las corrientes, a su composiciòn en % peso si obtienen 1500 Kg de CH 3 OH Adicional a esto, calcular el calor de reacción en el reactor considerando los moles total alimentación de CO de acuerdo al balance de materia calculado. Nota: Investigar los calores de formación de cada reactivo/producto e indicar la referen H 2
Kg fracción peso CO 7437.5 0. H2 1062.5 0. CH3OH 1500 0. TOTAL 10000 1 CALOR DE REACCIÓN ∆Hr = -90.68 kJ/mol CO -28337500 J CO
% peso
15 100 CALOR DE REACCIÓN TABLA B. FELDER SE UTILIZO ESTO
TABLA B.
FELDER
BALANCE DE MATERIA POR COMPONENTE
Sal inorganica Xs1*M1 = Xs2 *M M1 = 19845 lb/hr Agua H2O M3 = M1-M M3 = 9922.5 lb/hr BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA Q1 + Q4 = Q2 + Q3 + Q Q1 = 1777834.17 BTU/hr Q2 = 1097428.5 BTU/hr Q3 = 9843740.35 BTU/hr QS = 9163334.68 BTU/hr M4 = M 9163334.68 = 974 M4 = 9407.94115 lb/hr M5 = 9407.94115 lb/hr Q4 = 10743868.8 BTU/hr Q5 = 1580534.11 BTU/hr
Q1 = M1 * CP * ∆T
Q2 = M2 * CP * ∆T
Q3 = M3 * CP * ∆T
Q4 -Q5 = λ vapor H2OM4 -M4Cp*∆T
H2O
λ = 932 BTU/lb 185°F Cp = 0.39 BTU/lb°F T = 210 °F Cp 0.7 BTU/lb Xs = 0.6 Peso M2 (^) 4500 Kg/hr 9922.5 lb/hr 190 °F 200 °F 1 BTU/lb 200°F DE MATERIA M3 ENTRADA^ SALIDA M1 M2 M uciòn de una sal inorganica del ncentrada al 60% peso sale del e 190oF. Los Cp's de la solución orador. El agua evaporada sale de 932 BTu/lb a 185oF y un Cp 200oF con un calor latente de e 200oF con un Cp = 1 BTU/Lb ción ra la operación.
VALOR 2 PUNTOS
DATOS:
Qr = (^4500) Kcal/hr (^75000) cal/hr Temp 1 H2O = 20 °C Temp 2 H2O = 150 °C λ vap 100oC = (^540) cal/gr 1 cal/gr oC Eficiencia = 0. Temp ebullicion H2O = (^100) °C Qr = Q1+Q lat+Q Qr = Q cedido Q latente = M H2Oλ vap 75,000 = M H2O * Cp * ∆T + M H2Oλ vap + M H2O * Cp * ∆T 75,000 = M H2O (Cp *(100°C - 20 °C) + 540 cal/gr + Cp * (150 °C - 100 °C ) M H2O = 111.940299 g/min En reactor químico se generan 4500 Kcal/hr para regular su temperatura y para que la pre el reactor no se incremente se hace pasar por las tuberías que rodean la reactor (enchaqu agua a una temperatura de 20oC. Se sabe que para exista una perfecta regulación, el agua salir del enchaquetado como vapor a 150{}{}}oC. Determinar la cantidad de agua que se debe alimentar al intercambiador de calor por minu lograr la regulación de la temperatura. Considerar el reactor tiene una eficiencia de transf de calor del 65% Cp H 2 O vap= Cp H 2 O liqu= Q H20 fria= M H2O * Cp * ∆T Q H2O sobrecalentado = M H2O * Cp * ∆T
QR = 45
H2O 1 H2O
* (150 °C - 100 °C )
ratura y para que la presión en ean la reactor (enchaquetado) fecta regulación, el agua debe }{}}oC. biador de calor por minuto para una eficiencia de transferencia QR = 4500 Kcal/hr
