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Química Industrial Orgánica

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Categoría: Balances de materia a procesos de combustión
Visto: 421

Es conveniente conocer las siguientes definiciones:

  • Gas de combustión: Todos los gases que resultan de un proceso de combustión, incluido el vapor de agua. (base húmeda)
  • Análisis Orset: todos los gases que resultan de un proceso de combustión sin incluir el vapor de agua.
  • Aire teórico: cantidad de aire u oxígeno requerido para lograr la combustión completa. También se conoce como aire u oxígeno requerido.
  • Aire en exceso: cantidad de aire u oxígeno en exceso con respecto al requerido para una combustión completa. \begin{equation} \%aire\ en\ exceso\ =\frac{aire\ en\ exceso}{aire\ requerido}\cdot100 \end{equation} También puede definirse como: \begin{equation} \%aire\ en\ exceso\ =\frac{O_{2}\ que\ entra\ en\ el\ proceso\ - O_{2}\ requerido}{O_{2}\ requerido}\cdot100 \end{equation}

Lee más: Balances de materia en procesos de combustión

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Categoría: Balances de materia a procesos de combustión
Visto: 384

A un reactor químico entan 24 lb de carbono y 300 lb de aire. En el reactor tiene lugar la combustión del carbono según el proceso: $C+O_{2}\rightarrow CO_{2}$. Calcula las libras y moles que salen del reactor.

Dibujamos el diagrama de flujo:

reactor combustion monoxido carbono

Lee más: Balance de materia, combustión de dióxido de carbono

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Categoría: Balances de materia a procesos de combustión
Visto: 316

A la cámara de combustión de una caldera se alimenta una mezcla gaseosa formada por propano y oxígeno, con un 80$\%$ del primero, que se quema con un 200 % de exceso de aire. Sabiendo que un 80 % del propano se transforma en CO2, un 10 % en CO y el resto permanece sin quemarse, calcular la composición del gas de combustión.

camara combustion propano

Reacciones que tienen lugar:

$C_3H_8 + 5O_2\rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

$C_3H_8+7/2O_2\rightarrow 3CO + 4H_2O$

Entrada:

Base de cálculo 100 mol-kg de alimentación.

Oxígeno teórico: 400 mol-kg

Oxígeno requerido: 380 mol-kg

Oxígeno que entra: requerido x 3 = 1140 mol-kg

Nitrógeno que entra: 4289 mol-kg.

Oxígeno consumido: 348 mol-kg

Salida:

$CO_2$: 192 mol-kg

CO: 24 mol-kg

$C_3H_8$: 8 mol-kg

Oxígeno: 812 mol-kg

Nitrógeno: 4289 mol-kg

Agua: 288 mol-kg.

Moles totales a la salida: 5613 mol-kg

Composición del gas de combustión: 0.14$\% C_3H_8$; 14.47$\% O_2$; 76.41$\% N_2$; 3.42$\% CO_2$; 0.43$\% CO$; 5.13$\% H_2O$

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Categoría: Balances de materia a procesos de combustión
Visto: 388

Inicialmente se mezcla etano con oxígeno para obtener un gas de 80$\%$ de $C_2H_6$ y 20$\%$ de $O_2$ que después se quema con un 200$\%$ de exceso de aire. El 80$\%$ del etano pasa a $CO_2$, 10$\%$ pasa a CO y 10$\%$ permanece sin quemarse. Calcular la composición del gas de escape (combustión) sobre una base húmeda.

quemador etano

Base de cálculo 100 mol-kg de gas de combustión.

$C_2H_6 + 7/2O_2 \rightarrow 2CO_2 +2H_2O$

$C_2H_6+5/2O_2\rightarrow 2CO + 3H_2O$

  • Entrada:
    • Cálculo del oxígeno teórico, oxígeno requerido para la combustión completa: 280 mol-kg
    • Oxígeno requerido (aire): 280-20=260
    • Oxígeno que entra por el aire (200$\%$ en exceso): 780 mol-kg
    • Nitrógeno que entra: 2930 mol-kg.
    • Oxígeno consumido: 224+20=244 mol-kg.
  • Salida:
    • Dióxido de carbono:128 mol-kg.
    • Monóxido de carbono: 16 mol-kg.
    • Agua: 192+24=216 mol-kg.
    • Oxígeno: 780+20-244=556 mol-kg
    • Nitrógeno: 2930 mol-kg.
    • $C_2H_6$: 8 mol-kg

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Categoría: Balances de materia a procesos de combustión
Visto: 459
 Un horno quema gas de la siguiente composición en $\%$ en volumen: $C_2H_4=17\%$; $CH_4=21\%$; $H_2=32.9\%$; $CO=26.1\%$ $CO_2=3\%$.  Tanto el gas como el aire entran a 21ºC y 1 atm, y están prácticamente secos.  Los gases de combusión abandonan la chimenea a 360ºC y 0.92 atm y tienen 12.2$\%$ en volumen de $CO_2$, 0.4$\%$ de CO (ambos en base seca), además de $O_2, N_2$ y $H_2O$.  calcular:
a) Los $m^3$ de aire suministrados por $m^3$ de gas.
b) El porcentaje de exceso de aire.
c) Los $m^3$ de gases de chimenea por $m^3$ de gas utilizado.
 
Solución:
 
balance materia quemador
 
Base de cálculo: 100 moles de alimentación
Balance global parcial (carbono): $84=0.122Q+0.004Q\;\;\rightarrow\;\; Q=667.5\;moles$, en base seca.
Moles de agua producidos durante la combustión: 108.9 mol
Q=776.4 moles, en base húmeda.
Balance global parcial (nitrógeno): $1.58A=1335x_{N2}$
Balance global parcial (oxígeno): $32.1+0.42A=165.53+1335x_{O2}+108.9$
Suma de fracciones molares en Q igual a 1: $0.122+0.004+x_{O2}+x_{N2}=1$
Resolviendo el sistema obtenemos A=704.52 moles de aire
En las condiciones de la alimentación 100 moles equivalen a $2.41 m^3$.
En las condiciones de la alimentación 704.52 moles de aire equivalen a $16.98 m^3$
a) $\frac{16.98}{2.41}=7.04$volumen de aire/volumen de alimentacion
La corriente Q = 776.4 moles, equivale a un volumen de $43.804 m^3$
c) $\frac{43.804}{2.41}=18.17$ volumen de gases de chimenea/volumen de alimentación.
b) $\%oxigeno\;exceso=\frac{O_2\;entra-O_2\;requerido}{O_2\;requerido}$