Guía2 - PRQ500_1P

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3/MAY/2021 
1 
PRIMER PARCIAL 
BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA 
 
Reacción en paralelo: 
𝐴 + 𝐵 → 𝐶 
𝐴 + 𝐵 → 𝐷 
Reacción en serie: 
𝐴 + 𝐵 → 𝐶 
𝐶 + 𝐵 → 𝐷 
CONVERSION 
1°) 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 
2°) 𝐴 + 𝐵 → 𝐷 
Conversión global: 
𝑋 =
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 (𝑡𝑜𝑑𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐)
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎
 
Conversión por paso: 
𝑋 =
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 (𝑢𝑛𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐)
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐴 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎
 
SELECTIVIDAD 
𝐴 + 𝐵 → 𝑃 (producto deseado) 
𝐴 + 𝐵 → 𝑅 (producto no deseado) 
𝑆 =
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜
 
RENDIMIENTO 
𝜂 =
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜
∗ 100% 
𝜂 =
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎
∗ 100% 
𝜂 =
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎
∗ 100% 
 
 
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
INGENIERÍA QUÍMICA, AMBIENTAL, ALIMENTOS Y PETROQUÍMICA 
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA – PRQ500 
DOCENTE: ING. MIGUEL VELASQUEZ 
AUXILIAR: UNIV. PAMELA ESPINAL P. 
Reactor 
A 
B 
C 
 
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2 
EJERCICIOS 
1. Las reacciones: 
𝐶2𝐻6 → 𝐶2𝐻4 + 𝐻2 
𝐶2𝐻6 + 𝐻2 → 2𝐶𝐻4 
Se llevan a cabo en un reactor continuo en régimen permanente. La alimentación consiste en 
85% en mol de etano (C2H6) y el resto de sustancias inertes (I). La conversión de etano es 0,601 
y el rendimiento del etileno es 0,548. Calcula la composición molar del producto gaseoso y la 
selectividad del etileno en la producción de metano. 
 
 
 
BASE DE CÁLCULO: F1 = 100 mol 
𝐹1𝑥𝐴1 = 85 [𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻6] 𝐹1𝑥𝐼1 = 15 [𝑚𝑜𝑙 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒] 
Analizamos las reacciones: 
primera reacción: 
𝑪𝟐𝑯𝟔 → 𝑪𝟐𝑯𝟒 + 𝑯𝟐 
 
 
segunda reacción: 
𝑪𝟐𝑯𝟔 + 𝑯𝟐 → 𝟐𝑪𝑯𝟒 
 
 
Los compuestos a la salida del reactor: 
𝑭𝟐𝒙𝑨𝟐 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑩𝟐 = 𝑦 
𝑭𝟐𝒙𝑪𝟐 = 𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑫𝟐 = 2𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑰𝟐 = 𝐹1𝑥𝐼1 
 
 
F1 
85% C2H6 (A) 
15% Inerte 
F2 
C2H6 (A) 
C2H4 (B) 
H2 (C) 
CH4 (D) 
Inerte 
 E) 𝐹1𝑥𝐴1 
P o C) 𝑦 𝑦 𝑦 
 S) 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 𝒚 𝑦 
 
 E) 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 𝑦 
P o C) 𝑧 𝑧 2𝑧 
 S) 𝑭𝟏𝒙𝑨𝟏 − 𝒚 − 𝒛 𝒚 − 𝒛 𝟐𝒛 
 
𝑥𝐴 = 0,601 
𝜂 = 0,548 
(A) (B) (C) 
(A) (C) (D) 
 
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3 
Con el rendimiento: 
𝜂 = 0,548 =
𝑦
𝐹1𝑥𝐴1
 
0,548 =
𝑦
85
 
𝑦 = 46,58 𝑚𝑜𝑙 
De la conversión obtenemos: 
 
 
 
Si reemplazamos en la ecuación: 
33,915 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 
33,915 = 85 − 46,58 − 𝑧 
𝑧 = 4,505 𝑚𝑜𝑙 
Así podemos hallar los flujos de salida: 
𝐹2𝑥𝐴2 = 85 − 46,58 − 4,505 = 33,915 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐵2 = 46,58 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐶2 = 46,58 − 4,505 = 42,075 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐷2 = 2 ∙ 4,505 = 9,01 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐼2 = 15 𝑚𝑜𝑙 
Tenemos finalmente a la salida del reactor: 
 
 
 
 
 
 
La selectividad: 
𝑆 =
𝐹2𝑥𝐵2
𝐹2𝑥𝐷2
=
𝑦
2𝑧
=
46,58
9,01
 
𝑺 = 𝟓, 𝟏𝟕 
𝒙𝑨 = 𝟎, 𝟔𝟎𝟏 
60,1% 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 
39,9% 𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 → 0,399 ∙ 𝐹1𝑥𝐴1 = 0,399 ∙ 85 = 33,915 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐴2 = 33,915 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 
𝐹2𝑥𝐴2 = 33,915 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻6 
𝐹2𝑥𝐵2 = 46,58 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4 
𝐹2𝑥𝐶2 = 42,075 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 
𝐹2𝑥𝐷2 = 9,01 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 
𝐹2𝑥𝐼2 = 15 𝑚𝑜𝑙 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒 
𝐹2 = 146,58 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 
𝒙𝑪𝟐𝑯𝟔 = 𝟐𝟑, 𝟏𝟒% 
𝒙𝑪𝟐𝑯𝟒 = 𝟑𝟏, 𝟕𝟖% 
𝒙𝑯𝟐 = 𝟐𝟖, 𝟕% 
𝒙𝑪𝑯𝟒 = 𝟔, 𝟏𝟓% 
𝒙𝑰𝒏𝒆𝒓𝒕𝒆 = 𝟏𝟎, 𝟐𝟑% 
𝑭𝟐𝒙𝑨𝟐 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑩𝟐 = 𝑦 
𝑭𝟐𝒙𝑪𝟐 = 𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑫𝟐 = 2𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑰𝟐 = 𝐹1𝑥𝐼1 
 
 
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2. Metano y Oxigeno reaccionan en presencia de un catalizador para dar formaldehido. En una 
reacción paralela, el metano se oxida a dióxido de carbono y agua. 
𝐶𝐻4 + 𝑂2 → 𝐻𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2𝑂 
𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 
La alimentación al reactor es equimolar en metano y oxígeno. Suponga como base de 
alimentación 230 mol/s. La fracción de conversión del metano es 0,85 y la fracción del 
rendimiento del formaldehido es 0,9; respecto del metano consumido. Calcule la composición 
molar de la corriente de salida del reactor y la selectividad del proceso. 
 
 
 
Si la alimentación es equimolar, se entiende que hay cantidades iguales de moles de ambos reactivos, 
por lo tanto: 
𝐹1𝑥𝐴1 = 0,5 ∙ 230 = 115 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 
𝐹1𝑥𝐵1 = 0,5 ∙ 230 = 115 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 
Analizamos las reacciones: 
primera reacción: 
𝑪𝑯𝟒 + 𝑶𝟐 → 𝑯𝑪𝑯𝑶 + 𝑯𝟐𝑶 
 
 
segunda reacción: 
𝑪𝑯𝟒 + 𝟐𝑶𝟐 → 𝑪𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐𝑶 
 
 
Los compuestos a la salida del reactor: 
𝑭𝟐𝒙𝑨𝟐 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑩𝟐 = 𝐹1𝑥𝐵1 − 𝑦 − 2𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑪𝟐 = 𝑦 
𝑭𝟐𝒙𝑫𝟐 = 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑬𝟐 = 𝑦 + 2𝑧 
F1 
230 mol/s 
CH4 (A) 
O2 (B) 
F2 
CH4 (A) 
O2 (B) 
HCHO (C) 
CO2 (D) 
H2O (E) 
𝑥𝐴 = 0,85 
𝜂 = 0,9
𝐻𝐶𝐻𝑂 𝑝𝑟𝑜𝑑
𝐶𝐻4 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜
 
 E) 𝐹1𝑥𝐴1 𝐹1𝑥𝐵1 
P o C) 𝑦 𝑦 𝑦 𝑦 
 S) 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 𝐹1𝑥𝐵1 − 𝑦 𝒚 𝑦 
 
(A) (B) (C) (E) 
 E) 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 𝐹1𝑥𝐵1 − 𝑦 𝑦 
P o C) 𝑧 2𝑧 𝑧 2𝑧 
 S) 𝑭𝟏𝒙𝑨𝟏 − 𝒚 − 𝒛 𝑭𝟏𝒙𝑩𝟏 − 𝒚 − 𝟐𝒛 𝒛 𝒚 + 𝟐𝒛 
 
(A) (B) (D) (E) 
 
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De la conversión obtenemos: 
 
 
 
Con el rendimiento: 
𝜂 =
 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝐻𝑂
𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 𝑐𝑜𝑛𝑠
=
𝑦
𝑦 + 𝑧
= 0,9 (2) 
Tenemos un sistema de ecuaciones: 
115 − 𝑦 − 𝑧 = 17,25 
𝑦
𝑦 + 𝑧
= 0,9 
Resolviendo obtenemos: 
𝑦 = 87,975 
𝑧 = 9,775 
Así podemos hallar los flujos de salida: 
𝐹2𝑥𝐴2 = 115 − 87,975 − 9,775 = 17,25 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐵2 = 115 − 87,975 − 2 ∙ 9,775 = 7,475 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐶2 = 87,975 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐷2 = 9,775 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐸2 = 87,975 + 2 ∙ 9,775 = 107,525 𝑚𝑜𝑙 
Tenemos finalmente a la salida del reactor: 
 
 
 
 
 
 
La selectividad: 
𝑆 =
𝐹2𝑥𝐶2
𝐹2𝑥𝐷2
=
𝑦
𝑧
=
87,975
9,775
 
𝑺 = 𝟗 
𝒙𝑨 = 𝟎, 𝟖𝟓 
85% 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 
15% 𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 → 0,15 ∙ 𝐹1𝑥𝐴1 = 0,15 ∙ 115 = 17,25 𝑚𝑜𝑙 
𝐹2𝑥𝐴2 = 17,25 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 (1) 
𝐹2𝑥𝐴2 = 17,25 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4/𝑠 
𝐹2𝑥𝐵2 = 7,475 𝑚𝑜𝑙 𝑂2/𝑠 
𝐹2𝑥𝐶2 = 87,975 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝐻𝑂/𝑠 
𝐹2𝑥𝐷2 = 9,775 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2/𝑠 
𝐹2𝑥𝐸2 = 107,525 𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂/𝑠 
𝐹2 = 230 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠/𝑠 
𝒙𝑪𝑯𝟒 = 𝟕, 𝟓% 
𝒙𝑶𝟐 = 𝟑, 𝟐𝟓% 
𝒙𝑯𝑪𝑯𝑶 = 𝟑𝟖, 𝟐𝟓% 
𝒙𝑪𝑶𝟐 = 𝟒, 𝟐𝟓% 
𝒙𝑯𝟐𝑶 = 𝟒𝟔, 𝟕𝟓% 
𝑭𝟐𝒙𝑨𝟐 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑩𝟐 = 𝐹1𝑥𝐵1 − 𝑦 − 2𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑪𝟐 = 𝑦 
𝑭𝟐𝒙𝑫𝟐 = 𝑧 
𝑭𝟐𝒙𝑬𝟐 = 𝑦 + 2𝑧 
 
 
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3. El óxido de etileno se produce por medio de la oxidación catalítica del etileno 
2𝐶2𝐻4 + 𝑂2 → 2𝐶2𝐻4𝑂 
Una reacción de competencia no deseada es la combustión del etileno: 
𝐶2𝐻4 + 3𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 
La alimentación del reactor (no la alimentaciónfresca del proceso) contiene 3 moles de etileno 
por cada mol de oxígeno. La conversión del etileno es 20%, y por cada 100 moles de etileno 
consumidos en el reactor salen 80 moles de óxido de etileno en los productos del reactor. Se 
utiliza un proceso de varias unidades para separar los productos, el etileno y el oxígeno se hacen 
recircular al reactor, el óxido de etileno se vende como un producto, y el dióxido de carbono y 
el agua se desechan. Calcula las velocidades de flujo molar del etileno y del oxígeno en la 
alimentación fresca requeridas para producir 1500 g/h de C2H4O, y la conversión global del 
etileno respecto a la alimentación fresca. 
SOLUCION 
 
REACTOR SEPARADOR
 
 
Analizamos las reacciones: En la primera reacción tenemos al C2H4 como R.L. y en la segunda el O2 
como R.L. 
primera reacción: 
𝟐𝑪𝟐𝑯𝟒 + 𝑶𝟐 → 𝟐𝑪𝟐𝑯𝟒𝑶 
 
 
segunda reacción: 
𝑪𝟐𝑯𝟒 + 𝟑𝑶𝟐 → 𝟐𝑪𝑶𝟐 + 𝟐𝑯𝟐𝑶 
 
 
F1 
C2H4 (A) 
O2 (B) 
 
F3 
C2H4 (A) 
O2 (B) 
C2H4O (C) 
CO2 (D) 
H2O (E) 
F4 
C2H4O (C) 
F2 
C2H4 (A) 
O2 (B) 
 
R 
C2H4 (A) 
O2 (B) 
 
F5 
CO2 (D) 
H2O (E) 
 E) 𝐹2𝑥𝐴2 𝐹2𝑥𝐵2 
P o C) 2𝑦 𝑦 2𝑦 
 S) 𝐹2𝑥𝐴2 − 2𝑦 𝐹2𝑥𝐵2 − 𝑦 𝟐𝒚 
 
(A) (B) (C) 
 E) 𝐹2𝑥𝐴2 − 2𝑦 𝐹2𝑥𝐵2 − 𝑦 
P o C) 𝑧 3 𝑧 2𝑧 2𝑧 
 S) 𝑭𝟐𝒙𝑨𝟐 − 𝟐𝒚 − 𝒛 𝑭𝟐𝒙𝑩𝟐 − 𝒚 − 𝟑𝒛 𝟐𝒛 𝟐𝒛 
 
(A) (B) (D) (E) 
Alimentación al reactor: 
 
3 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4
1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2
 ; 
100 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜
80 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4𝑂 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜
 
 
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A la salida del reactor: 
𝑭𝟑𝒙𝑨𝟑 = 𝐹2𝑥𝐴2 − 2𝑦 − 𝑧 (1) 
𝑭𝟑𝒙𝑩𝟑 = 𝐹2𝑥𝐵2 − 𝑦 − 3𝑧 (2) 
𝑭𝟑𝒙𝑪𝟑 = 2𝑦 (3) 
𝑭𝟑𝒙𝑫𝟑 = 2𝑧 (4) 
𝑭𝟑𝒙𝑬𝟑 = 2𝑧 (5) 
B en el separador: 
𝐹3𝑥𝐴3 = 𝑅𝑥𝐴𝑅 (6) 
𝐹3𝑥𝐵3 = 𝑅𝑥𝐵𝑅 (7) 
𝐹3𝑥𝐶3 = 𝐹4𝑥𝐶4 (8) 
𝐹3𝑥𝐷3 = 𝐹5𝑥𝐷5 (9) 
𝐹3𝑥𝐸3 = 𝐹5𝑥𝐸5 (10) 
De la cantidad de producto que tenemos: 
 
1500 𝑔 𝐶2𝐻4𝑂
ℎ
∙
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4𝑂
44 𝑔 𝐶2𝐻4𝑂
= 34,091 [
𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4𝑂
ℎ
] = 𝑦 
Usando la relación de consumo y producción: 
34,091 [
𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4𝑂 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜
ℎ
] ∙
100 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜
80 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4𝑂 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜
= 42,614 [
𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜
ℎ
] 
Entendiendo que: moles consumidos es igual a moles que reaccionan, podemos usar la conversión: 
De la conversión obtenemos: 
 
 
 
De la relación en la alimentación al reactor: 
𝐹2𝑥𝐴2 = 213,07 [
𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4
ℎ
] ∙
1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2
3 𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4
= 71,023 [
𝑚𝑜𝑙 𝑂2
ℎ
] = 𝐹2𝑥𝐵2 
De los moles totales que reaccionan: 
0,2 ∙ 𝐹2𝑥𝐴2 = 𝑦 + 𝑧 
0,2 ∙ 213,07 = 34,091 + 𝑧 
𝑧 = 8,523 
 
𝒙𝑨 = 𝟎, 𝟐 
20% 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 → 0,2 ∙ 𝐹2𝑥𝐴2 = 42,614 
80% 𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎 
𝐹2𝑥𝐴2 = 213,07 [
𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻4
ℎ
] 
 
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Reemplazamos en las ecuaciones (1) a (5): 
𝐹3𝑥𝐴3 = 213,07 − (2 ∙ 34,091) − 8,523 = 136,365 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐵3 = 71,023 − 34,091 − (3 ∙ 8,523) = 11,363 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐶3 = 2 ∙ 34,091 = 68,182 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐷3 = 2 ∙ 8,523 = 17,046 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐸3 = 2 ∙ 8,523 = 17,046 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
Reemplazamos en las ecuaciones (6) a (10): 
𝐹3𝑥𝐴3 = 𝑅𝑥𝐴𝑅 = 136,365 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐵3 = 𝑅𝑥𝐵𝑅 = 11,363 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐶3 = 𝐹4𝑥𝐶4 = 64,182 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐷3 = 𝐹5𝑥𝐷5 = 17,046 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝐹3𝑥𝐸3 = 𝐹5𝑥𝐸5 = 17,046 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
BP A en el nodo de unión: 
𝐹1𝑥𝐴1 + 𝑅𝑥𝐴𝑅 = 𝐹2𝑥𝐴2 
𝐹1𝑥𝐴1 + 136,365 = 213,07 
𝑭𝟏𝒙𝑨𝟏 = 𝟗𝟗, 𝟕𝟎𝟓 [
𝒎𝒐𝒍 𝑪𝟐𝑯𝟒
𝒉
] 
BP B en el nodo de unión: 
𝐹1𝑥𝐵1 + 𝑅𝑥𝐵𝑅 = 𝐹2𝑥𝐵2 
𝐹1𝑥𝐵1 + 11,363 = 71,023 
𝑭𝟏𝒙𝑩𝟏 = 𝟓𝟗, 𝟔𝟔 [
𝒎𝒐𝒍 𝑶𝟐
𝒉
] 
Para la conversión global del proceso: 
𝑥𝐴 𝐺 =
2𝑦 + 𝑧
𝐹1𝑥𝐴1
=
(2 ∙ 34,091) + 8,523
99,705
 
𝒙𝑨 𝑮 = 𝟎, 𝟕𝟔𝟗 
RESPUESTAS 
𝑭𝟏𝒙𝑨𝟏 = 𝟗𝟗, 𝟕𝟎𝟓 [
𝒎𝒐𝒍 𝑪𝟐𝑯𝟒
𝒉
] 
𝑭𝟏𝒙𝑩𝟏 = 𝟓𝟗, 𝟔𝟔 [
𝒎𝒐𝒍 𝑶𝟐
𝒉
] 
𝒄𝒐𝒏𝒗 𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍 = 𝒙𝑨 𝑮 = 𝟎, 𝟕𝟔𝟗 
4. Se sintetiza metanol a partir de monóxido de carbono e hidrogeno en un reactor catalítico. La 
alimentación fresca al proceso contiene 32% mol de CO, 64% mol de H2, 4% mol de N2. Esta 
corriente se mezcla con una recirculación en una proporción de 5 mol de recirculación/1 mol de 
𝑭𝟑𝒙𝑨𝟑 = 𝐹2𝑥𝐴2 − 2𝑦 − 𝑧 
𝑭𝟑𝒙𝑩𝟑 = 𝐹2𝑥𝐵2 − 𝑦 − 3𝑧 
𝑭𝟑𝒙𝑪𝟑 = 2 ∙ 𝑦 
𝑭𝟑𝒙𝑫𝟑 = 2𝑧 
𝑭𝟑𝒙𝑬𝟑 = 2𝑧 
 
 
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alimentación fresca para producir la alimentación al reactor, la cual contiene 13% mol de N2. En 
el reactor se logra una conversión baja en un paso. El efluente de dicho reactor pasa a un 
condensador del cual emergen dos corrientes: una de producto líquido que contiene casi todo 
el metanol formado en el reactor, y otra de gas que contiene CO, H2 y N2 que salen de este 
último. La corriente de gas se divide en dos fracciones: una se retira del proceso como purga, y 
la otra es la recirculación que se combina con la alimentación fresca al reactor. Para una base de 
alimentación fresca de 100 mol/h, calcule la velocidad de producción del metanol (mol/h), la 
composición del gas de purga, y las conversiones en un paso y total. 
SOLUCION 
 
REACTOR CONDENSADOR
 
 
 
En F1: 
𝐹1𝑥𝐴1 = 32 [𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂/ℎ] 
𝐹1𝑥𝐵1 = 64 [𝑚𝑜𝑙 𝐻2/ℎ] 
𝐹1𝑥𝐶1 = 4 [𝑚𝑜𝑙 𝑁2/ℎ] 
Con la relación: 
𝐹1 = 100 
𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑙𝑖𝑚. 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎
ℎ
∙
5 𝑚𝑜𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙𝑖𝑚. 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎
= 𝟓𝟎𝟎 [𝒎𝒐𝒍/𝒉] = 𝑹 
BG en el nodo de unión: 
𝐹1 + 𝑅 = 𝐹2 
100 + 500 = 𝐹2 
𝐹2 = 600 [𝑚𝑜𝑙/ℎ] 
BP C en el nodo de unión: 
𝐹1𝑥𝐶1 + 𝑅𝑥𝐶𝑅 = 𝐹2𝑥𝐶2 
100 ∙ 0,04 + 500 ∙ 𝑥𝐶𝑅 = 600 ∙ 0,13 
𝑥𝐶𝑅 = 0,148 
BG en el nodo de separación: 
𝐹5 = 𝑅 + 𝑃 (1) 
𝑥𝐶5 = 𝑥𝐶𝑅 = 𝑥𝐶𝑃 = 0,148 
 
F1 
100 mol/h 
32% CO (A) 
64% H2 (B) 
4% N2 (C) 
F3 
CO (A) 
H2 (B) 
N2 (C) 
CH3OH (D) 
F4 
CH3OH (D) 
F2 
CO (A) 
H2 (B) 
13% N2 (C) 
 
R 
CO (A) 
H2 (B) 
N2 (C) 
 
F5 
(A) CO 
(B) H2 
(C) N2 
5 𝑚𝑜𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙𝑖𝑚. 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎
 
Purga 
CO (A) 
H2 (B) 
N2 (C) 
 
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10 
Si globalizamos el proceso: 
REACTOR CONDENSADOR
 
 
 
BP C: 
𝐹1𝑥𝐶1 = 𝑃𝑥𝐶𝑃 
4 = 𝑃 ∙ 0,148 
𝑃 = 27,027 [𝑚𝑜𝑙/ℎ] 
En (1): 
𝐹5 = 500 + 27,027 
𝐹5 = 527,027 [𝑚𝑜𝑙/ℎ] 
Analizamos la reacción de forma global en el proceso: 
𝑪𝑶 + 𝟐𝑯𝟐 → 𝑪𝑯𝟑𝑶𝑯 
 
 
Los flujos de salida: 
𝑷𝒙𝑨𝑷 = 𝐹1𝑥𝐴1 − 𝑦 (2) 
𝑷𝒙𝑩𝑷 = 𝐹1𝑥𝐵1 − 2𝑦 (3) 
𝑭𝟒𝒙𝑫𝟒 = 𝑦 (4) 
En F1 sabemos: 
𝐹1𝑥𝐴1 + 𝐹1𝑥𝐵1 = 0,96 ∙ 𝐹1 (5) 
Reemplazamos (2) y (3) en (5): 
𝑃𝑥𝐴𝑃 + 𝑦 + 𝑃𝑥𝐵𝑃 + 2𝑦 = 0,96 ∙ 100 
𝑃𝑥𝐴𝑃 + 𝑃𝑥𝐵𝑃 + 3𝑦 = 96 (6) 
En P sabemos: 
𝑃𝑥𝐴𝑃 + 𝑃𝑥𝐵𝑃 = (1 − 𝑥𝐶𝑃) ∙ 𝑃 
𝑃𝑥𝐴𝑃 + 𝑃𝑥𝐵𝑃 = (1 − 0,148) ∙ 27,027 
𝑃𝑥𝐴𝑃 + 𝑃𝑥𝐵𝑃 = 23,027 (7) 
Reemplazamos (7) en (6): 
23,027 + 3𝑦 = 96 
𝑦 = 24,324 
 E) 𝐹1𝑥𝐴1 𝐹1𝑥𝐵1 
P o C) 𝑦 2𝑦 𝑦 
 S) 𝑭𝟏𝒙𝑨𝟏 − 𝒚 𝑭𝟏𝒙𝑩𝟏 − 𝟐𝒚 𝒚 
 
(A) (B) (D) 
F1 
100 mol/h 
32% CO (A) 
64% H2 (B) 
4% N2 (C) 
Purga 
CO (A) 
H2 (B) 
N2 (C) 
F4 
CH3OH (D) 
 
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11 
Reemplazamos en (2) y (3): 
𝑃𝑥𝐴𝑃 = 32 − 24,324 = 7,676 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
𝑃𝑥𝐵𝑃 = 64 − 2 ∙ 24,324 = 15,352 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
Hallando las composiciones: 
𝑥𝐴𝑃 =
𝑃𝑥𝐴𝑃
𝑃=
7,676
27,027
 
𝒙𝑨𝑷 = 𝟎, 𝟐𝟖𝟒 
𝑥𝐵𝑃 =
𝑃𝑥𝐵𝑃
𝑃
=
15,352
27,027
 
𝒙𝑩𝑷 = 𝟎, 𝟓𝟔𝟖 
𝒙𝑪𝑷 = 𝟎, 𝟏𝟒𝟖 
Del nodo de separación: 
𝑥𝐴5 = 𝑥𝐴𝑅 = 𝑥𝐴𝑃 = 0,284 
BP A en el nodo de unión: 
𝐹1𝑥𝐴1 + 𝑅𝑥𝐴𝑅 = 𝐹2𝑥𝐴2 
100 ∙ 0,32 + 500 ∙ 0,284 = 𝐹2𝑥𝐴2 
𝐹2𝑥𝐴2 = 174 𝑚𝑜𝑙/ℎ 
BP D en el condensador: 
𝐹3𝑥𝐷3 = 𝐹4𝑥𝐷4 = 𝑦 = 24,324 
Para la conversión en un paso: 
𝑥𝐴 1𝑃 =
𝑦
𝐹2𝑥𝐴2
=
24,324
174
 
𝒙𝑨 𝟏𝑷 = 𝟎, 𝟏𝟒 
Para la conversión global: 
𝑥𝐴 𝐺 =
𝑦
𝐹1𝑥𝐴1
=
24,324
32
 
𝒙𝑨 𝑮 = 𝟎, 𝟕𝟔 
RESPUESTAS 
𝒙𝑨𝑷 = 𝟎, 𝟐𝟒𝟖 
𝒙𝑩𝑷 = 𝟎, 𝟓𝟔𝟖 
𝒙𝑪𝑷 = 𝟎, 𝟏𝟒𝟖 
𝒄𝒐𝒏𝒗 𝒑𝒂𝒔𝒐 = 𝒙𝑨 𝟏𝑷 = 𝟎, 𝟏𝟒 
𝒄𝒐𝒏𝒗 𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍 = 𝒙𝑨 𝑮 = 𝟎, 𝟕𝟔