Balance de energía

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	UNIVERSIDAD REGIONAL AMAZÓNICA
IKIAM
Balance de Masa y Energía
	
Grupo 
Numero_
	Deber núm.: 3-BME_G01 Profesora: Zulay M. Niño R 
	Fecha envío: _16_/_02_/_2021 Fecha entrega: _ 24/02/2020
	Ejercicios sobre Unidad 2-BMCRQ Valor total: 10/11 puntos
	Nombre: Henry Rocano Firma aceptación nota: 
	Instrucciones: Resuelva de manera individual los problemas asignados, indique las suposiciones que realice en donde sea necesario
Se agradece orden y letra legible
1. Un gas combustible producido por gasificación de carbón se va a quemar con 20% de exceso de aire. El gas contiene 50% molar de nitrógeno y el resto de monóxido de carbono e hidrógeno. Una muestra del gas se hace pasar por un espectrómetro de infrarrojo, el cual registra una señal R que depende de la fracción molar de monóxido de carbono en la muestra, y se obtiene la lectura R = 38,3. 
Los datos de calibración del analizador son los siguientes:
La ley de potencias (x = aRb) puede ser adecuada para ajustar los datos de calibración. 
Calcular la velocidad de flujo molar de aire necesaria para una velocidad de alimentación de combustible de 175 kg mol/h, suponiendo que el CO y el H2 se oxidan, pero el N2 no.
(valor: 1 punto)
2. Se produce etanol a nivel comercial mediante la hidratación de etileno
C2H4+ H2O C2H5OH 
Parte del producto se convierte a éter dietílico mediante la reacción lateral 
2C2H5OH (C2H5)2O + H2O 
La alimentación a un reactor contiene 53,7% molar de C2H4, 36,7% de H2O y el resto de inertes. Se obtiene una conversión de etileno de 5%. El 10% del etanol producido participa en la reacción lateral. Calcúlese la composición molar de la corriente de salida del reactor y la selectividad de la producción de etanol respecto a la producción de éter. 	
Nota: resolver por la ecuación general de balance con reacción química y por balance en especies atómicas. (valor: 1 punto)
3. Una tonelada de una caliza impura, cuya composición es 96% en masa de CaCO3 y 4% de materia inerte, reacciona con una solución de ácido sulfúrico al 80% en masa. Todo el CO2 generado es expulsado junto con parte del agua. El análisis de la masa final en porcentaje másico es: 86,54% de CaSO4; 3,11% de CaCO3; 1,35% de H2SO4; 6,23% de H2O y 2,77% de inertes. Calcúlese:
a) Masa de CaSO4 producido.
b) Masa de solución ácida alimentada. 
c) Masa de gases expulsados. 
d) Composición, en porcentaje másico, de los gases expulsados. 
e) Cantidad de materia inerte alimentada
(valor: 2 puntos)
4. Un gas natural contiene 83% molar de metano y 17% molar de etano. El gas se quema con un exceso de aire seco y se producen unos gases con el siguiente análisis en base seca (Orsat): 6,76% CO2, 2,77% CO, 5,63% O2 y 84,84% N2. Calcúlese: (a) Porcentaje de exceso de aire suministrado (b) Porcentaje de carbono que pasa a CO (c) Masa de vapor de agua por cada 1000 pie3 de gas de combustión medidos a 800° F y 1 atm.
(valor: 2 puntos)
5. En el famoso proceso Haber para fabricar amoniaco, la reacción se lleva a cabo a presiones de 800 a 1000 atm y a 500-600°C empleando un catalizador apropiado. Sólo una pequeña fracción del material que ingresa en el reactor reacciona en una pasada, por lo que se requiere reciclaje. Además, como el nitrógeno se obtiene del aire, contiene casi 1% de gases raros (principalmente argón) que no reaccionan. Los gases raros se irían acumulando en el reciclaje hasta tener un efecto adverso sobre el equilibrio de la reacción, así que se utiliza un pequeño flujo de purgado. Como se muestra en la figura, la alimentación nueva de gas que contiene 75.16% de H2, 24.57% de N2 y 0.27% de Ar se mezcla con el gas reciclado e ingresa en el reactor con una composición de 79.52% de H2. En el reciclo se tiene 85% de hidrogeno molecular y 1% de argón El flujo de gas que sale del separador de amoniaco contiene 80.01% de H2 y nada de amoniaco. El amoniaco producido no contiene gases disueltos. Por cada 100 moles de alimentación nueva calcular:
a) ¿Cuántos moles se reciclan y purgan? 
b) ¿Cuál es el porcentaje de conversión del hidrógeno por pasada?
(valor: 2 puntos)
6. El éter etílico se produce deshidratando alcohol etílico en presencia de ácido sulfúrico a 140°C:
2C2H5OH C2H5OC2H5 + H2O
En la figura se muestra un diagrama simplificado del proceso. Si en cada pasada por el reactor hay una conversión del 87% del alcohol alimentado, calcular:
a) Los kilogramos de alimentación nueva por hora 
b) Los kilogramos de reciclaje por hora
(valor: 1 punto)
7) En la figura se muestra un proceso para la síntesis de metanol. Las reacciones químicas pertinentes son
CH4 + 2H2O CO2+ 4H2 (reacción principal en el reformador)
CH4 + H2O CO+ 3H2 (reacción secundaria en el reformador)
2CO + O2 2CO2 (reacción en el convertidor de CO)
CO2 +3H2 CH3OH + H2O (reactor de metanol)
Se alimenta 10% de exceso de vapor de agua (con base en la reacción (a)) al reformador, y la conversión del metano es del 100%, con un rendimiento del 90% de CO2. La conversión en el reactor de metanol es del 55% en una pasada. 
Se alimenta una cantidad estequiométrica de oxígeno al convertidor de CO2 y el CO se convierte por completo en CO2. A continuación, se introduce CO2 de reposición adicional a fin de establecer una proporción de 3 a 1 de H2 a CO2 en la corriente de alimentación al reactor de metanol.
El efluente del reactor de metanol se enfría para condensar todo el metanol y el agua, y los gases no condensables se reciclan a la alimentación del reactor de metanol. La razón H2/CO2 en la corriente de reciclaje también es de 3 a 1. 
Dado que la alimentación de metano contiene 1% de nitrógeno como impureza, una porción de la corriente de reciclaje debe purgarse como se muestra en la figura, a fin de evitar la acumulación de nitrógeno en el sistema. El análisis de la corriente de purgado muestra que hay un 5% de nitrógeno. 
Con base en 100 moles de alimentación de metano (que incluyen el N2), calcular: 
a) Los moles de H2 que se pierden en el purgado 
b) Los moles de CO2 de reposición requeridos
c) La razón entre el reciclaje y el purgado en mol/mol 
d) La cantidad de disolución de metanol (en kg) producido, y su concentración (porcentaje en peso).
(valor: 2 punto)
Acido sulfúricoY agua
Reactor de metanolDisolución de metanol