PROBLEMA DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA PARA TERCERA NOTA

PRODUCCION DE OXIDO DE ETILENO

OSCAR FABIAN BECERRA LOPEZ. COD. 1640576

LEIMER JOHAN CARVAJAL CARDONA. COD. 1640683

YESSENIA LISBETH VILLAMIZAR JAIMES. COD. 1640749

Presentado a:CARLOS EUGENIO TORRES POVEDA

INGENIERO QUIMICO.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

INGENIERIA AGROINDUSTRIALBALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

SAN JOSE DE CUCUTAJUNIO DE 2013

OXIDO DE ETILENO.

El oxido de etileno se produce por la oxidación catalítica del etileno:

C2H4 (g) + ½ O2 (g) C2H4O (g)

Una reacción competitiva indeseable es la combustión de etileno para formar CO2 . La alimentación a un reactor contiene 2 moles de C2H4/mol de O2. La conversión en el reactor es de 25% y se producen 0.7moles de C2H4O por mol de C2H4 consumido. Se emplea un proceso de múltiples etapas para separar los productos: el C2H4 y el O 2 se recirculan al reactor, el C2H4O (g) se vende como producto, mientras que el CO2 y el H2O (l) se desechan.

Tanto la alimentación como el producto se encuentran a 450°C, mientras que la temperatura de los gases de reposición (alimentación fresca) y los productos no recirculados están a 25°C.

a) Calcular el flujo y la composición de la alimentación fresca requerida para producir 1500 kg de C2H4O/día.

b) Calcular los requerimientos globales de energía para el proceso, y aquellos que solo corresponden al reactor.

ESQUEMA DEL PROCESO.

Las reacciones presentes en el sistema son las siguientes:

C2H4 (g) + ½O2 (g) C2H4O (g)

C2H4 (g) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 2H2O

La reacción teórica conjunta es:

2 C2H4 (g) + 3 ½ O2 (g) C2H4O + 2 CO2 (g) + 2 H2O

Debido a que la conversión en el reactor es del 25% la reacción se ajusta así:

8 C2H4 (g) + 4 ½ O2 (g) C2H4O + 2 CO2 (g) + 2 H2O + 6 C2H4 (g)

Como se producen 0.7 moles de C2H4O por mol de C2H4 consumido, se ajusta así:

56 C2H4 (g) + 31 ½ O2 (g) 7 C2H4O +14 CO2 (g) +14 H2O + 42 C2H4 (g) + 7 O2

Ya que la alimentación al reactor contiene 2 moles de C2H4/mol de O2 .

63 C2H4 (g) + 31 ½ O2 (g) 7 C2H4O +14 CO2 (g) +14 H2O + 49 C2H4 (g) + 7 O2

63 C2H4 (g) + 31 ½ O2 (g) 7 C2H4O +14 CO2 (g) +14 H2O + 49 C2H4 (g) + 7 O2

La reacción final anterior origina una relación molar balanceada y en consecuencia un balance en masa de la siguiente manera.

REACTIVOS

63 moles C2H4 (g) x (28 kg/1 mol de C2H4(g)) = 1764 Kg de C2H4 (g).

31 ½ moles de O2(g) x (32 kg/1mol de O2(g)) = 1008 kg de O2 (g).

PRODUCTOS.

7 moles de C2H4O(g) x (44 kg/1 mol de C2H4O(g)) = 308 kg de C2H4O(g)

14 moles de CO2(g) x (14 kg/1mol de CO2(g)) = 196 kg de CO2(g).

14 moles de H2O x (18 kg/1mol de H2O) = 252 kg de H2O.

49 moles de C2H4(g) x (28 kg/1mol de C2H4(g)) = 1372 kg de C2H4(g).

7 moles de O2(g) x (32 kg/1 mol de O2(g)) = 224 kg de O2(g).

Con en fin de hallar los valores reales de C2H4(g) y O2(g) necesarios para producir los 1500 kg de C2H4O(g) y demás productos formados en la reacción se debe aplicar una relación entre el producido teórico de la reacción y el producido real al cual quedemos llegar.

Relación teórico-real.

(308) X = 1500

X = 1500/308

X = 4.87

como se desean producir 1500 kg de C2H4O(g) usamos la relación másica hallada anteriormente para obtener los valores reales tanto de reactivos usados como de productos obtenidos.

(1764 Kg de C2H4 (g) ) (4.87) = 8590.7 Kg de C2H4 (g)

(1008 kg de O2 (g) ) (4.87) = 4908.96 kg de O2 (g)

(308 kg de C2H4O(g) ) (4.87) = 1500 kg de C2H4O(g)

(196 kg de CO2(g)) (4.87) = 954.52 kg de CO2(g))

(252 kg de H2O) (4.87) = 1227.24 kg de H2O

(1372 kg de C2H4(g)) (4.87) = 6681.64 kg de C2H4(g)

(224 kg de O2(g)) (4.87) = 1090.88 kg de O2(g)

GRAFICO CON LOS DATOS OBTENIDOS

Como la producción será en un día, entonces el flujo diario de alimentación fresca será:

F C2H4 = (8590.7 - 6681.64) kg de C2H4(g) = 1909.1 kg de C2H4(g)

F O2 = (4908.96 - 1090.88) kg de O2 (g) = 3818.0 kg de O2 (g)

La composición de la alimentación fresca será:

XC2H4(g) = 1909.1/(1009.1 + 3818.0) = 0.33

XO2(g) = 3818,0/(1909.1 + 3818.0) = 0.67