Producción de amoniaco
Se pretende producir amoniaco mediante la reacción:
N2 (g) + 3H2 (g) ===> 2NH3 (g)
De acuerdo con la información mostrada en el diagrama de flujo, calcule la producción de NH3, y el calor que se debe retirar, si la conversión del N2 es del 57%.
Respuesta: a) -166,495.5 cal/h
1. Calor estándar de reacción (formación)
Determinar el calor estándar de reacción para la combustión del propano, suponiendo que la reacción de combustión es la siguiente:
C3H8 (g) + 5O2 (g) ===> 3CO2 (g) + 4H2O (g)
Respuesta: -2043.1 kJ/mol
2. Combustión del metano I
Se quema una mezcla de 10 mol/h de metano y 40 mol/h de oxígeno, la reacción de combustión del metano es completa y además se lleva a cabo al 100% de conversión. Calcular el calor que hay que suministrar o retirar del reactor para que las corrientes de entrada y de salida se mantengan a la temperatura de 350 K.
CH4 (g) + 2O2 (g) à CO2 (g) + 2H2O (g)
Respuesta: -8026.7 kJ/h
3. Combustión del metano II
Se quema una mezcla de 10 mol/h de metano y 40 mol/h de oxígeno, la reacción de combustión del metano es completa y se lleva a cabo al 90% de conversión. Calcular el calor que hay que suministrar o retirar del reactor para que las corrientes de entrada y de salida se mantengan a la temperatura de 350 K.
CH4 (g) + 2O2 (g) ===> CO2 (g) + 2H2O (g)
Respuesta: -7224 kJ/h
4. Reformación catalítica del metano
Un método para la fabricación de gas de síntesis (CO e H2) es la reformación catalítica del CH4 con vapor de agua a alta temperatura y presión atmosférica:
CH4 (g) + H2O (g) ===> CO (g) + 3H2 (g)
La única reacción paralela que ocurre es la de desplazamiento del gas de síntesis para producir CO2:
CH4 (g) + 2H2O (g) ===> CO 2 (g) + 4H2 (g)
Se alimentan al reactor 200 mol/h de agua y 100 mol/h de metano, y en la corriente de salida se tienen 85 mol/h de CO, 315 moles de H2, 85 mol/h de H2O y 15 mol/h de CO2. Si los reactivos se alimentan a una temperatura de 450 K y los productos salen a 1 300 K, calcule el calor retirado o suministrado al reactor para que se lleve a cabo el proceso.
Respuesta: 34,557.8 kJ/h
5. Producción de amoniaco
Se pretende producir amoniaco mediante la reacción:
N2 (g) + 3H2 (g) ===> 2NH3 (g)
De acuerdo con la información mostrada en el diagrama de flujo, calcule la producción de NH3, y el calor que se debe retirar, si la conversión del N2 es del 57%.
Respuesta: a) -166,495.5 cal/h
6. Producción de benzaldehído
A un reactor catalítico se alimenta aire seco y tolueno a una temperatura de 113ºC para formar benzaldehído de acuerdo a la reacción:
C6H5CH3 (g) + O2 (g) à C6H5CHO (g) + H2O(g)
El aire se suministra con un exceso del 100% con respecto al requerido para la conversión total del tolueno alimentado. El reactor opera a 180ºC, para mantener la temperatura del reactor constante, se hace circular agua a través de una camisa de enfriamiento, el agua entra a 25ºC y sale a 40ºC.
Si la conversión por paso es del 48% y se producen 1 500 mol/h de benzaldehído, calcule:
a) La composición de la corriente de entrada al reactor
b) La cantidad de agua de enfriamiento requerida.
Respuesta: a) 7.98 %mol de tolueno, b) 341,561.8 mol/h
Referencias
A. A. Germán-Ibarra, L. Balderas-Tapia. Apuntes del curso de balances de materia y energía. Instituto Politécnico Nacional. Rev. 2003