Marco teórico
Estequiometría
Reactivo limitante
Porcentaje en exceso
Reacciones de combustión
Producción de SO3
Se quema azufre puro (S) con aire seco suministrado en un exceso del 35% respecto a la producción de SO3. El azufre (S) se oxida a SO3 un 20% y, el resto a SO2. Los gases producidos en esta combustión pasan a un convertidor donde el 90% del SO2 produce SO3. Calcúlese el flujo de aire alimentado y la composición expresada en porcentaje molar de los gases salientes del convertidor.
S + O2 ===> SO3 (Rxn 1)
S + O2 ===> SO2 (Rxn 2)
1. Reactivo limitante-Reactivo en exceso
Conforme a la reacción:
O3 + NO ===> O2 + NO2
Reaccionan 75 g de O3 con 70 g de NO
a). ¿Cuál es el reactivo limitante?
b). ¿Cuánto reactivo en exceso queda al finalizar la reacción?
2. Porcentaje en exceso
Conforme a la reacción:
O3 + NO ===> O2 + NO2
Reaccionan 75 g de O3 con 70 g de NO
a). Calcule el % en exceso
3. Combustión del óxido de etileno (Reactivo en exceso)
El óxido de etileno (C2H4O):
C2H4 + 1/2 O2 ===> C2H4O
Sin embargo, también ocurre como reacción secundaria (reacción no deseada) la combustión del C2H4.
C2H4 + 3 O2 ===> 2 CO2 + H2O
Si, en la entrada del reactor se dispone de una alimentación equimolar de C2H4O y O2, calcule el reactivo en exceso y el porcentaje de exceso.
4. Producción de óxido de titanio (Conversión)
El óxido de titanio (TiO2) se produce por la reacción de ácido sulfúrico con el mineral ilmenita (FeTiO3).
FeTiO3 + H2SO4 ===> TiO2 + FeSO4 + H2O
Si una alimentación de 500 kilomoles de ilmenita, producen 400 kmoles de TiO2. ¿cuál es la conversión de la ilmenita?
5. Combustión propano (Reactivo en exceso)
En un horno se queman 100 kg/h de C3H8 con 2571.8 kg/h de aire seco. Si del total de C3H8 alimentado el 95% reacciona a CO2 y el resto a CO, calcule el reactivo en exceso y el porcentaje en exceso.
6. Producción de Fluoruro de Hidrógeno (Conversión)
El fluoruro de hidrógeno se prepara mediante la reacción:
CaF2 + H2SO4 ===> CaSO4 + HF
Si en la reacción anterior, se alimentan 10 kg de CaF2 en conjunto con 20 kg de H2SO4, el cual se encuentra en exceso, y se producen 4.767 kg de HF. Calcule las conversiones del CaF2 y del H2SO4.
7. Reacción del cloruro de aluminio (Masa de reactivos)
La reacción del aluminio con cloro produce cloruro de aluminio.
Al + Cl2 ===> AlCl3
a) ¿Qué masa de tricloruro de aluminio se obtiene al hacer reaccionar 23 g de aluminio con un exceso de dicloro?
b) ¿Qué masas de aluminio y cloro se necesitan para obtener 145 g de cloruro de aluminio?
8. Reacción hidróxido de cobre (Masa productos)
Al mezclar una disolución de hidróxido de sodio con una disolución de nitrato de cobre (II), Cu(NO3)2, se forma un precipitado de hidróxido cúprico y nitrato de sodio (NaNO3).
NaOH + Cu(NO3)2 ===> Cu(OH)2 + NaNO3
Calcula la masa de hidróxido de cobre(II) que se formará al mezclar 20 cm3 de NaOH 0.5 M con una disolución de nitrato cúprico en exceso.
9. Masa del oxígeno en la combusitón del metano
Determina la masa de oxígeno que se necesita para quemar 0.53 m3 de metano medido a 5 atm y 25 ºC.
10. Pureza de una muestra de zinc
La reacción entre el zinc y el ácido clorhídrico produce cloruro de zinc e hidrógeno. Para determinar la riqueza de un zinc impuro se tomaron 5 g de muestra y se hicieron reaccionar con ácido clorhídrico en exceso. El volumen de hidrógeno producido fue de 824 cm3, medido a 25ºC y 1.2 atm.
¿Qué porcentaje de zinc hay en la muestra?
11. Volumen de un gas de reacción
Tenemos 150 ml de disolución de HCl 0.50 M y adicionamos en ella un trozo de hierro de 2.0 g, el cual reacciona con el HCl para dar cloruro de hierro (III) y gas hidrógeno que se desprende.
a) Escribe y balancee la reacción que tiene lugar.
b) Deduce cuál es el reactivo limitante y si quedará algo de hierro sin reaccionar.
c) ¿Qué volumen de H2 se desprende medio en condiciones normales? (1 atm).
12. Pureza del óxido de hierro
El hierro puede obtenerse según la reacción:
Fe2O3 + CO(g) ===> Fe(s) + CO2(g)
El análisis de una muestra de 978 g de un mineral que contiene óxido férrico ha dado 354 g de hierro ¿Cuál es la riqueza en óxido de hierro (III) del mineral?
13. Descomposición del clorato de sodio (Conversión)
La descomposición térmica del clorato de sodio (NaClO3) produce cloruro de sodio y oxígeno. Calcula la conversión de la reacción si a partir de 100 g de clorato se han obtenido 43.2 g de oxígeno.
14. Composición de un gas de combustión (Análisis Orsat)
La composición de un gas de emisión, en porciento mol, es 65% de N2, 12% de CO2, 10% de O2 y 13% H2O, entregue el análisis Orsat de este gas.
15. Oxígeno teórico (Combustión de un gas)
Calcule el oxígeno teórico para quemar un combustible formado por 95% mol de CH4 y 5% mol de C2H6.
CH4 + O2 ===> CO2 + H2O
C2H6 + O2 ===> CO2 + H2O
16. Combustión del propano (Oxígeno teórico)
En un horno se tiene 100 kg/h de C3H8, si del total de C3H8 alimentado el 90% reacciona a CO2, 5% reacciona a CO y el resto queda sin reaccionar, calcule la cantidad de oxígeno teórico.
C3H8 + O2 ===> CO2 + H2O
C3H8 + O2 ===> CO + H2O
17. Combustión del etano
Se emplea aire en un 40% en exceso para quemar 100 moles/h de etano (C2H6). Si la conversión de etano es de 90%, y de estos moles que han reaccionado, únicamente un 20% forma CO. Determine el flujo de aire alimentado y la composición de los gases de chimenea.
C2H6 + O2 ===> CO2 + H2O
C2H6 + O2 ===> CO + H2O
18. Combustión metano (Aire en exceso)
Para quemar un combustible formado por 100 mol/h de CH4, y 10 mol/h de O2, se emplea aire seco con 40% en exceso. Si la combustión es completa, determine el flujo de aire alimentado.
CH4 + O2 ===> CO2 + H2O
19. Combustión metano (Oxígeno en exceso)
Para quemar un combustible formado por 100 mol/h de CH4, y 10 mol/h de O2, empleando 40% de oxígeno en exceso. Si la combustión es completa, determine el flujo de aire alimentado.
CH4 + O2 ===> CO2 + H2O
20. Producción de amoniaco
Se pretende producir amoníaco mediante la reacción:
N2 + H2 ===> NH3
Con base a la información mostrada en el diagrama de flujo, calcule la producción de NH3, y el flujo de reactivos sin reaccionar, si la conversión del N2 es del 57%.
21. Producción de SO3
Se quema azufre puro (S) con aire seco suministrado en un exceso del 35% respecto a la producción de SO3. El azufre (S) se oxida a SO3 un 20% y, el resto a SO2. Los gases producidos en esta combustión pasan a un convertidor donde el 90% del SO2 produce SO3. Calcúlese el flujo de aire alimentado y la composición expresada en porcentaje molar de los gases salientes del convertidor.
S + O2 ===> SO3 (Rxn 1)
S + O2 ===> SO2 (Rxn 2)
22. Producción de óxido de etileno
Se pretende producir óxido de etileno mediante la reacción:
C2H4 + O2 ===> C2H4O (Rxn 1)
Sin embargo, también ocurre la reacción de oxidación total del etileno:
C2H4 + O2 ===> CO2 + H2O (Rxn 2)
De acuerdo con la información mostrada en el diagrama de flujo, calcule la conversión del etileno y la producción de C2H4O, si del total del etileno que reacciona el 5% forma CO2.
23. Producción de óxido de tetracloruro de silicio (Recirculación)
Para producir el tetracloruro de silicio se plantea la siguiente reacción:
BCl3 + Si ===> SiCl4 + B
De acuerdo al diagrama mostrado, si todo el BCl3 que no reacciona, se recircula, ¿Cuál es la razón de la corriente de recirculación a SiCl4 (BCl3/SiCl4) que sale de la unidad de separación? Considere que la conversión por paso es del 85%.
24. Deshidrogenación del propano (Recirculación)
Se deshidrogena propano para formar propileno en un reactor catalítico mediante la reacción:
C3H8 ===> C3H6 + H2
Se desea obtener una conversión global del propano de 95%. Los productos de la reacción se separan en dos corrientes, la primera (5) que contiene H2, C3H6 y 0.555% del propano que abandona el reactor, es decir, se elimina como producto. Mientras que, la segunda corriente (2) contiene el resto del propano sin reaccionar y propileno, los cuales se recirculan al reactor. El flujo de la alimentación fresca (1) es 110 mol/h de propano. Calcule la conversión por paso, XP.
25. Producción de ácido acético (Recirculación)
Se va a producir ácido acético por la adición del 20% de exceso de ácido sulfúrico a acetato de calcio para la siguiente reacción:
(CH3COO)2Ca + H2SO4 ===> CaSO4 + CH3COOH
El porcentaje de conversión por paso del acetato de calcio es del 90%. El acetato de calcio y el ácido sulfúrico sin reaccionar, se separan de los productos de reacción y el exceso de acetato de calcio se recircula. El ácido acético se separa de los productos.
Determínese la cantidad de la masa de cada una de las corrientes que muestra el diagrama, con base en 1000 lb de acetato de calcio de alimentación fresca por hora. Asimismo, la cantidad total de alimentación del acetato de calcio, es decir, que incluya la recirculación.
Parte A
Parte B
Referencias
R. Felder, R. W. Rousseau (2004). Principios elementales de los procesos químicos. 3ra Edición