Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

BALANCES ELEMENTALES

No description
by

Damaris Fabian

on 28 November 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of BALANCES ELEMENTALES

End
Ecuaciones de los balances elementales
la formulación de la balances por componente para sitemas no reaccionantes fue sencilla, para
el caso reaccionante
el uso de los balances por componente requirío incluir un término de velocidad de producción de ecuaciones de balance, esto sucede porque las entidades que decidimos balancear no se conservan cuando ocurre una reacción.
Como el proceso de reacción corresponde únicamente al reagrupamiento de los átomos de diferentes agregados moleculares, el número de átomos de elementos en el sistema debe permanecer constante, sin cambio.
- la masa de cada elementos debe ser constante.
LA RELACION ENTRE LOS BALANCES ELEMENTALES Y LOS BALANCES POR COMPONENTE
los balances elementales son apropiados si se desconoce la estequiometría de la reacción, o bien, si se dispone de un análisis elemental de los reactivos. En esos casos, no pueden expresarse directamente balances por componente; la alternativa obia son los balances elementales, sin embargo hay muchos casos en los que lla decisión del tipo de balances a usar no es tan sencillo . Particularmente, en sistemas no reaccionantes en los que se conoce la estequiometría de la reacción, en principio podría ultizarse cualesquiera de los dos tipos de balance.
APLICACIOPNES RELACIONADAS CON EL PROCESAMIENTO QUÍMICO DE COMBUSTIBLES FOSILES
Aunque generalmente son preferibles los balances por componente a los balances elementales, hay un área sustancial de aplicacines para la cual los balances elementales son una opción muy lógica. Estas situaciones se presentan siempre que se desconozca la estequiometría de reacción exacta o bien ésta sea demasiado compleja, o cuando los reactivos constituyen una mezcla complicada, de la cual no se tiene análisis por compenentes debido a la dificultad o inconveniencia de obtenerlo. tal es el caso cuando el sistema en cuestión está relacionado con el procesamiento químico de combustibles fósiles, como: gas natural, petróleo, arenas bituminosas y carbón. En esta sección tratamos brevemente el origen y propiedaades de los combustibles fósiles, resumiendo algunos de los métodos convencionales de caracterización y análisi de los mismos( que son intereés para los balances de materia), e ilustramos algunos casos típicos de aplicación de balances elementales a la resolución de problemas de balance de materia, en donde se manejan dichas materia primas.
COMBUSTIBLES FÓSILES Y SUS CONSTITUYENTES
BALANCES ELEMENTALES
Para sistemas en estado estable podemos expresar balances que incluyan los flujos, másicos, molares de cada elemento presente, y que estos balances no requerirán de factores de corrección para producción o consumo de elementos.
La matriz Atómica y las ecuaciones generales de balance
como en el caso de los balances por componente, esto requiere introducir algunas definiciones de nomenclatura .
Definamos el FLUJO NETO DE SALIDA S . Ns, para un sistema con I corrientes de entrada y J corriente de salida, como :
EJERCICIO:
SOLUCION:
LOS BALANCES ELEMENTALES TIENDEN A INCLUIR MAS INCOGNITAS POR ECUACION DE BALANCE , ESTO DEBIDO A QUE EN CADA BALANCE ELEMENTALINTERVIENE EL FLUJO NETO DE SALIDA DE TODOS LOS COMPONENTES
AUNQUE PUEDE EXPRESARSE UN BALANCE ELEMENTAL POR CADA ELEMENTO DEL SISTEMA ALGUNAS ECUACIONES PUEDEN SER REDUNDANTES GENERALMENTE PUEDE EXPRESARSE UN MAXIMO DE 'E' BALANCES INDEPENDIENTES EN ALGUNOS CASOS PUEDEN SER MENOS DE 'E'
EL ALGEBRA DE LOS BALANCES ELEMENTALES
considerando la forma de las ecuaciones de balance elementales


es claro que pueden deducirse las propiedades algebraicas de los balances elementales a partir de las propiedades correspondientes de los coeficientes atomicos
ANALISIS DE GRADOS DE LIBERTAD
Las corrientes y las relaciones se cuentan de manera usual; el número de balances elementales independientes se verifica mediante el procedimiento de reduccion de arreglos y se permite una base arbitraria, debido a que las ecuaciones del balance elemental son homogéneas en los flujos de corrientes.
Si los grados de libertad son cero entonces como revision final se identifica la independencia de las especificaciones.
SISTEMA NO REACCIONANTE
SISTEMA REACCIONANTE
Tratándose del mismo grupo de componentes, no hay diferencia entre los balances elementales de un sistema reaccionante y los de su equivalente no reaccionante.
Problema
EL NUMERO MAXIMO DE REACCIONES INDEPENDIENTES
Los combustibles fósiles son materiales que contienen hidrocarburos, formados de los restos orgánicos de plantas y animales como consecuencia de una acción bacteriana y/o largos peridos de compresión y calentamiento, generalmente en condiciones anaeróbicas bajo la corteza terrestre. Los tipos principales de combustión fósiles son carbón , arenas bituminosas,turba, petróleo y gas natural. Aunque estas formas diferente de combustibles fósiles tienen constituyentes comunes(carbono, hidrógeno y cantidades diversas de nitrógeno, azufre, oxígeno y minerales inorgánicos) generalmente se acepta que los procesos que intervinierón en la formación de cada tipo de combustible fósil sustancialmente diferentes.
En el caso del carbón, el proceso de formación comienza con turba, un material de alto contenido de humedad formado en los pantanos como resultado de la descomposición, la capa de turba se cubre de agua y capas posteriores de desperdicios y sedimentos. La descomposición relativamente rápida se detiene y comienza un cambio anaerobio más lento llamado carbonificación. El proceso geológico de carbonificación ocurre por compresión y calentamiento, y resulta en la reducción sucesiva del contenido de humedad y oxígeno del sólido, mediante filtraciones y desprendimiento de dióxido de carbono y algo de metano. Dependiendo del historial y la intensidad de las condiciones de presión y temperatura a las que se somete al material, se producen diversos tipos de carbón. La figura 4.14 muestra las composiciones típicas de las variedades comunes del carbón.
Generalmente se cree que en el proceso de carbonificación el material fósil progresa en forma continua a través de cada una de dichas variedades de carbón. Por lo tanto, un carbón de antracita existió primero como turba, después como lignito, luego bituminoso y finalmente en la forma de antracita. A las etapas del proceso de carbonificación de turba se les llama
rango del carbon.
Las arena bituminosas, el petróleo y el gas natural se consideran derivados de restos orgánicos de plantas y animales marinos, incorporados en rocas sedimentarias de grano fino. Al descomponerse estos depósitos orgánicos debido a la acción de bacterias aerobias y anaerobias, los productos resultantes quedaron almacenados en la roca sedimentaria(formando así las arenas bituminosas, o bien salierón de la matriz sedimentaria, probablemente en forma de emulsión acuosa, para acumularse en depósitos naturales de roca o piedra caliza. Los petróleos crudos de diversas localidades varían en su composición, pero están formados generalmente de mezclas de parafinas, naftenos, compuestos aromáticos, posiblemente algunas olefinas, cantidades menores de compuestos orgánicos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno. De estos componentes con ligaduras carbono-carbono sencillas( cuya formula general es Cn H(2n+2) ) y los naftenos, que son análogos cíclicos de las parafinas. Los hidrocarburos cíclicos no saturados(los aromáticos) y sus análogos acíclicos(las olefinas) generalmente están presentes en cantidades mucho menores. Un petróleo crudo contiene alrededor de 85% de carbono, 11% de nitrógeno y 4% de impurezas(porcentaje en peso); estas últimas incluyen a los compuestos orgánicos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno.
El gas natural se localiza generalmente sobre o cerca de los depósitos de petróleo, atrapado entre roca dura, y está compuesto de los hidrocarburos ligeron constituyentes del petróleo de donde proviene. El gas natural que se vende para consumo contiene(en base molar) 88% de metano, 8% de hidrocarburos más pesados, y el resto de hidrógeno, nitrógeno y dióxido de carbono. La composición de hidrocarburos diferentes del metano puede variar, dependiendo de la cantidad de hidrocarburos más pesados que se elimine en el punto de explotación.
CARACTERIZACIÓN DE COMBUSTIBLES FÓSILES
Como la mayoría de los tipos de carbón no son sustancias homogéneas, sino mezclas de macromoléculas, la única forma práctica de describir la composición del carbón es mediante un análisis elemental. El análisis elemental o último de un carbón corresponde a una determinación química convencional de los cuatro elementos más importantes presentes en el carbón-carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre y nitrógeno- y una determinación conjunta de varios residuos inorgánicos incombustibles llamados cenizas. En el análisis, el porcentaje en peso de carbono e hidrógeno se determina mediante los productos de la combustión de una muestra estándar. El nitrógeno y el azufre se obtienen de un análisis químico directo, y el porcentaje en peso de ceniza se consigue calentando una muestra de 1g hasta 1340°F en presencia de oxígeno y pesando el residuo. El porcentaje en peso del oxígeno se determina por diferencia y es el dato menos confiable en el análisis último. En algunos casos, los porcentajes en peso de oxígeno e hidrógeno se reportan como "agua combinada" e "hidrógeno neto". El agua combinada se refiere al porcentaje en peso del agua hipotética formada al sumar dos moles de hidrógeno por cada mol de oxígeno obtenido en el análisis. El hidrógeno neto consiste entonces de todo el hidrógeno restante, después de haber considerado el asociado con el agua combinada. Para cálculos precisos, debiera corregirse el porcentaje en peso de cenizas, para incluir las piritas de hierro que aparecerán como óxido férrico en las cenizas. Con excepción de los casos en que se manejen carbones con alto contenido de azufre(en los cuales la mayor parte de azufre está presente en forma de piritas), esta corrección puede ignorarse .
Aunque el análisis último es necesario para cualquier cálculo preciso de balances de materia , es tedioso y prolongado; por lo tanto, para aplicaciones de rutina en la operación de una planta, se recurre generalmente a una análisis
aproximado.
El análisis aproximado corresponde a la determinación de cuatro fracciones en peso conjuntas; la humedad, los materiales volátiles, el contenido de cenizas y el carbono fijo de la muestra de carbón. L a humedad se determina mediante una medida estandarizada de la pérdida de peso durante el secado de una muestra del carbón a unos 110°C. Los materiales volátiles del carbón se determinan midiendo las pérdidas de peso de una muestra de 1g de carbón seco, cuando se calienta por siete minutos a 950°C. La fracción peso del carbono fijo se determina por diferencia. Frecuentemente se complementa el análisis aproximado con una determinación de la fracción peso de azufre, ya que este azufre se convierte en el contaminante de dióxido de azufre durante la combustión de carbón. En la figura 4.15 se dan análisis últimos y aproximados de algunos carbones
Como se indicó en la sección anterior, el petróleo es una mezcla compleja de varias familias de hidrocarburos. Como resultaría sumamente difícil obtener una determinación exacta de la composición de cada una de las sustancias presentes en la mezcla, algunas veces se utiliza un análisis último, el cual es suficiente para propósitos de cálculos de balance de materia. Sin embargo, como puede observarse en el análisis de muestras de la figura 4.16, la variación en el contenido de carbono y de hidrógeno de varios crudos y sus derivados es notablemente pequeña. Mas aún, las variaciones en los porcentajes en peso de los elementos es un pobre indicador de las propiedades físicas, propiedades de reacción y utilidad como combustible del petróleo. Por lo tanto, la industria petrolera ha adoptado varios factores aproximados y análisis conjuntos adicionales . En éstos se incluyen medidas de densidad del material, sus características de flujo, y u análisis conjunto en términos de parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos, al que se conoce por las siglas de PONA. Para los cálculos precisos de balance de materia, la única información suficiente sería el análisis completo de sus componentes o un análisis último.
El gas natural es el menos indicado de caracterizar de los combustibles fósiles convencionales, ya que contiene un número relativamente pequeño de componentes( usualmente metano,etano,etileno, propano, hidrógeno, dióxido de carbono y nitrógeno). Por lo tanto, generalmente se reporta la composición completa del gas natural y de los gases sintéticos similares. Estas composiciones se expresan a menudo en términos de porcentajes molares o volumen.
PRINCIPALES OPERACIONES DE PROCESAMIENTO QUÍMICO PARA LOS COMBUSTIBLES
Las operaciones en las que se efectúa directamente el procesamiento químico de los materiales fósiles pueden clasificarse en tres categorías: combustión, generación de gas de síntesis y mejoramiento químico. En esta sección las describiremos brevemente e ilustraremos el uso de los balances como herramienta de resolución de problemas en los que intervienen estos procesos.

Combustión:
La combustión de un material fósil con aire u oxígeno es una operación en la cual se oxida al material para producir calor y productos residuales de desperdicio, total o parcialmente oxidados. El producto principal de desperdicio de combustión es un gas que contiene dióxido de carbono, monoxido de carbono, agua, nitrógeno y oxígeno, que no reaccionó y cualquier componente gaseoso restante del combustible que tampoco reaccionó. Además si el combustible es sólido o líquido, también puede haber combustible residual que no reaccionó y materiales inorgánicos incombustibles llamados cenizas.
Los puntos operacionales de interés de la combustión son: ¿Qué flujo de aire u oxígeno se está usando el combustible? y ¿Cuál es la concentración de cualquier contaminante en los gases de desperdicio de la combustión? Las respuestas a estas preguntas se obtienen midiendo una o más de las composiciones de los gases de descarga, del combustible y/o de lis residuos de combustible no quemados, y calculando las cantidades desconocidas no medidas, a través de balance elementales o por componente. Como se indio en la sección 4.3.2. el análisis de los combustibles sólidos o líquidos a menudo se da en base elemental, en tanto que el de combustibles gaseosos se proporciona en términos de componentes. Las composiciones de los gases de desperdicio de la combustión se miden y reportan en base a componentes, ya que los productos de combustión contienen relativamente pocas sustancias. Un análisis típico de gases de descarga incluirá los porcentajes molares de dióxido de carbono, monoxido de carbono y oxígeno, posiblemente hidrógeno y metano, a menudo dióxido de azufre y ácido sulfhídrico, y finalmente nitrógeno.
El procedimiento experimental estándar para análisis de gases de combustión, conocido como
el análisis de Orsat, consiste
en poner sucesivamente en contacto el gas con soluciones que absorben preferentemente a alguno de sus componentes. Después de cada etapa de absorción, se mide el volumen de gas restante para determinar por diferencia de volumen del componente absorbido. Por ejemplo, primero se hace burbujear una muestra de gas a través de una solución de KOH al 20% para eliminar todo el dioxido de carbono. La reducción de volumen de la muestra de gas a presión constante puede entonces relacionarse con la fracción mol de dioxido de carbono en la muestra original. La muestra de gas restante se hace entonces burbujear a través de una solución de ácido pirogálico para eliminar el oxígeno y después por una solución de cloruro cuproso para eliminar el CO.
Pueden utilizarse otras soluciones, si se cree que hay presentes cantidades apreciables de metano, hidrógeno o dioxido de azufre
Finalmente, se considera que el gas residual es nitrógeno. Como cada una de las soluciones usadas contenía agua, la muestra contendrá siempre vapor de agua, por lo que no puede medirse el contenido original de la muestra. Por esta razón, los análisis de gases de combustión se reportan siempre en base libre de agua(base seca). Recientemente han comenzado a utilizarse analizadores electrónicos automáticos de gases. Sin embargo, los análisis de gases de combustión se reportan todavía convencionalmente en base seca.
Cuando se dispone de información adecuada sobre el combustible y la composición de los gases de combustión, lo que interesa conocer en seguid es la cantidad relativa de agente oxidante que se introdujo para reaccionar con el combustible. Si se introduce poco oxidante, el combustible se quemará de forma ineficiente, produciendo demasiado CO. Más aún, podría descargarse sin haber reaccionado una cantidad considerable de combustible. Por otra parte, si se usan cantidades excesivas de oxidante, la combustión podría ocurrir violentamente, y una fracción grande del calor generado por combustión podrá ocurrir escapar con los gases de descarga. Como ocurre con cualquier reacción, existe una relación estequiométrica calculable de oxidante a combustible, que corresponde a tener presente exactamente la cantidad de oxidante necesaria para la combustión completa del material. Como en la generalidad de las aplicaciones de combustión el agente oxidante es oxígeno gaseoso, a esta cantidad estequiométrica en moles se llama oxígeno teórico. Se calcula suponiendo que todos los materiales combustibles se oxidarán hasta sus óxidos mas estables.
Por lo tanto todo el carbono se oxidará hasta dióxido de carbono, todo el H hasta agua y todo el S hasta dióxido de azufre. Para propósitos de la definición, se supone que en N no se oxida, y cualquier O presente en el combustible se resta de la cantidad total de oxígeno necesaria para oxidar a los otros componentes del combustible.
Como la fuente principal del oxígeno para la combustión es el aire, se divide al oxígeno entre el contenido de oxígeno del aire para obtener el
aire teórico.
Para propósitos de esta definición y para la mayoría de los cálculos de combustión, generalmente se supones que el aire contiene 21%mol de oxígeno y 79% de nitrógeno. El porcentaje en mol de nitrógeno incluye al dióxido de carbono, al argón y a los demás gases inertes presentes en pequeñas cantidades en el aire.
Al iniciar cálculos de combustión generalmente se desconoce el exceso de aire, este es más bien una variable que se calcula al completar los cálculos de balance. Un cálculo de combustión típico manejará un análisis de Orsat conocido de los gases de combustión si el combustible es sólido , un análisis promedio de los residuos de combustión y un análisis parcial del combustible. A partir de esta información puede calcular la composición completa del combustible, la cantidad real de air usada y el contenido de agua de los gases de combustión.
Generación del gas de síntesis
El gas de síntesis es una mezcla de gases en la que predominan el CO y el hidrógeno, que puede usarse como gas de combustión o como materia prima para la síntesis de compuestos orgánicos. La generación del gas de síntesis se efectúa generalmente haciendo reaccionar un material que contiene carbono con vapor de agua, a través de la llamada reacción de vapor-carbono.
Si la fuente de carbono es una material rico en hidrógeno, tal como el gas natural entonces se produce un gas de síntesis con mayor contenido de hidrógeno. De hecho, la información de metano con vapor de agua.
es un método bastante común de generación de hidrógeno de proceso. Si se utiliza un gas cuyo contenido de hidrógeno es bajo, como el caso del carbón, entonces se obtiene un gas rico en CO, que también puede usarse como combustible o como materia prima para la síntesis catalítica de alcoholes e hidrocarburos mayores. El uso de la reacción vapor-carbón para producir gases combustibles comenzó a finales del siglo XIX y era muy común hasta la década de 1920. De igual manera, la síntesis Fischer-Tropsch de alcoholes a partir de gas de síntesis era práctica común en Europa, especialmente en Alemania, hasta el fin de la Segunda Guerra Mundial. En tiempos más recientes ha habid un resurgimiento del interés en estas dos formas de utilizar los productos de la reacción vapor-carbono, particularmente en la producción de gas combustible para uso en estaciones termoeléctricas.
Una característica fundamental de la reacción de vapor-carbono es la cantidad considerable de calor que se necesita para efectuarla. Este calor puede suministrarse externamente, haciendo reaccionar vapor de agua y carbón dentro de tubos de calentados en un horno(como se hace en la reformación de metano con vapor), o bien directamente inyectando el oxígeno al reactor junto con el vapor, quemando simultáneamente una parte del carbono alimentado. En la figuro 4.18 se presenta un ejemplo de calentamiento externo. El caso de calentamiento directo fue presentado en el ejemplo 4.7 del presente capítulo. El suministro externo de calor tiene la ventaja de mantener separado el gas de síntesis de los gases de combustión del horno. Por lo tanto, puede usarse aire como oxidante del gas combustible, sin temor de que las grandes cantidades de nitrógeno en el aire diluyan al gas de síntesis obtenidos. La ventaja del calentamiento directo está en la simplicidad del reactor, ya que se diseña sin tomar en cuenta el mantener separado el gas de síntesis de los gases de combustión. Sin embargo, el calentamiento directo requiere del uso de oxígeno puro, si se desea evitar la dilución con nitrógeno. La extracción de oxígeno del aire para este propósito es un proceso bastante conocido, pero representa un gato indeseable adicional
Interconversión y mejoramiento químico
El mejoramiento químico de los combustibles fósiles se efectúa debido a tres razones fundamentales: primero, para la producir un combustible que sea más conveniente de transportar, distribuir y utilizar; segundo, para eliminar los componentes indeseables del material fósil original; y tercero, para formar y recuperar materia primas útiles. El proceso de mejoramiento de combustibles fósiles más antiguo que se utiliza es la pirólisis o descomposición térmica de materiales carbonáceos, en ausencia de aire. La pirólisis se aplicó originalmente al carbón para producir gases combustible ricos en metano, breas y coque, y se usa comúnmente en el procesamiento del petróleo crudo. Varios procesos ocurren en la pirólisis: las moléculas mayores se rompen en moléculas mas pequeñas, las moléculas reactivas pequeñas se recombinan o polimerizan,y los polímeros grandes finalmente forman breas y coque. En el proceso neto se cambia la distribución de pesos moleculares de los materiales alimentados para producir materiales más ligeros, ricos en hidrógeno, y materiales más pesados, ricos en carbono. Dependiendo de las condiciones de la temperatura y presión, así como de la naturaleza de los catalizadores usados, puede alterarse la distribución entre moléculas ligeras estables, moléculas polimerizadas y breas y coque, según se necesite. En la industria petrolera se han desarrollado diversas operaciones especializadas de descomposición térmica, con el propósito primordial de aumentar el rendimiento de hidrocarburos en el rango de la gasolina, a partir de petróleo crudo. Algunas de las operaciones más comunes de pirólisis listadas en orden creciente de severidad de las condiciones de operaciones más comunes de pirólisis, son: "cracking" térmico, reformación térmica(llamada más comúnmente en la actualidad reformación catalítica), reducción de viscosidad y coquizado
Una segunda categoría de procesos de mejoramiento de materiales fósiles está relacionada con el tratamiento con hidrógeno o hidrogenación. El carbón presenta típicamente relaciones carbono-hidrógeno alrededor de 1 a 0.9; los hidrocarburos líquidos de 1 a 1.6; y los gases ligeros(como el metano), hasta de 1 a 4. Por lo tanto, el proceso de conversión de carbón a petróleo o gas puede verse como el de agregar hidrógeno al carbono ya presente. Esto es lo que se hace en muchos procesos de conversión a carbón. Por ejemplo, en diversos procesos modernos la licuefacción de carbón, se efectúa una reacción de carbón con hidrógeno, ya sea directamente o a través de un solvente intermedio. De igual manera, los procesos más avanzados de gasificación de carbón tratan directamente al carbón con una gas rico en hidrógeno, buscando favorecer la producción de metano sobre la de gas de síntesis.

Un objetivo adicional de la hidrógenación es la eliminación de los constituyentes indeseables, tales como nitrógeno, oxígeno, azufre y cloro, que están presentes en forma de compuestos orgánicos o inorgánicos en los materiales fósiles. La eliminación de estos elementos es necesaria ya que formarán contaminantes atmosféricos cuando finalmente se queme el combustible, o actuarán como contaminantes químicos y venenos de los catalizadores, si se somete al material fósil a procesamiento ulterior. La reacción con hidrógeno resulta generalmente en la conversión de estos elementos a amoniaco, agua, ácido sulfhídrico y HCl, que son gases que pueden separarse y eliminarse fácilmente. Debido a que la fuente convencional de hidrógeno de proceso es la reacción de vapor-carbono, la hidrogenación de materiales fósiles siempre acarreará un consumo sustancial de algo del mismo material fósil. Es por esto que la hidrogenación impone inherentemente una ineficiencia de conversión. Las diferencias entre los diversos procesos propuestos estriba principalmente en las formas en que intentan reducir este desperdicio inherente de materiales fósiles en los procesos de conversión.

CONVERSIÓN DE BALANCES ELEMENTALES A BALANCES POR COMPONENTE
LA RELACIÓN ENTR LA MATRIZ ATÓMICA Y LA ESTEQUIOMETRÍA DE REACCIÓN
En la sección 4.2 se consideró que la situación en la cual se conocían tanto las fórmulas moleculares de los componentes como la estequiometría de la reacción. Observamos que, aunque siempre era posible construir tanto los balances elementales como los balances por componente, en general era preferible utilizar a los balances por componente. Para identificar los casos en que esto ocurría, formulamos(pero verificamos sólo parcialmente) un criterio en el que se manejaban las propiedades de los arreglos estequiometricos y atómicos. Este criterio se interpretó como una revisión, para verificar si el número de reacciones cuya ocurrencia se postulaba era el mismo que el número máximo de reacciones que podrían ocurrir entre las sustancias dadas.
En esta sección consideraremos el caso en el cual se desconoce, o se conoce parcialmente, la estequiometría de la reacción, y demostraremos la manera en que todavía puede construirse los balances por componentes. Comenzaremos desarrollando una relación general entre la matriz atómica para un conjunto determinado de sustancias y cualquier posible reacción en la que intervengan dichas sustancias. A partir de dicha relación será posible establecer las bases algebraicas del concepto de número máximo de reacciones independientes, para completar después la verificación del criterio proporcionado en la sección 4.2.2. Después investigaremos un procedimiento sencillo para calcular un sistema de ecuaciones máximo, directamente de la matriz atómica, y terminaremos mostrando a manera en que pueden utilizarse estas construcciones en la resolución de problemas en el que se conozca parcialmente la estequiometría de reacción.
APLICACIÓN A SISTEMAS CON ESTEQUIOMETRÍA INCOMPLETA
El procedimiento para la construcción de un sistema máximo de reacciones independientes desarrollado en la sección anterior puede usarse siempre que en una situación se conozcan las fórmulas moleculares de todas las sustancias pero no se especifique estquiometría de la reacción. Esa construcción nos da la opción de usar balances por componente cuando otro modo nos veríamos obligados a usar balances por componentes, cuando de otro modo nos veríamos obligados a usar balances elementales. En la mayor parte de dichos casos la elección entre los dos tipo de balances depende realmente de la conveniencia de la resolución. Sin embargo, hay situaciones que es preferible utilizar un sistema de reacciones construido en lugar de los balances elementales. Por ejemplo supongamos , que se desea calcular los balances globales sobre un proceso que contiene varios reactores y se desconoce la estequiomeetría de uno o más de los mismos. En ese caso, o usamos balances globales elementales,sin considerar a las reacciones que sí se conozcan, o bien usamos el procedimiento ya descrito para determinar un sistema de reaccione para los reactores con estequiometría desconocida, con lo que ya podríamos desarrollar balances globales, por componente con el conjunto completo de reacciones. Como se ilustra en el ejemplo siguiente, los balances globales usando sistemas máximo de reacciones independientes, construidos para casa uno de los reactores con estequiometría desconocida, podrá proporcionar un mayor número de ecuaciones de balances independientes, lo cque significa menos grados de libertad que los balances globales elementales.
Integrantes:
Burgos Dionicio, Ingrid
Fabiàn Miranda ,Damaris
Silva Mendoza Victor
Full transcript