Para la misma reacción de combustión anterior, al tanque de reacción entran 15 kg de c3h8 y 60 kg de aire (composición del aire: 79% n2 , 21%o2). determine composición de la corriente de salida del reactor en porcentaje másico.
Respuestas
La composición de la corriente de salida del tanque de reacción en porcentaje másico es:
CO₂= 15.32%
H₂O= 8.43%
C₃H₈= 14.77%
N₂= 61.48%
Explicación:
La reacción que tiene lugar es:
C₃H₈ + 5O₂ ⇒ 3CO₂ + 4H₂O
Moles de los reactivos:
C₃H₈:
Considerando la masa molar:
M(C₃H₈)= 44.1 kg/kmol
Moles C₃H₈= 15 kg * (1 kmol/ 44.1 kg)= 0.34 kmol
Aire:
Las fracciones molares de oxígeno y nitrógeno en el aire son:
Xnitrógeno= 0.79
Xoxígeno= 0.21
Considerando la masa molar:
M(N₂)= 28 kg/kmol
M(O₂)= 32 kg/kmol
La masa molar del aire es:
M(aire)= 28*0.79 + 32*0.21= 28.84 kg/kmol
Moles de aire= 60 kg * (1 kmol/ 28.84 kg)= 2.08 kmol
Moles de oxígeno= 2.08 * 0.21= 0.44 kmol O₂
Moles de nitrógeno= 2.08 * 0.79= 1.64 kmol N₂
Para determinar la cantidad de producto que se forma se debe saber cual es el reactivo límite, el cual se obtiene dividiendo la cantidad de moles entre el coeficiente estequiométrico:
Para C₃H₈: 0.34/1= 0.34
Para O₂: 0.44/5= 0.09
El reactivo límite corresponde al menor valor, en este caso el oxígeno.
Cantidad de producto formado:
CO₂:
Moles de CO₂= 0.44 kmol O₂ * (3 kmol CO₂ / 5 kmol O₂)= 0.26 kmol CO₂
Considerando la masa molar:
M(CO₂)= 44.01 kg/kmol
Masa de CO₂= 0.26 kmol * 44.01 kg/kmol= 11.44 kg CO₂
H₂O:
Moles de H₂O= 0.44 kmol O₂ * (4 kmol H₂O / 5 kmol O₂)= 0.35 kmol H₂O
Considerando la masa molar:
M(H₂O)= 18 kg/kmol
Masa de H₂O= 0.35 kmol * 18 kg/kmol= 6.3 kg H₂O
El oxígeno, al ser el reactivo límite, se consume completamente en la reacción.
La cantidad que queda sin reaccionar de C₃H₈ es igual a:
moles iniciales - moles que reaccionan
Moles que reaccionan:
Moles de C₃H₈: 0.44 kmol O₂ * (1 kmol C₃H₈ / 5 kmol O₂)= 0.09 kmol C₃H₈
Cantidad que queda sin reaccionar: 0.34 - 0.09= 0.25 kmol C₃H₈
Teniendo en cuenta la masa molar:
M(C₃H₈)= 44.1 kg/kmol
Moles C₃H₈= 0.25 kmol * 44.1 kg/kmol= 11.03 kg C₃H₈
El nitrógeno es un inerte, por lo tanto la cantidad que entra es igual a la que sale:
Masa de N₂= 1.64 kmol * 28 kg/kmol= 45.92 kg N₂
Composición másica de la corriente de salida:
Masa total: masa CO₂ + masa H₂O + masa C₃H₈ + masa N₂
Masa total: 11.44+6.3+11.03+45.92= 74.69 kg
% CO₂ = (masa CO₂ / masa total)*100= (11.44/74.69)*100= 15.32 %
% H₂O = (6.3/74.69)*100= 8.43 %
% C₃H₈ = (11.03/74.69)*100= 14.77 %
% N₂ = (45.92/74.69)*100= 61.48 %