El gas se utiliza como materia prima contiene 97% en peso de metano y 3% en peso de nitrógeno, el gas se quema en un horno en presencia de aire (cuya composición es 79% en peso de N2 y 21% en peso O2). En estas reacciones químicas, 90% de metano se transforma en CO2, el 5% en CO y el resto permanece sin quemarse. Para 200 toneladas de gas, determine:
A)¿Cuánto dióxido de carbono se transforma?
B)¿Cuánto monóxido de carbono genera?
C)¿Cuánto aire se requiere para las dos reacciones?
D)¿Cuántos kilogramos de metano no se queman?
E)¿Qué proceso unitario representan estas reacciones?
F)Clasifique la primera reacción química
G)Realice los balances de masa parciales y el balance total
Respuestas
En base a las reacciones de combustión del metano, se pide realizar cálculos estequiométricos, con los siguientes resultados:
A. 174,6 Tons. metano se transforman en CO₂
B. 9,7 Tons. metano se transforman en CO
C. Se requieren 3464,3 Ton aire
D. Cantidad de metano que no se quema: 9,7 Ton.
E. Proceso unitario: Combustión.
F. Clasificación de reacción: reacción de combustión (oxidación)
G. Balance de masa: Entrada = Salida = 3664 Tons.
Reacción 1: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Reacción 2: CH₄ + 3/2 O₂ → CO + 2 H₂O
Datos:
Gas : 97% CH₄ - 3% N₂
Aire ( 79% N₂ - 21% O₂ )
90 % de CH₄ se transforma en CO₂ - 5% se transforma en CO y 5 % permanece sin quemarse.
Masa de Gas = 200 Tons.
A) Determinar cuánto dióxido de carbono se produce.
Gas metano que se transforma en CO₂ = 200 Tons gas × (97 Tons metano/ 100 Tons gas ) × (90 tons metano transformadas en CO₂ / 100 tons metano) = 174,6 Tons. metano transformadas en CO₂
De la ecuación química tenemos que:
A partir de 1 mol de metano se produce 1 mol de CO₂
A partir de 16 g metano se producen 44 g CO₂
A partir de 16 Ton metano se producen 44 Ton CO₂
16 Ton metano ............. 44 Ton CO₂
174,6 Ton metano........ X
X = (174,6 × 44 ) / 16 = 480,15 Ton CO₂
B) Cantidad de monóxido de carbono generado
Gas metano que se transforma en CO = 200 Tons gas × (97 Tons metano/ 100 Tons gas ) × (5 tons metano transformadas en CO / 100 tons metano) = 9,7 Tons. metano transformadas en CO
De la ecuación química tenemos que:
A partir de 1 mol de metano se produce 1 mol de CO
A partir de 16 g metano se producen 28 g CO
A partir de 16 Ton metano se producen 28 Ton CO
16 Ton metano ............. 28 Ton CO
9,7 Ton metano........ X
X = (9,7 × 28 ) / 16 = 16,98 Ton CO
C) Aire requerido para las dos reacciones
Calculamos el oxigeno que se requiere:
Reacción 1:
2 moles de oxigeno reaccionan con 1 mol de metano
64 g oxigeno reaccionan con 16 g metano
64 Ton oxigeno reaccionan con 16 Ton metano
16 Ton metano ............. 64 Ton Oxigeno
174,6 Ton metano........ X
X = (64 × 174,6 ) / 16 = 698,4 Ton oxigeno (reacción 1)
Reacción 2:
1,5 moles de oxigeno reaccionan con 1 mol de metano
48 g oxigeno reaccionan con 16 g metano
48 Ton oxigeno reaccionan con 16 Ton metano
16 Ton metano ............. 48 Ton Oxigeno
9,7 Ton metano........ X
X = (48 × 9,7 ) / 16 = 29,1 Ton oxigeno (reacción 2)
Se requiere, para las dos reacciones:
Cantidad de oxigeno requerida = 698,4 + 29,1 = 727,5 Ton oxigeno
Calculamos la cantidad de aire necesaria para las dos reacciones:
727,5 Ton oxigeno × (100 Ton aire / 21 Ton oxigeno ) = 3464,3 Ton aire
D) Kgs de metano que no se queman:
Gas metano que no se quema = 200 Tons gas × (97 Tons metano/ 100 Tons gas ) × 0,05 = 9,7 Ton.
E) El proceso unitario representado es: Combustión.
F) Clasificación de la reacción 1: Es una reacción de combustión (reacción de oxidación).
G) Balance de masa:
Se producen 2 moles agua / mol de metano, o sea 36 ton agua/ 16 ton metano.
Entonces:
(36 ton agua/ 16 ton metano) × 184,4 ton metano = 415 ton agua
Balance total :
Entrada = masa de gas + masa de aire = 200 + 3464,3 = 3664 Ton
Salida = masa de metano que no se quema + (nitrógeno del aire ) + (nitrógeno del gas de entrada) + CO₂ producido + CO producido + agua
Salida = 9,7 + (0,79 × 3464,3) + (200 × 0,03) + 480,15 + 16,98 + 415 = 3664 Ton
Entrada = Salida = 3664 Ton.