Química - Cinética Química

Contenido

Ejercicios de Cinética Química: Cinética Química. Resolución de problemas de química técnica.

RESOLUCION DE PROBLEMAS DE QUIMICA TECNICA

1. Revisar el enunciado.

2. Realizar un diagrama que nos ayude a visualizar las operaciones en bloques.

3. Completar datos implícitos.

4. Fijarnos en las reacciones químicas y ajustarlas.

5. Seleccionar una base de cálculo.

6. Analizar las ecuaciones.

7. Repasar las operaciones y cuidar las unidades.

8. Observar que el resultado es congruente.

1°	CO	28%
2°	CO2	3.5%
3°	O2	0.5%
4°	N2	68%
		100%

Aire: O₂ 20% en exceso

Rendimiento: 98%

Gas de coque 100 gramos

El oxígeno reacciona con el monóxido de carbono ya que el dióxido no puede oxidarse más, el O₂no reacciona consigo mismo, ni con el nitrógeno:

CO + ½ O₂ ® CO₂

Base de cálculo: 100 moles de gas de coque.

	n° moles	PM	n° gramos
CO	28	28	784
CO2	3.5	44	154
O2	0.5	32	16
N2	68	28	1917
Total	100		2871

Balance del O₂: moles necesarios para la combustión de todo el CO = 14 moles (tenemos ya 0.5 moles). Necesitamos 13.5 moles de O₂. El aire tiene un 20% en exceso y la reacción es al 98%. n° de moles de O₂ suministrado por el aire = 13.5*1.20 = 16.2 moles.

n° de moles consumidos en la combustión: 0.98*28*0.5 = 13.7 moles.

Balance del C:

C en gas de coque 28 + 3.5 = 31.5 at-gr.

C en CO en productos 28*0.02 = 0.56 at-gr.

C en CO₂ en productos 31.5-0.56 = 30.94 at-gr.

Balance del N₂:

N₂ en gas coque 68.0 moles

N₂ en el aire 16.2*(79/21) + 68.0 = 128.9 moles

Moles que salen:

CO	0.56 moles	15.7 gramos	0.34%
CO2	30.94 moles	1359 gramos	18.92%
O2	16.2 + 0.5-13.7 = 3	96 gramos	1.84%
N2	128.9 moles	3637 gramos	78.9%
Total		5107.7 gramos	100%

2871 gramos Coque — 5107.7 gramos gas combustión

100 gramos Coque — x

 

X = 178 gramos de gas de combustión

5°

Falta detectar un componente: H₂O (84.526%)

Se producen dos reacciones:

CaO + H₂O ® Ca(OH)₂

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ ® 2NaOH + CaCO₃

Si aparece Na₂CO₃ es porque no es completa la reacción al igual que el Ca(OH)₂.

	%	moles	PM	at.gr.Ca	at.gr.Na	at.gr.C
CaCO3	13.48	0.1347	100.1	0.1347		0.1347
Ca(OH)2	0.28	0.00377	74.1	0.00377
Na2CO3	0.61	0.00575	106.0		0.0115	0.00575
NaOH	10.36	0.2590	40.0		0.2590
H2O	75.27		18.0
total	100.00			0.1385	0.2705	0.1405

Base de cálculo: 100 gramos de salida.

Cogemos 1 gramo de disolución acuosa:

	gramos	PM	moles	at.gr.Na	at.gr.C
NaOH	0.00594	40	1.49*10-4	1.49*10-4
Na2CO3	0.1488	106	1.40*10-³	2.80*10-³	1.40*10-³

El elemento que sirve de unión entre la disolución y lo que obtenemos es el sodio, porque nos da más información ya que entra sólo por la vía de al disolución acuosa.

Balance del Na:

masa caústica: 0.2705 at-gr.

En 1 g de la disolución acuosa: 0.002957 at-gr.

Masa de la disolución acuosa:

1 gr x

— 0.002957 — 0.2705

X = 91.50 g de dis. ac. B

La masa de cal que hemos metido: 100-91.50 = 8.50 g A

Vamos a estudiar el grado de impureza de la cal:

Balance del carbono:

En la masa caústica: 0.1405 at-gr.

En la disolución acuosa: 0.001404*91.50 g = 0.1285 at-gr.

En la cal: 0.1405-0.1285 = 0.0120 at-gr.

gramos de CaCO₃ en la cal: 100.1*0.0120 = 1.20 gramos

Composición de la cal:

Masa de CaO + Ca(OH)₂ = 8.50-1.20 = 7.30 gramos

Ca en el CaCO₃ = C en el CaCO₃ = 0.0120 at-gr.

Ca en la masa caústica = 0.1385 at-gr

Ca en forma de cal _{viva + apagada}: 0.1385-0.0120 = 0.1265 at-gr.

Suponiendo que toda la cal es viva: 0.1265*56.1 = 71.0 gramos

Esto no es verdad porque nos salen 7.3 gramos. Esto quiere decir que parte está en forma de cal apagada.

1 mol CaO 1 mol H2O 74.01 g Ca(OH)2 Z

— 74.01 gramos — 18 gramos — 18 g H2O — 0.2 g H2O

Ca(OH)₂ en la cal = 0.20*(74.1/18) = 0.82 gramos

7.30-0.82 = 6.48 g CaO

CaCO₃ = 14.1%; Ca(OH)₂ = 9.6%; CaO = 76.3%;

CaO activo total = 0.1265 moles de Ca(OH)₂

Na₂CO₃ en disolución 0.001404 moles de Na₂CO₃ (1gr)* 91.5 = 0.1285 moles de Na₂CO₃

El reactivo limitante es la cal apagada. Exceso de Na₂CO₃ = 0.1285-0.1265 = 0.0020 moles.

% en exceso = (0.0020/0.1265)*100 = 1.6% de Na₂CO₃

El grado de conversión se hace sobre el reactivo limitante: la cal.

1° tabla: Ca(OH)₂ 0.00377 moles de cal apagada sin reaccionar. n° moles de CaO = 0.1265

(100-(0.00377/0.1265)*100) = 97%

6°

El reactivo limitante no existe en los productos.

	%	Kg.	PM	Kmol	Na(Kat)	S(Kat)	Cl(Kat)
Na2SO4	91.48	0.9148	142.1	0.00644	0.01288	0.00644
NaHSO4	4.79	0.0479	120.1	0.000398	0.000398	0.000398
NaCl	1.98	0.0198	58.5	0.000338	0.000338		0.000338
H2O	1.35	0.0135	18
HCl	0.40	0.0040	36.5	0.000110			0.000110
	100	1			0.01362	0.00684	0.000448

Base de cálculo: 1000 Kg. de NaCl

Torta de sal: 1 Kg.

Dis. H₂SO₄: 1 Kg.

0.01288/0.01362 *100 = 94.5% Todo el sodio del Na₂SO₄ partido del total.

moles de NaCl = 1000/58.5 = 17.08 Kmol de NaCl = 17.08 Kat Na.

1 Kg "torta" x

— 0.01362 Kat Na — 17.08 Kat Na

x = 1253 Kg

En el caso del ácido el nexo es el azufre:

0.75/98 = 0.00764 Kmol de H₂SO₄ puro

Kat de S: 0.00684*1253 = 8.58 Kat en la torta

pero de la disolución ácida: 8.58/0.00764 = 1123 Kg.

1 Kg. Acido y

— 0.00764 Kat de S — 8.58 Kat de S

El agua se incorpora en una disolución al 75% de H₂O.

Balance del H₂O:

1123 Kg. disolución*0.25 100-0.75%

=

vapor + torta de sal 0.0135*1253 = 17Kg.

7°

CH₂ = CH₂ + ½ O₂ ® ­ CH₂OCH₂

CH₂ = CH₂ + 3O₂ ® 2CO₂ + H₂O

CH₂ = CH₂ + O₂ ®

Base de cálculo: 100 Kmol de gas residual.

Balance del N_2: 0.79Z = 81.0 ® Z = 102.5 Kmol

Balance del O_2: 0.21Z = ½ X + ½ W + 3.0 + 9.6

Balance del C: 2Y = 2X + 9.6 + 2*6.4

Balance del H_2: 2Y = 2X + W + (2*6.4)

X = 8.25 Kmol CH₂OCH₂

Y = 19.45 Kmol CH₂ = CH₂

W = 9.6 Kmol H₂O

(X/Y)100 = 42.4% CH₂ = CH₂ reacciona

(6.4/19.5)100 = 32.9% CH₂ = CH₂ no reacciona.