Ejercicio 4.43 (Felder, Rousseau) En el proceso Deacon para fabricar cloro se hace reaccionar HCl y O2 para formar Cl2 y H2O. Se alimenta suficiente aire (21% de O2, 79% de N2) para dar 35% de oxígeno en exceso y la fracción de conversión del HCl es 85% (Felder & Rousseau, 2004, p. 172) a) Estime las fracciones molares de los componentes de la corriente de producto usando balance de masas. b) Determine de nuevo las fracciones molares de los componentes de la corriente de producto, pero esta vez emplee el grado de avance de reacción en los cálculos. c) Una alternativa para el uso de aire como fuente de oxigeno seria alimentar oxígeno puro al reactor. La corrida con oxígeno impondría un costo adicional significativo al proceso en comparación con la corrida usando aire, pero también ofrece un ´potencial de ahorro considerable. Especule sobre los posibles ahorros y costos. ¿Qué factor determinaría la mejor manera de realizar el proceso? Solución a) Estime las fracciones molares de los componentes de la corriente de producto usando balance de masas. 4 HCl+O2 →2 Cl 2+2 H 2 O Base de cálculo:100 moles de HCl 100 mol HCl F P PROCESO DEACON x mol de Aire 21% de O2 79% de N2 HCl O2 N2 Cl2 H2O Moles de alimentación en la corriente F O2 1mol O2 necesarios x 100 moles HCl=25 moles O2 necesarios 4 moles HCl reaccionaran Exceso de O2 de 35% 25 x 1.35=33.75moles O 2 alimentados Aire 1 mol Aire x 33.75 moles O2=160.7 moles de Aire alimentados 0.21mol O2 Composición molar en la corriente P HCl C HCl =85 % C HCl = moles de HCl cunsumidos moles de HCl alimentados 0.85= moles de HCl cunsumidos 100 moles de HCl moles de HCl consumidos=0.85 (100 )=85 moles moles de HCl en P=100−85=15 moles de HCl enla corriente P O2 1 mol O2 x 85 moles HCl=21.25 moles de O2 consumidos 4 moles HCl moles de O2 en P=33.75−21.25=12.5 moles de O2 en lacorriente P Cl2 2 moles Cl2 x 85 moles HCl=42.5 moles Cl 2 producidos en la corriente P 4 moles HCl H2O 2 moles H 2 O x 85 moles HCl=42.5 moles H 2 O producidos en lacorriente P 4 moles HCl N2 0.79mol N 2 x 160.7 moles de Aire=126.95 moles N 2 en la corriente P 1 mol Aire Fracciones molares Moles totales=239.45 moles en P O 2= 12.5 =0.05 239.45 N 2= 126.95 =0.53 239.45 HCl= Cl2 = 15 =0.06 239.45 42.5 =0.18 239.45 H 2 O= 42.5 =0.18 239.45 b) Determine de nuevo las fracciones molares de los componentes de la corriente de producto, pero esta vez emplee el grado de avance de reacción en los cálculos. Con la C HCl se determinó que salen 15 moles en la corriente P n HCl=nHCl (o) −4 ε → 15=100−4 ε → ε= 100−15 =21.25 4 nO =nO (0 )−ε → nO =33.75−21.25=12.5moles 2 2 2 nCl =2 ε →nCl =2 ( 21.25 )=42.5 moles 2 2 n H O =2 ε →n H O=2 ( 21.25 ) =42.5 moles 2 2 n N =( 0.79 )( 160.7 )=126.95 moles 2 Fracciones molares Moles totales=239.45 moles en P O 2= 12.5 =0.05 239.45 N 2= 126.95 =0.53 239.45 HCl= Cl2 = 15 =0.06 239.45 42.5 =0.18 239.45 H 2 O= 42.5 =0.18 239.45 c) Una alternativa para el uso de aire como fuente de oxigeno seria alimentar oxígeno puro al reactor. La corrida con oxígeno impondría un costo adicional significativo al proceso en comparación con la corrida usando aire, pero también ofrece un potencial de ahorro considerable. Especule sobre los posibles ahorros y costos. ¿Qué factor determinaría la mejor manera de realizar el proceso? Viendo desde un punto de vista, al utilizar oxígeno puro se generarían menos productos indeseados que al utilizar aire, ya que este último no solo contiene oxígeno, sino que también contiene otras sustancias que pueden intervenir en la reacción, entonces en este caso nos conviene usar oxígeno para que realice de mejor manera el proceso. Viendo desde otro punto de vista respecto a los costos, nos convendría analizar dos opciones: Si al utilizar aire en vez de O2 puro se generan más costos al momento de separar los productos indeseados, resultaría mejor utilizar O2 puro. Si al utilizar aire en vez de O2 puro se generan menos costos al momento de separar los productos indeseados, resultaría mejor utilizar O2 puro. Bibliografía Felder, Rousseau. (2004). Principios Elementales de los Procesos Químicos (3ra Ed.). México: Editorial Limusa, S.A. de C.V.
