Balances de materia con reacción química en estado estacionario

Fundamentos de Ingeniería de los alimentos
Grado en Ciencia y Tecnología de los Alimentos
Balances de materia con reacción
química en estado estacionario
Problemas propuestos
1) Se queman 1000 mol/h de etano, C6H6, empleando aire con un 50% en exceso sobre el
teórico necesario. Si la conversión es del 100%, calcular la composición de los gases de
salida.
Solución: Oxígeno 6,6%; nitrógeno 74,53%; dióxido de carbono 7,55% y agua 11,32% (Estos
porcentajes son en volumen o en moles. En masa los porcentajes son diferentes, ya que cada
gas tiene su propio peso molecular)
Nota: Este problema se puede abordar haciendo un balance con moles o bien haciendo un
balance en masa, tan solo pasando los 1000 moles/h de etano a kg/h de etano, empleando el
peso molecular del etano como factor de conversión. Sería conveniente practicar con las dos
formas.
2) Se quema gas de síntesis (mezcla de monóxido de carbono, CO, e hidrógeno, H2)
empleando aire con un 35% de exceso sobre el teórico necesario. Los gases de salida
tienen la siguiente composición:
Componente
CO
H2
CO2
H2O
O2
N2
Total
% en moles
0
0
16.15
10.77
4.71
68.37
100.00
Con esta información determinar el caudal molar de aire, A, la composición del gas de síntesis
empleado (x e y), y caudal de ese gas de síntesis si se parte de una base de cálculo de 100
moles/h de gases de combustión.
Solución: Aire, A=86.54 mol/h; monóxido de carbono en el gas de síntesis, x=0.40 (40% en
moles); hidrógeno en el gas de síntesis, y=0.60 (60% en moles); y caudal del gas de síntesis,
F=26.91 mol/h
3) El acetaldehído (etanal) se puede transformar en ácido acético mediante oxidación con
aire. Determinar los caudales A, G, P, C y R en moles, así como la composición de G, si la
corriente F es igual a 100 moles y el aire se encuentra en un 50% en exceso sobre el
teórico (suponiendo como teórico la reacción al 100%). La conversión real es del 90%.
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Soluciones: R=11,11 mol; A=370.3 mol; P=100 mol; G=320.37 mol; C=431.48 mol; 8,7% de
oxígeno y 91,3% de nitrógeno.
Nota: Este problema se puede realizar con cualquiera de los métodos, pero usando moles
es más conveniente.
4) Los ácidos grasos se pueden obtener a partir de los triglicéridos mediante hidrólisis en
autoclave. Si tratamos 10.000 kg/h de estearina (triestearato de glicerilo) con el doble de
agua respecto de la teórica en un autoclave, se obtiene ácido esteárico y glicerina. Calcular
el caudal de agua en kg/h que se necesitan, el caudal de ácido esteárico producido y la
glicerina liberada.
Soluciones: 1213 kg/h de agua; 9573 kg/h de ácido esteárico y 1640 kg/h de glicerina.
Nota: El problema está planteado para hacerlo en masa, pero se puede resolver igualmente
bien pasando los datos a moles y trabajar con moles e incluso con átomos, ya que también se
puede resolver de esta forma (Hay tres incógnitas y tres átomos)
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