• Author / Uploaded
• FabioRangel

Citation preview

Problema N0 P4.10.7 Un horno utilizado para fundir bronce usa carbón pulverizado como combustible. Su composición es la siguiente: C 68.8%, H2 6.4%, O2 8.4%, H2O 3.2%, cenizas 13.2%. Las cenizas del horno contienen un 15% del peso total de carbón alimentado. Para obtener una mejor operación en el horno se emplea un 60% de aire en exceso. Suponiendo que el aire se alimenta como aire seco, calcule: A) EL diagrama de flujo y los grados de libertad B) El volumen de aire teóricamente necesario por tonelada de carbón C) El volumen de aire alimentado por tonelada de carbón D) La composición de los gases de combustión en base seca y húmeda Solución A)  Diagrama de flujo

Gases de Carbón alimentado (F)

combustión

= 68.8%

= 6.4%

F

F

=8.4%

=3.2% =13.2%

Aire(A) = 21 % mol  Reacciones : = 79% mol

HORNO PP

P

C  O2  CO2

…………….........r1 2 H 2  O2  2 H 2O

...………………..r2

 Relaciones:  Exceso de aire = 60%  M cenizas horno = 0.15(MF)

 Análisis de los grados de libertad NVI 12

NEB -4

NFE 0

NCE -5

NR -2

GL 1

Los grados de libertad son uno (1), significa que el problema está subespecificado, es necesario especificar un dato para que el sistema quede especificado correctamente.

En el problema nos especifican las composiciones en peso del Carbón alimentado (F), asumiremos 1000Kg como base de cálculo para conocer las composiciones molares de los reactantes, al asumir este flujo el sistema queda completamente especificado (GL=0). Sean 1000 Kg de C.A

C

= 688 Kg

N CF

= 57,33Kmol

X CF

= 0,611

H2

= 64Kg

N HF2

= 32Kmol

X HF2

= 0,341

O2

= 84 Kg

NOF2

=2,625 Kmol

X OF2

=0,028

H 2O

= 32 Kg

Cenizas = 132 Kg

NHF2 0

= 1,777 Kmol

N F = 93,732 Kmol

X HF2O

= 0, 0188

 Ecuación de reacción global 57, 33(C) + 32(H2) + 2,625 (O2) + 1, 77(H2O) + 0,21A (O2) + 0,79A (N2) X (CO2) + Y (H2O) +Z (N2) +W (O2)  Balance de especies atómicas Balance del carbono(C) X=moles de CO2 en los productos = 57,33 Kmol Balance del Hidrógeno (H) 64 +3,54 =2Y Y=moles de agua en los productos = 33,77 Kmol. Balance del Oxígeno (O) 2(2,625) +1,77+2(0,21A) = 2X + 33,77 + 2(W) 0,42 A =141,41 +2W Balance del Nitrógeno (N) 0,79 A = Z Se tienen 3 incógnitas y 2 ecuaciones, aparentemente sería indeterminado. La siguiente ecuación se obtiene a partir del % del exceso de aire:

% Exceso de aire =



NOA2

NOA2  NOT2 NOT2

x 100....... .......(*)

= 0,21 A

NT  Los O2 , se determinan en función de las ecuaciones de combustión completa C  O2  CO2 2 H 2  O2  2 H 2O

NOT2

=73,33 Kmol

Reemplazando en (*) 60 = A = 558,619 Kmol de Aire Operando las demás ecuaciones: Z = moles de N2 = 441,309 Kmol . W = moles de O2 = 46, 604 Kmol.

B) Volumen de aire teórico. O2 que rxna = 73,33 Kmol = 0,21 (Aire teórico) Aire Teórico = 349, 19 Kmol

atm  l )(298,15k ) mol  k 1atm

(349,19 Kmol )(0, 082 Volumen aire t.=

Volumen aire t/ tonelada de carbón = 8537,10

/tonelada

C)

Vol. 

atm  l )(298,15k ) mol  k 1atm

(558, 619 Kmol )(0, 082

Volumen aire aliment./ tonelada de carbón = 13657,28

/tonelada

D)

Base Seca P X CO 2

Base Húmeda

= 0,1051

10,51%

P X CO 2

X OP2

= 0,0854

8,54%

X HP2O

X NP2

= 0,8095

80,95%

X OP2

= 0,0804

8,04%

X NP2

= 0,7623

76,23%

= 0,099

9,9%

= 0,0583

58,3%