Otras carreras Balances de energia

[Furox]

Hola tengo el siguiente problema y es que no se como realizar este problema, a ver si podéis indicarme como hacerlo.

En una instalación productora de hidrógeno se obtienen 2 kg/h. La reacción que tiene lugar es:

CO(g) + H2O(g) à CO2(g) + H2(g)

Para conseguir una conversión de 90% de CO se opera con un exceso del 50% en vapor de agua. Calcular el calor necesario para llevar a cabo la operación teniendo en cuenta que los reactivos entran al reactor a 150 ºC y salen a 500 ºC.

Gracias

[Richard R Richard]

Re: Balances de energia

creo que tienes que dividir el problema en dos partes

la priimera es resolver el balance energético de la ecuación química citando a

Monóxido de carbono
Hidrógeno adicional puede obtenerse al agregar más agua por medio de la reacción del vapor de agua con el monóxido de carbono que requiere una menor temperatura (aproximadamente 130 °C

CO + H₂O → CO₂ + H₂ - 40.4 kJ/mol[FONT=sans-serif]Esencialmente, el átomo de oxígeno (O) es separado del vapor de agua adicional para oxidar el CO en CO₂. Esta oxidación también provee la energía para continuar con la reacción.[/FONT]

el signo negativo también te indica que es una reacción exotérmica .

El calor necesario que te piden es el un flujo de calor por unidad de tiempo, pues la masa producida de hidrógeno que también esta medida por unidad de tiempo.lleva el calor de reacción a unidad de masa de hidrógeno por unidad de tiempo

Lo que tienes que calcular es el calor necesario para calentar los reactivos de la temperatura inicial hasta la final por medio de sus calores específicos. ( a presión constante, pues no indican nada el respecto).Ten en cuenta que el exceso de vapor también debe calentarse. El calor exprésalo por unidad de masa de hidrógeno también.

Hecho eso la cantidad de calor a suministrar sera la necesaria para calentar los reactivos menos el calor que produce la reacción exotérmica.

Ese resultado sería para obtener el 100% de$H_2$ pero como solo se produce en esas condiciones el 90% de hidrógeno, debes dividir el resultado por ese rendimiento.

[Furox]

Re: Balances de energia

Lo siento pero lo único que he entendido es la parte del rendimiento . Los calores específicos me suenan a termodinámica y de eso ni idea.

[Richard R Richard]

Re: Balances de energia

Bueno no veo otra forma de resolverlo si no es por termódinamica...

2 kg/h de hidrógeno producidas puedes tomarlo como 1000 moles/hora por lo que se producirán

$Q_q=-40kJ/mol\cdot 1000 mol/h=-40000kJ/h$ esa es la primera parte

1000 mol de $CO$ son 28 kg
1000 mol de $H_2O$ son 18 kg
el 50% de exceso de vapor son otros 9 kg

El calor necesario para calentarlos es

$Q_c =\dst \sum_{k=1}^n m_k C_{ek} (T_f-T_i)$
$C_e(H_2O)$=1 cal/°Ckg=4.184kJ/kg K
$C_e(CO)$=1,04068 kJ/kg K

$Q=28 kg \cdot 1,04068 kJ/kg K\cdot ((500+273.15)K-(150+273.15)K)+$$(18kg+9kg)\cdot 4.184kJ/kg K\cdot ((500+273.15)K-(150+273.15)K)=49737,464 kJ$

esa cantidad de calor es la necesaria aportarle a los reactivos para calentarlos hasta esa temperatura cada hora.

la cantidad de calor horaria necesaria a aportar es entonces la suma de ambos calores ( hoy escribí que era una resta por pensar directamente ya en el signo negativo de la reacción exotérmica)

$Q_a=Q_c+Q_q=49737,464 kJ/h+(-40000kJ/h)=9737,434kJ/h$

como el rendimiento es del 90% entonces

$Q_t=\dfrac{Q_a}{\nu}=\dfrac{9737,434kJ/h}{0.9}=10819.404 kJ/h$

[Furox]

Re: Balances de energia

Si hay que hacerlo con termodinamica, se lo he comentado a mi profesor. Muchas gracias