de aire. Determinar la composicion de la mezcla resultante. Cuál es el porcentaje en exceso de aire, suponiendo conversion completa?

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María Rosario Reyes Rico
hace 7 años
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1 C A P Í T U L O 2 Dada la importancia que tienen los procesos de combustión en la generación de contaminantes, en este capítulo se han incluido algunos ejercicios relacionados con la combustión estequiométrica. 6

2 Problema 2.1 de etileno se queman como fuente de combustible con 400 Kg de aire. Determinar la composicion de la mezcla resultante. Cuál es el porcentaje en exceso de aire, suponiendo conversion completa? Figura Esquema para el ejercicio 2.1. Solución Aire: N=7%, =21% 7

3 Tabla Datos para el ejercicio 2.1. Masas Compuesto moleculares aire combustible F Kg Quemador C CO H O O N aire A Kg Figura Diagrama de bloques para el ejercicio 2.1. Nota: 1 mol de = 28g 1 Kmol de = 28Kg, por tanto 20Kg de 8

4 Tabla Algunos resultados y operaciones del problema 2.1. Corriente número Nombre de corriente (1) (2) () Combustible F Aire A Combinado C Componente Fracción Fracción Fracción X X? 0.71 X X 0.21? 2.1 X X 0.7? 10.6 X X X X X X X X Total

5 Tabla 2..- Resultados y operaciones del problema. Componente Entrada Generado Consumido Salida 0.71 X X X X 10.6 X 1.42 X 1.42 X 1.42 X 1.42 Total h el La tabla entrada-salida se prepara a partir de lo siguiente. No se genera y se consume todo. Hay 2.1 Kmol de en la alimentación y reaccionan con de acuerdo con: De los en la alimentación, se consumen dejando en la salida. El es inerte y pasa a los productos sin cambio alguno. Se generan, al igual que 1.. De la tabla, van a la corriente de salida. 40

6 Problema 2.2 El análisis de cierto coque exento de hidrógeno es como sigue: humedad, %; cenizas, %; carbono, %. El coque se somete a la combustión con lo cual se obtiene un gas de chimenea seco cuyo análisis es: CO 2, 1.6%; CO, 1.5%; O 2, % N 2, % Calcular: a. Porcentaje de exceso de aire utilizado. b. Pies cúbicos de aire a y que entran por libra de carbono quemada. c. Lo mismo que en (b) pero por libra de coque quemada. d. Pies cúbicos de gas de chimenea seco. e. Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo a las condiciones estándar por de coque. Solución Base: de gases de combustión Procedemos a hallar el peso total de carbono y de oxígeno (exceptuando el oxígeno que entra como parte del agua en la humedad) que ingreso a partir del análisis de los gases de combustión: 41

7 Hallamos ahora el aire teórico: humedad: Tenemos que calcular ahora la cantidad de que entra con la % % Pero la humedad solamente representa el % del peso total de coque: Por lo tanto el peso de será: 42

8 oxígeno: Y con estos datos ya podemos hallar el porcentaje de exceso de (a)? Para usar la ecuación de los gases ideales solamente nos faltaría conocer el número de. Ahora hallamos las moles de que entran / lb de carbono quemado. 4

9 h h moles de gas chimenea húmedo 211. lb de coque h h 44

10 Problema 2. En una prueba realizada en una caldera con alimentación de aceite no fue posible medir la cantidad de aceite quemado, aunque el aire que se empleó se determinó insertando un medidor Venturi en la línea de aire. Se encontró que se había utilizado de aire a y. El análisis del gas de chimenea seco es: % % % % Si se supone que el aceite está formado únicamente por hidrocarburos, calcular los galones por hora de aceite que se queman. El peso específico del aceite es Solución Datos del Aire Base: 1 min Se aplica la ecuación de los gases ideales para determinar el número de moles de aire: 0 45

11 Por lo tanto tendremos también: Datos para los gases de combustión secos % % % % Aplicando una regla de tres para el que no reacciona tendremos: = Lo que nos daría los siguientes datos: 46

12 Ahora ya sabemos el que se encuentra en el agua. Este último peso hallado es el que entra con el aceite. Hallamos ahora el carbono que entra con el aceite. Transformando a galones por hora: Problema 2.4 El análisis de un gas es: %; %; %; % % Este gas se quema con % de exceso de aire; la combustión es completa. El gas y el aire entran a, y los gases de chimenea descargan a. Calcular: (a) El análisis del gas de chimenea seco. (b) Pies cúbicos de aire por pie cúbico de gas. 47

13 (c) Pies cúbicos de gas de chimenea húmedo por pie cúbico de gas. Solución Base: 100 moles de gas Solamente combustionan el y el para formar 2 y. Reacciones de combustión: Análisis del gas de chimenea seco 48

14 Por lo tanto: % % % % b) Como en los gases se cumple que una base molar es equivalente a una base volumétrica tendremos que entran de gas y que entran que también equivaldrían a. c) h Problema 2.5 Para la manufactura del hielo seco un horno produce gas de chimenea seco que contiene 16.8% de CO 2. Este gas se pasa por el sistema de recuperación de calor de una caldera y luego por un sistema de absorbedores en cuya entrada 4

15 el contenido de CO 2 es de 15.2%. Calcular los pies cúbicos de aire que han entrado al sistema por pie cúbico de gas de chimenea seco. Solución Base: 100 moles de gas chimenea seco % % % % totales 50

16 Problema 2.6 En la reacción a. Cuántos gramos de carbonato de calcio se requieren para producir de bióxido de carbono a y? b. Si se desprenden de bióxido de carbono a y, qué cantidad de gramos de carbonato de calcio fueron sujetos a la reacción? Solución Datos para el : 51

17 Problema 2.7 El análisis de un gas natural es como sigue: % %, % % a. Cuál es la composición en peso? b. Qué peso molecular tiene? c. Qué densidad a y? d. Cuál es el peso específico comparado con el del metano? Solución Base: 52

18 Composición en peso: b) Para hallar el peso molecular del gas procedemos mediante la fórmula: c) Densidad: d) Peso específico: 5

19 Problema 2.8 El gas natural de un pozo tiene la siguiente composición: Tabla composición del gas natural para el problema 2.8. Componente Peso molecular Composición % CH C 2 H C H C 4 H a. Cuál es la composición en porcentaje en peso? b. Cuál es la composición en porcentaje molar? c. Qué volumen en ocuparán de gas a y? d. Cuál es la densidad del gas en a y? e. Cuál es el peso específico del gas? Solución Base de cálculo: 100 lbmol de gas natural Composición molar Composición en peso 54

20 (% % % % % % % % Para hallar el volumen que ocupan 100 lb de gas se necesita calcular anteriormente el peso molecular del gas natural. Aplico ahora la ecuación de los gases ideales: La densidad del gas natural está dada por: 55

21 Y finalmente el peso específico es: 56

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