Tarea 5
Tarea 5
Tarea 5
1) Benceno y etileno en fase gaseosa reaccionan sobre un catalizador para producir etilbenceno, el
cual a su vez se deshidrogena en otro reactor para producir estireno (el precursor del poliestireno).
El proceso necesita que una mezcla gaseosa de benceno (1) y etileno (2) entre a un tanque de
retención a 200 °C y 200 psia. El diseño especifica que en cualquier instante el tanque debe
almacenar 100 kg del gas.
Ayuda
Para una mezcla el parámetro a de la ecuación de estado cúbica se determina con base en los de los
componentes puros así:
a = y12 a1 + 2y1 y2 a12 + y22 a2
1
a12 = ( a1a2 ) 2 (1− k12 )
b = y1b1 + y2 b2
2) Una cámara de desinfección de material quirúrgico tiene un volumen de 1 m3, está aislada
térmicamente y trabaja con óxido de etileno como desinfectante (tóxico, inflamable). Típicamente,
la cámara se carga con el material quirúrgico, se evacúa para remover el aire, y luego se inyecta el
desinfectante gaseoso hasta lograr una determinada presión medida por un manómetro. Después
de varias horas se evacúa el óxido de etileno y se lleva por tubería a un equipo de oxidación
catalítica, el cual lo convierte a CO2 y agua. Use la ecuación de Peng-Robinson para responder las
siguientes preguntas:
a. Si se carga el óxido de etileno a 60 °C, cuál debe ser la lectura del manómetro en la cámara
antes de que el óxido de etileno condense?
b. Si la carga se hace hasta 6 psig a 60 °C, cuántos kg de óxido de etileno se consumen por
carga? Compare con el resultado que se obtiene con la ecuación de gases ideales.
3) La fabricación de óxido de etileno se hace mediante oxidación del etileno con oxígeno puro sobre
un catalizador de plata, a 220 °C y 400 psi. Determine la cantidad de energía necesaria para llevar
el etileno desde 60 °C y 20 psi, hasta las condiciones de reacción, usando:
a. La ecuación de Soave-Redlich-Kwong
b. La ecuación de Peng-Robinson
c. Las propiedades del etileno que presenta el WebBook de NIST.
ECUACIÓN PENG-ROBINSON
CONDICIONES DE OPERACIÓN
u 2 T (K) P(atm) m (Kg)
w -1 473 14 100
Mmix R
i Compuesto y Tc (K) Pc (atm) w M(Kg/mol)
(Kg/mol) atm*L/mol*K
1 C6H6 0.4 562 48 0.211 0.078 0.0821
0.048
2 C2H4 0.6 282 50 0.087 0.028
GASES IDEALES
Error 6.98 %
v (m3/gmol) m (kg)
0.02 2.27
Error 2.2 %
P(psi)
400 2
Como la presión inicial es baja (aproximadamente
1.36 atm) podemos considerar un comportamiento
ideal del gas a esa presión y no bajar hasta una
presión de cero.
1
20
60 220 T(OC)
𝜕𝑣
𝒅𝒉 = 𝐶𝑝 𝑑𝑇 + [𝑣 − 𝑇 ( ) ] 𝑑𝑃
𝜕𝑇 𝑃
Inicialmente, tenemos un proceso isobárico:
𝑇
∆ℎ1 = ∫𝑇 2 𝐶𝑝𝑜 dT
1
𝜕𝑎 𝑣2 𝑑𝑣
∆ℎ2 = 𝑃2 𝑣2 − 𝑃1 𝑣1 + (𝑎 − 𝑇 ( )) ∫ 2
𝜕𝑇 𝑣1 𝑣2 + 𝑢𝑏𝑣 + 𝑤𝑏
a. Usando la ecuación de Soave-Redlich-Kwong.
Estado 1 Estado 2 R
T1 (K) 333 T2 (K) 493 J/mol*K
P1 (Pa) 137895 P2 (Pa) 2757904 8.314
SOAVE-REDLICH-KWONG
u 1
w 0
ENTALPÍA
RUTA ISOTÉRMICA
2 2
=-
𝑇
Z1 0.9948 Integral -621.026
Z2 0.9892 Donde:
N 2.01698E-05 da/dt -0.00079
M1 0 a= c=
M2 0
Q1 0.0020 ∆h2 (J/mol) 909.3 b= x=
Q2 0.0271
a 0.4672
b 0.8748
c 282.35
RUTA ISOBÁRICA
A B C
1.424 0.014394 -0.000004392
ENTALPÍA TOTAL
∆h (J/mol) 9702.5
b. Usando la ecuación de Peng-Robinson.
Estado 1 Estado 2 R
T1 (K) 333 T2 (K) 493 J/mol*K
P1 (Pa) 137895 P2 (Pa) 2757904 8.314
u 2
w -1
PENG-ROBINSON
ENTALPÍA
RUTA ISOTÉRMICA
2 2
=-
𝑇
RUTA ISOBÁRICA
A B C
1.424 0.014394 -4.392E-06
ENTALPÍA TOTAL
∆h (J/mol) 9622
c. Usando las propiedades del etileno que presenta el WeeBook de NIST.
Estado 1
T1 (K) 333
P1 (Pa) 137895
h1 (J/mol) 20047
Estado 2 EXTRAPOLACIÓN
T2 (K) 493 P = 2.76 MPa
P2 (Pa) 2757904 T (K) h (KJ/mol)
h2 (J/mol) 28180 430 24.428
450 25.62
493 h2
A continuación, se presentan los resultados de energía necesaria para llevar el etileno desde
las condiciones de operación iniciales hasta las condiciones de reacción obtenidas en cada
caso a modo comparativo.
COMPARACIÓN
∆h (J/mol)
SRK 9702.5
PR 9622
NIST 8133