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TitleIntroduccion a Los Procesos Quimicos Regina M. Murphy
Tags Enthalpy Chemical Reactor Stoichiometry Chemistry
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Table of Contents
                            Introducción a los procesos químicos. Principios, análisis y síntesis
Contenido
Prefacio
Lista de nomenclatura
Lista de ecuaciones importantes
Capítulo 1. Transformación de los recursos terrestres en productos útiles
Capítulo 2. Flujos de proceso: variables, diagramas, balances
Capítulo 3. Análisis matemático de las ecuaciones de balance de materia y de los diagramas de flujo de procesos
Capítulo 4. Síntesis de diagramas de flujo del reactor y selección de las condiciones de proceso del reactor
Capítulo 5. Selección de técnicas de separación y síntesis de diagramas de flujo de separación
Capítulo 6. Cálculos de la energía del proceso y síntesis de los diagramas de flujo de energía seguros y eficientes
Apéndice A. Métodos matemáticos
Apéndice B. Propiedades físicas
Apéndice C. Respuestas a los problemas seleccionados
Glosario
Índice
                        
Document Text Contents
Page 2

MurPrelim.qxd 1/22/07 7:07 PM Page ii

Page 367

Al incrementar la relación agua:metano la conversión de metano se incre-
menta de manera considerable. Sin embargo, se paga un precio: se está
manejando mucho vapor de agua extra, y el hidrógeno en la corriente del
producto está más diluido, por lo cual los costos de separación se incre-
mentan.

Idea 2. Instalar un adsorbedor para eliminar el CO cuando se genera. El diagra-
ma de flujo cambia: la unidad de proceso es un reactor y un separador
combinados.

Sección 4.4 Por qué los reactores no son perfectos: equilibrio químico y cinética química 331

Reactor + separador

CO adsorbido a sólido

CH4, 1 gmol/s
H2O

CH4
H2O
CO
H2

Para estos cálculos se asume que el adsorbedor mantiene yco � 0.01 en el
reactor. (En el capítulo 5 se aprenderá más sobre cómo trabajan los adsor-
bedores y cómo determinar la composición de la fase gaseosa en presencia
de un adsorbedor.) Se asume una relación de alimentación de 1:1 de meta-
no:agua, a 600°C, a 1 atm. Las ecuaciones de balance de materia deben
ajustarse para considerar la corriente de descarga extra:

CH4 1

H2O 1

CO 0 0.01

H2 0

Total 2 12 � 2 j
#

1 � n
#

ads

3 j
#

1

2 � 2 j
#

1 � n
#

ads

3 j
#

1

j
#

1 � n
#

ads

1 � j
#

1

2 � 2 j
#

1 � n
#

ads

1 � j
#

1

1 � j
#

1

2 � 2 j
#

1 � n
#

ads

1 � j
#

1

donde 5 velocidad de flujo de CO que sale del reactor adsorbido por el sóli
do. Con esta situación,

y se tiene la especificación con respecto a la separación de que

yCO � 0.01 �
j
#

1 � n
#

ads

2 � 2 j
#

1 � n
#

ads

n
#

ads

yi,sale�
n
#

i,sale

n
#

salida
n
#

i,salen
#

i,entra

Ka
P2

eQ25.8 24 800T R
P2

0.0737
10.012 13 j# 123

11 j# 122 12 2 j# 1 n# ads22

Mur04b.qxd 1/22/07 6:47 PM Page 331

Page 368

Al resolver estas dos ecuaciones de manera simultánea, se encuentra que al
agregar el adsorbedor aumenta la conversión desde 30 hasta 65%. Además,
se enriquece más en hidrógeno el gas que sale del reactor ( � 0.73, con-
tra 0.35 en el caso original), porque el subproducto CO se elimina de forma
continua. ¿Hay alguna desventaja que usted observe?

¡Observe que con ambas ideas se logra una mayor conversión fraccio-
naria, no por violar la ley del equilibrio de la reacción química, sino gracias
al diseño en torno de ella!

Hasta ahora, en el análisis se ha asumido que sólo ocurre una reacción. En realidad, la
química nos juega trucos todo el tiempo. Con (mala) suerte, la mayor parte del tiem-
po estos trucos entran en forma de reacciones no deseadas: o los reactivos se convier-
ten en otros productos no deseados o los productos sufren reacciones posteriores.
¿Cómo poder diseñar un reactor para obtener una buena conversión fraccionaria y una
buena selectividad cuando hay reacciones químicas múltiples? También contamos con
nuestros trucos.

Se ha generado CO y H2 mediante la reformación del metano con vapor de agua,

CH4(g) � H2O(g) CO(g) � 3H2(g) (R1)

y se desea alimentar CO y H2 a otro reactor para generar metanol,

CO(g) � 2H2(g) CH3OH(g)

Sin embargo, en el reactor reformador de vapor de agua, el CO sufre una reacción pos-
terior con el vapor de agua para generar CO2. Esta reacción es la famosa reacción de
desplazamiento de gas de agua:

CO(g) � H2O(g) CO2(g) � H2(g) (R2)

La constante de equilibrio químico para la reacción de desplazamiento de gas de agua es

donde T está en K.
¿Cómo operar el reformador de vapor de agua, dadas estas complicaciones y el de-

seo de generar metanol? La reacción del metanol requiere 2 moles de H2 por mol de
CO, y la reformación del vapor de agua produce 3 moles de H2 por mol de CO. Por lo
tanto ya se tiene un déficit de CO, y la reacción de desplazamiento del gas de agua
simplemente lo empeora. ¿Hay temperaturas y presiones que permitan una buena con-
versión en la reformación del vapor de agua mientras se suprime el desplazamiento del
gas de agua? Comience con la observación de algunas tendencias.

La expresión de equilibrio para la reacción de desplazamiento del gas de agua es

donde se utiliza CD para el dióxido de carbono. Advierta que no hay ningún término
de presión. Puesto que la conversión de equilibrio para la reacción deseada de refor-
mación del vapor de agua R1 disminuye con el incremento de la presión y el avance

Ka �
yCD yH
yCO yW

←→

←→

←→

yH2

332 Capítulo 4 Síntesis de diagramas de flujo del reactor y selección de las condiciones de proceso del reactor

ln Ka � -5.1 �
4 950

T

Mur04b.qxd 1/22/07 6:47 PM Page 332

Page 733

Separación neta del aire de escape de
las impresoras, 376-377

Separador, 71, 223-226
Separador perfecto, 386
Separador real, 386
Separadores de régimen permanente

de flujo continuo, 381
Separadores dosificadores, 381
Separadores semidosificadores, 381
Sheldon, Roger, 20
Shreve, 142
Silicio de alta pureza, 611
Silicón, 149, 611
Silicón tetracloruro, 149
Simuladores de proceso, 242
Síndrome del bebé azul, 43
Síntesis de amoniaco de gas natural, 71
Síntesis de Bucherer, 51
Síntesis de diagramas de flujo de blo-

ques, 121-124
Síntesis de HD, 235
Síntesis de hojas de flujo del reactor.

Vea Reactores químicos
Síntesis de la urea, 182-183
Síntesis de proceso químico, 3
Síntesis de Strecker, 51, 54
Síntesis del acetaldehído, 300-303,

557-560
Síntesis del acetato de etilo, 309-310
Síntesis del ácido nítrico, 208-2 10
Síntesis del amoniaco, 69, 71
Síntesis del amoniaco fase gas, 306
Síntesis del hidrógeno, 327-335
Síntesis del ibuprofeno, 267-269, 275-

278, 340
Síntesis del metanol, 327-335
Síntesis del nylon, 235
Sistema, 77, 171, 506
Sistema (SI) Sistema Internacional,

19, 59
Sistema abierto, 506
Sistema agua ácido-acético metiliso-

butilquetona (MIBK), 420
Sistema anticuerpo-inmunosorbente,

422, 423
Sistema británico, 19
Sistema cerrado, 506
Sistema de energía, 505, 506
Sistema H2S-MEA, 469
Sistema multifase de un solo compo-

nente, 368

Sistema SI, 19, 59
Sobrecalentar, 407
Sobrelimpiador de metales, 359
Sobresaliente, 629-635
Sobresaturado, 425
Socios Franklin, 161
SOFC, 576-579
Solubilidad de sales en el agua, 656
Solución saturada, 409
Solución única, 201-204
Solvay, Ernest, 40
Solvente perfecto, 443
Solver, 630-632
SON, 451
Sorbitol, 151
Sorona, 5
Staudinger, Hermann, 247
Stine, Charles, 247
Suavizador de agua, 148, 440
Subenfriamiento, 407
Sucesión de tecnologías de separa-

ción, 377-379
Suelo contaminado, 281-282
Suero del queso, 152, 466, 472
Sulfato de bario, 307
Sulfato de calcio, 47
Sulfato de sodio, 467
Sulfuro de bario, 307

T
Tablas de propiedad. Vea Propiedades

físicas
Tablas de vapor, 512-518, 660-662
Taninos, 497
Tanques de almacenamiento de gas

natural, 496
Tecnología del microondas, 346
Tecnologías de separación, 365-493

absorción, 438-440
adsorción, 439, 440-443
agentes de separación, 438, 446-448
arrastre, 398-401
condensación, 429-431
cristalización, 425-429
destilación contra equilibrio instan-

táneo, 436-437
destilación, 434-435
diagrama de fase líquido-líquido,

421-422
diagrama de fase P-T, 405, 406

diagrama T-x, 409, 412
diagrama T-y-x, 412-414
diagramas de la fase triangular,

445-446
diálisis del riñón, 383-385, 392-394
ecuación Antoine, 408
ecuación de Fenske, 435
ecuación KSB, 448
ecuaciones de balance de materia,

379-385
equilibrio instantáneo, 429, 431-434
extracción, 439, 443-446
fajadora, 439
fase de equilibrio, 401-403. Vea

también Diferencias en las pro-
piedades físicas de la fase de
equilibrio, 366-367

heurísticas, 373-374, 377-378
ley de Henry, 418-419
ley de Raoult, 416-418
mezclas/fases, 367-369
multietapa, 436-437, 446-450
pureza, 387
reciclando, 394-398
recuperación, 388
recuperación de ácido acético del

agua residual, 448-450
regla de la palanca inversa, 410
selección de la tecnología apropia-

da, 373-377
separación basada en el equilibrio,

369-375, 423-451
separación basada en la proporción,

369, 370, 372, 383-385
separación de sal/azúcar, 366-367
separación del ácido acético/agua,

445-446
separación del benceno/tolueno,

375-376, 389-392
separación mecánica, 369-371
separación mecánica semidosifica-

da, 382-383
separación neta del aire de escape

de los impresores, 376-377
separador perfecto/real, comparado,

386
sucesión de la tecnología, 377-379

Temperatura, 63
Temperatura crítica, 405, 645-646
Temperatura de llama adiabática, 553-

555

Índice I-13

MurIndice.qxd 23/1/07 10:43 AM Page I-13

Page 734

Temperatura de reacción adiabática,
580, 581

Temperatura y presión del reactor,
269, 311, 317-318

Temperatura y presión estándar (TPS),
66

Termodescendente, 499
Termodinámica de las reacciones de

gas técnico (Haber), 138
Tetraclorosilano, 149
TI-83 cálculo plus (solución de ecua-

ciones lineales), 626-628
Tiempo de residencia, 270, 326
Tiempo de residencia del reactor, 270,

326
Tipo de reacción, 323-324, 325
TNT, 581-584
Tolueno: relación de oxígeno suminis-

trado, 610
Topología, 226-230
Topología del proceso, 226-230
Torre de gas, 568
TPA, 600
Trabajo, 537, 538
Trabajo de flujo, 537, 538
Trabajo del eje, 537, 538
Trastornos del estómago, 42
Tratado de paz de Versalles, 140
3GT, 5
Triclorosilano, 146
Trinitrotolueno (TNT), 581-584
Trost, Barry, 20
Tubitos del riñón, 375

Turbina, 500-501
Turngiensis del bacilo (BT), 340

U
Û, 511, 535-536

cálculo, 535, 536
composición, y, 519, 525-530, 536
fase, y, 524-525
modelo de ecuaciones, 521-535
presión, y, 536
tablas/gráficas, 512-518, 536
temperatura, y, 515, 537

Ultrafiltración, 372
Unidad, 59-60
Unidades de energía, 503
Unidades de proceso, 70-71
1, 3-Dicloropropano, 357, 474
1-Heptadecanol, 444, 445
1, 2-Propanediol, 353
1, 3-Propanediol, 5
Urea, 42
Utilización de glucosa (fermentador),

196-200
Utilización del átomo, 20

V
Vacuna, 3, 150
Valor de alta temperatura, 651

Valor de baja temperatura, 651
Valor de los procesos químicos, 26-27
Valor del producto, 27
Válvulas de expansión, 501
Vapor, 77, 369, 499, 500
Vapor del metanol, 564-566, 617
Vapor recalentado, 614
Vapor saturado, 407
Variable del sistema, 78
Variables de diseño de reactores, 269-

271
Variables de proceso, 59-67
Vector no homogéneo, 203-204
Vegetales, 358-359
Vertientes de Turquía, 369
Vinagre, 46
Vincristina, 2
Virus del Nilo oriental, 340
Volumen, 64-65
Volumen del reactor, 269-270, 325
Volumen específico, 64
Volumen molar, 64-65

W
Watt, James, 504

Z
Zyklon B, 140

I-14 Índice

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