- En la figura anexa se muestra el Diagrama de Proceso, donde se esquematiza el proceso.
- Inicialmente, se consiguen los moles de gas natural que entran al mezclador, sabiendo que el número de moles (n)es igual a la masa (m)entre el peso molecular (PM) : n = (m / PM) - El gas natural(GN) es una mezcla de 92% de metano (CH₄) y 8% de etano (C₂H₆)por tanto, el peso molecular de la mezclaes igual a la fracción molar de cada compuesto por su peso molecular : - PM CH₄ = 16 g / gmol ; PMC₂H₆ = 30 g / gmol , XCH₄ = 0.
92, XC₂H₆ = 0.
08
PMGN = 0.
92 x 16 + 0.
08 x 30 = 17.
12 g / gmol - El número de moles de gas natural que entran al mezclador, es igual a : n = 200 kg x (1000g / 1kg) / 17.
12 g / gmol = 11682.
24 gmol - En el mezclador ocurren reacciones de combustión del gas natural al mezclarse con el oxigeno de acuerdo con las siguientes reacciones :
2 CH₄ + 4 O₂ → 2 CO₂ + 4 H₂O (1)
2 C₂H₆ + 8 O₂→4 CO₂ + 6 H₂O + C₂H₂ + O₂ (2) - La reacción (2) es incompleta ya que todo el etano que entra no se quemasaliendo 0.
6% de C₂H₆ del mezclador y sale un excedente de oxígeno de 31.
1% - Haciendo un balance de masade cada componente que entra en el mezclador en la corriente 1 de gas natural, se tiene : - Moles de CH₄ que entran = 0.
92 x 11682.
24 gmol = 10747.
66 gmol - Moles de C₂H₆ que entran = 0.
08 x 11682.
24 gmol = 934.
58 gmol - Para determinar los Moles de O₂ que reaccionan con CH₄ de la reacción (1) se sabe que se requieren 4 moles de O₂ para quemar 2 moles CH₄, como se tienen 10747.
66 gmol de CH₄ en el gas de entrada, entonces :
Moles de O₂ requeridos con CH₄ = 10747.
66 gmol x 4 gmol O₂ / 2 gmol CH₄
Moles de O₂ requeridos con CH₄ = 21495.
32 gmol - Ahora, la cantidad de moles de C₂H₆ que se reaccionan del total que entran es el 99.
94%, es decir :
Moles de C₂H₆ que reaccionan = 934.
28 gmol x 0.
994 = 928.
97 gmol - Yel número de moles que salen del mezclador sin reaccionar, será la diferencia entre lo que entra menos lo que reacciona :
Moles de C₂H₆ que salen del mezclador = 934.
28 gmol - 928.
97 gmol =
5.
61 gmol - Los moles de O₂ que se reaccionan con el C₂H₆, se determinan sabiendo que por cada 3 moles de C₂H₆ que reaccionan se requieren 8 moles de O₂, así que para reaccionar 928.
97 gmol de C₂H₆ se requieren :
Moles de O₂ requeridos con C₂H₆ = 928.
97 gmol x 8 gmol O₂ / 3 gmol C₂H₆
Moles de O₂ requeridos con C₂H₆ = 2477.
25 gmol - El total de moles requerido para quemar el gas natural, es igual a los moles de O₂ requeridos en la reacción 1 más los moles de O₂ requeridos en la reacción 2 :
Moles total O₂ requeridos = 21495.
32 gmol + 2477.
25 gmol = 23972.
57 gmol - Haciendo Balance de Dióxido de Carbono (CO₂), se tiene : - Los molesde CO₂ que se generan de la combustión de CH₄, se estiman a partir de la reacción 1 :
Moles de CO₂ a partir de CH₄ = 10747.
66 gmol CH₄ x 2 gmol CO₂ / 2 gmol CH₄ = 10747.
66 gmol CO₂ - Los moles de CO₂ que se generan a partir de la combustión de C₂H₆, se determinan de la reacción 2 :
Moles de CO₂ a partir de C₂H₆ = 928.
97 gmol C₂H₆ x 4 gmol CO₂ / 3 gmol C₂H₆ = 1238.
63 gmol CO₂ - El número de moles de CO₂ totalesgenerados en las reacciones 1 y 2 que salen del mezclador, es igual a :
Moles de CO₂ totales que salen del mezclador = 10747.
66 gmol + 1238.
63 gmol = 11986.
29 gmol de CO₂ - Haciendo Balance de Masa del agua formada en las reacciones 1 y 2, se tiene : - Moles de H₂O formada a partir de CH₄ = 10747.
66 gmolCH₄ x 4 gmol H₂O / 2 gmol CH₄ = 21495.
32 gmol H₂O - Moles de H₂O formada a partir de C₂H₆ = 928.
97 gmol C₂H₆ x6 gmol H₂O / 2 gmol C₂H₆ = 1857.
94 gmol H₂O - Moles de H₂O Totales = 21495.
32 gmol + 1857.
94 gmol = 23353.
26 gmol H₂O - Los moles de exceso de O₂ que salen del mezclador representa el 31.
1 % de la corriente 4, y los moles de C₂H₆ que no reaccionan representan el 0, 6% de dicha corriente, por tanto los moles totales de la corriente 4, son :
Moles de la Corriente 4 = moles de C₂H₆ sin reaccionar + moles de O₂ en exceso + moles CO₂ ´Moles de H₂O.
