Universidad michoacana de san nicols de

hidalgo

Facultad de ingeniera qumica

Cintica qumica y catlisis

Ing. Luis nieto lemus

Tarea #2

Ejercicios de equilibrio qumico

Jos Alejandro morn balderas

Matricula:0935755g

Seccin 02 modulo 2

1. La relacin siguiente alcanza el equilibrio a 500 C y 2 atm.

Si el sistema contiene inicialmente 5 mol de HCl por cada

mol de Oxgeno. Cul es la composicin del sistema en el

equilibrio? Suponga que son gases ideales.

ECUACIONES:

a)

b)

c)

d)

f)

g)

h)

i)

j)

k)

h)

CALCULOS:

De acuerdo a la ecuacin a), b), c), d):

Procedemos a calcular las constantes de las capacidades

calorficas :

-114408 -75948

Obtenidas la funcin de y su funcin derivada procedemos calcular en una hoja de Excel con mtodo de newton- raphson y

los resultados son los siguientes :

sup K F(sup) F'(sup) cal

0.6 7.3549 257.683583 -2345.5174 0.70986215

0.70986215 7.3549 71.5048278 -

1039.49601 0.77865013

0.77865013 7.3549 10.4338823 -

574.467404 0.79681283

0.79681283 7.3549 -

1.28539308 -

485.818946 0.794167

0.794167 7.3549 0.3317758 -

497.957208 0.79483328

0.79483328 7.3549 -

0.07821582 -

494.876287 0.79467523

0.79467523 7.3549 0.01887216 -

495.605651 0.79471331

0.79471331 7.3549 -

0.00452865 -

495.429842 0.79470416

0.79470416 7.3549 0.00108815 -495.47204 0.79470636

0.79470636 7.3549 -

0.00026138 -

495.461901 0.79470583

0.79470583 7.3549 6.279E-05 -

495.464337 0.79470596

0.79470596 7.3549 -1.5083E-

05 -

495.463752 0.79470593

0.79470593 7.3549 3.6233E-06 -

495.463892 0.79470594

0.79471 7.3549 -8.704E-07 -

495.463858 0.79471

YA = (5-4/6-) 0.34987 34.9870005

YB = (1-/6-) 0.03943947 3.94394749

YC = YD = 2/6- 0.30534526 30.534526

2.- La produccin de 1,3 butadieno se puede llevar a cabo por la

deshidrogenacin del n-butano:

C4H10(g) CH=CH-CH=CH2(g) + 2 H(g)

Se han suprimido las reacciones secundarias debido a la introduccin

de vapor de agua. Si el equilibrio se alcanza a 925 K y 1 atm y si el

producto del reactor contiene 12% mol de 1,3 butadieno, determine:

a) Las fracciones mol de las otras especies en el gas producido.

b) La fraccin mol de vapor de agua requerida en la alimentacin.

Datos:

T=925 K P=1 atm YB= 0.12

Suponemos una base de clculo de : n0= 1 mol

Suponiendo una mezcla de gas ideal :

Como :

Calculamos las constantes de las capacidades calorficas

=

Ahora calculando K a 925K:

Atendiendo al inciso a)

b) Como la suma de las fracciones da 1 , a la 1 le restamos a

todas las fracciones y la diferencia es la fraccin del vapor

3.- Considerando la reaccin de sntesis del amonaco :

Cules son cambios de energa libre de estado normal y la

constante de equilibrio a 773k?

Los datos de las son :

Solucin :

T = 773K

Sabiendo que :

(1)

Como no conocemos la procedemos a calcularlo mediante :

= (1)(-16450

)+(

(0)+(

- 16450

= -3931.648

Ahora procedemos a sustituir en ecuacin (1):

Ahora procedemos a calcular las constantes de las

=

B=

=

7.90652

Ahora sabiendo que :

Despejamos la variacin de la energa libre y nos quedar:

4- Usando el valor de K del problema 3:

a) Cul ser la conversin mxima de nitrgeno en amoniaco

a 773K y 250 atm con un gas de alimentacin que contiene

solamente H2 y N2 con una relacin molar 3?

b) Cul sera la conversin para una alimentacin de 4.5 mol

de H2 por mol de N2? Estime las fugacidades a 250 atm y

500 C usando la correlacin adecuada de las fugacidades

de componentes puros. Suponga que la mezcla gaseosa se

comporta como una solucin ideal.

Procedemos a buscar los valores de las temperaturas crticas

(Tc) y presin crtica (Pc), y factor acntrico (), que se

encuentran en tablas en el apndice B del Smith Van Ness de

termodinmica 7ma edicin :

Tc (K) Pc (atm) H2 (A) 33.19

12.9987 0.216

N2 (B) 126.2 33.66 0.038

NH3 (C) 405.7 111.672 0.253

NAO = 3 mol ; NBO = 1 mol ;NCO = 0 mol

no =

ec.(1)

=

Para cada fraccin tenemos con la frmula pasada :

Sustituimos en la ec. (1)

Y sustituyendo las fracciones :

Sustituyendo la K del problema pasado

Calculando , y

P T R Zsup a b h Zcalc Tca Pca ln a

25

0

77

3

0.08

2 1

1.40

5

0.01

8

0.07

2

1.07

4

33.1

9 13

0.07

4

1.07

7

25

0

77

3

0.08

2

1.07

4

1.40

5

0.01

8

0.06

7

1.06

9

33.1

9 13

0.06

8

1.07

1

25

0

77

3

0.08

2

1.06

9

1.40

5

0.01

8

0.06

7

1.06

9

33.1

9 13

0.06

9

1.07

1

25

0

77

3

0.08

2

1.06

9

1.40

5

0.01

8

0.06

7

1.06

9

33.1

9 13

0.06

9

1.07

1

25

0

77

3

0.08

2

1.06

9

1.40

5

0.01

8

0.06

7

1.06

9

33.1

9 13

0.06

9

1.07

1

25

0

77

3

0.08

2

1.06

9

1.40

5

0.01

8

0.06

7

1.06

9

33.1

9 13

0.06

9

1.07

1

Calculando :

Sustituyendo en ec. 1:

Simplificando la expresin tenemos que :

Utilizamos en mtodo de newton raphson para la resolucin de esta

ecuacin :

sup F(sup) F'(sup) cal

0.85 0.236944109 2.9175 0.769

0.769 -0.002137844 2.4095 0.77

0.77 0.000221124 2.4144 0.77

0.77 -2.26172E-05 2.4139 0.77

0.77 2.31605E-06 2.4139 0.77

0.77 -2.37139E-07 2.4139 0.77

Sabemos que ZB:

b) Cul sera la conversin para una alimentacin de 4.5 mol de

H2 por mol de N2? Estime las fugacidades a 250 atm y 500 C

usando la correlacin adecuada de las fugacidades de

componentes puros. Suponga que la mezcla gaseosa se

comporta como una solucin ideal.

Teniendo los valores de la temperatura crtica (Tc) y presin

crtica (Pc), y factor acntrico (), del inciso a):

Tc (K) Pc (atm) H2 (A) 33.19 12.9987 0.216

N2 (B) 126.2 33.66 0.038

NH3

(C)

405.7

111.672 0.253

nAO = 4.5 mol ; NBO = 1 mol ; NCO = 0 mol

0.77 2.42809E-08 2.4139 0.77

no =

(1)

V =

Para cada fraccin:

Sustituyendo en las ecuaciones anteriores:

Sustituimos en la ec. (1)

Sustituyendo las fracciones:

Sustituyendo K del problema 3:

Sustituyendo en ec. 1:

Simplificando la expresin:

Utilizando el mtodo de Newton-Raphson para

encontrar el valor de para el inciso b):

sup F(sup) F'(sup) cal

0.75 -0.432516513 1.11249 1.139

1.139 0.288406654 2.05244 0.998

0.998 -0.035177635 1.61103 1.02

1.02 0.009263209 1.66987 1.015

1.015 -0.002207551 1.65463 1.016

1.016 0.000539855 1.65828 1.016

1.016 -0.000131208 1.65739 1.016

1.016 3.19372E-05 1.6576 1.016

1.016 -7.77097E-06 1.65755 1.016

1.016 1.891E-06 1.65756 1.016

1.016 -4.6015E-07 1.65756 1.016

1.016 1.11972E-07 1.65756 1.016

Sabemos que ZB: