SoluciónBase: 100 mol de alimentación combinada al reactor.

nr(mol)

X5c(mol CO2/mol)X5h(mol H2/mol)(1-X5c-X5h)(mol/mol)

no(mol) 100 MOL

Xoc(mol CO2/mol) n1 140.996 mol H2/mol n2 280.004 mol/mol 28 mol CO2/mol n3 14

70 mol H2/mol n4 142 mol/mol 2

Análisis del reactor60% del H2 40% no se convierte y se va a la salida del reactor

0.60.4 Balance consumo= entrada- salida

H2 42 70 28Balance salida= entrada- consumoCO2 14 28 42

El metanol se produce haciendo reaccionar dióxido de carbono con hidrógeno: 〖𝐶𝑂〗 _2+ 〖 3𝐻 〗 _2→〖 〗𝐶𝐻 _3 𝑂𝐻+𝐻_2 𝑂La alimentación fresca al proceso contiene hidrógeno, dióxido de carbono y 0.400 mol% de sustancias inertes (I). El efluente del reactor pasa a un condensador, donde se retiran todo el metanol y el agua que se formaron y ningún reactivo ni sustancia inerte. Estos últimos se recirculan al reactor. Para evitar la acumulación de sustancias inertes en el sistema, se retira una corriente de purga de la recirculación. La alimentación al reactor (no la alimentación fresca al proceso) contiene 28.0 mol% de 〖 〗𝐶𝑂 _2, 70.0 mol% de 𝐻_2 y 2.0 mol% de sustancias inertes. La conversión del hidrógeno en un paso es de 60.0%. Calcule las velocidades de flujo molar y las composiciones molares de la alimentación fresca, la alimentación total al reactor, las corrientes de recirculación y de purga para una velocidad de producción de metanol de 155 kmol 〖 〗𝐶𝐻 _3 𝑂𝐻/h.

REACTOR

Balance salida= generaciónCH3OH 14 42Balance salida= generaciónH2O 14 42

Análisis del condensador Balance molar total: entrada=salidan1+n2+n3+n4+2.0=n3+n4+n5n5= 44 mol

Balance entrada= salida n1=n5X5cCO2 0.318181818 mol CO2/molBalance entrada= salida n2=n5X5hH2 0.636363636 mol H2/molX1= 1-X5c-X5h 0.04545455 mol I/mol

Análisis del punto de mezcla de la alimentación fresca y la recirculación Balance molar total: entrada=salidano+ny= 100 molno= 61.4 mol de alimentación fresca Balance entrada= salidanr= 38.6 moles recirculados I 2.00014545 mol

Balance entrada= salidaCO2 28 mol CO2Xoc 0.256 mol CO2/molXoh= (1-Xoc-Xoi) 0.74

Análisis del punto de separación de la recirculación y la purgaBalance molar total: entrada=salidan5=nr+npnp= 5.4 moles purgadosAjuste de la escala del diagrama de flujo = 11.07142857 kmol/h/mol

155 kmol CH3OH

np(mol)

X5c (mol CO2/mol)X5h (mol H2/mol)(1-X5c-X5h)(mol/mol)

n5(mol)X5c(mol CO2/mol)X5h(mol H2/mol)(1-X5c-X5h)(mol/mol)

(mol CO2)(mol H2)(mol CH3OH)(mol H2O)mol

n3 14 (mol CH3OH)n4 14 (mol H2O)

El metanol se produce haciendo reaccionar dióxido de carbono con hidrógeno: 〖𝐶𝑂〗 _2+ 〖 3𝐻 〗 _2→〖 〗𝐶𝐻 _3 𝑂𝐻+𝐻_2 𝑂La alimentación fresca al proceso contiene hidrógeno, dióxido de carbono y 0.400 mol% de sustancias inertes (I). El efluente del reactor pasa a un condensador, donde se retiran todo el metanol y el agua que se formaron y ningún reactivo ni sustancia inerte. Estos últimos se recirculan al reactor. Para evitar la acumulación de sustancias inertes en el sistema, se retira una corriente de purga de la recirculación. La alimentación al reactor (no la alimentación fresca al proceso) contiene 28.0 mol% de 〖 〗𝐶𝑂 _2, 70.0 mol% de 𝐻_2 y 2.0 mol% de sustancias inertes. La conversión del hidrógeno en un paso es de 60.0%. Calcule las velocidades de flujo molar y las composiciones molares de la alimentación fresca, la alimentación total al reactor, las corrientes de recirculación y de purga para una velocidad de producción de metanol de 155 kmol 〖 〗𝐶𝐻 _3 𝑂𝐻/h.

CONDENSADOR

noXoc+nrX5c= 28 mol CO2

mol CO2/molmol H2/mol