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Balance de Materia con Reacción Química

Previo a introducirnos en el tema vamos a recordar (y aprender) conceptos básicos relacionados a las reacciones químicas.

1) Estequiometria: Se refiere a la proporción en que se combinan ciertos reactivos para dar los productos. Ej.:

2A + B → C + 3D

Significa: 2 mol de A + 1 mol B → 1 mol C + 3 mol D

O sea que la relación estequiométrica: mol A/mol B = 2, es decir, siempre será necesario el doble de moles de A que de B para que se produzca la reacción.

Cociente estequiométrico: mol A/ mol B = relación de coeficientes estequiométricos.

Coeficiente estequiométrico: es el nº mínimo de moles de 1 especie dada que debe ponerse en juego en una reacción química para asegurar el balance atómico.

Los números que preceden a cada especie molecular son los coef. estequiométicos y los denominamos con la letra griega ν, o sea el coef. Esteq. de A → ν A= 2

2) Conversión (α) : Ya hemos visto en Química General que una reacción química no necesariamente se produce en un instante y también que no necesariamente se produce en su totalidad; es decir que no desaparecen totalmente los reactivos y sólo obtengo productos al terminar la reacción.

En otras palabras, no es práctico diseñar un reactor que consuma totalmente los reactivos.

Definimos entonces conversión como:

α =(moles consumidos)/(moles suministrados )=(NiE-NiE)/NiE

α. 100 = porcentaje de conversión

3. Exceso: Recordemos el concepto de reactivo limitante: es el reactivo que desaparece cuando se lleva a cabo una reacción. Ej.:

2A + B → C + 3D

Ingreso: 200 moles A + 150 moles B

Podemos ver que en caso que la reacción se produzca totalmente se consumirá todo el A y sobrarán 50 moles de B. O sea A es el reactivo limitante.

El o los reactivos que no son limitantes (en este caso, B) se conoce como reactivo en exceso.

Definimos entonces Exceso como:

Ex=(moles que ingresan-moles toericos)/(moles teoricos )

En nuestro caso:

Ex (B) = (150 – 100)/100 = 0,5

Ex * 100 = 50% (porcentaje de exceso)

4. Grado de Avance (ξ) : Es una medida de la extensión en que se ha completado la reacción química consumiendo los reactivos. Es una variable dimensional, cuyas unidades pueden ser: mol, lbmol, etc.

Veamos un ejemplo: Ejemplo 11

2A + B → C + 3D

Supongamos que parto de proporciones estequiométricas de reactivos y a la salida del reactor tengo los siguientes resultados:

Qué pasó?

De B sólo han reaccionado 50 mol, ya que quedaron 50 mol sin reaccionar. Esto quiere decir que la reacción avanzó sólo 50 mol de B (se consumieron 50 mol B; y si miro a A sólo 100 mol de A (νA.50= 2. 50= 100 mol A).

El grado de avance de esta reacción es: ξ = 50 mol.

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