PROBLEMA NO 5

Un horno utilizado para fundir bronce usa carbón pulverizado como combustible. Su composición es la siguiente: C 68.8% , H2 6.4% , O2 8.4%, H2O 3.2% , Cenizas 13.2 %. Las cenizas del horno contienen un 15 % del peso total del carbón alimentado. Para obtener una mejor operación en el horno se emplea un 60% de aire en exceso. Suponiendo que el aire se alimenta como aire seco, calcule:

a. El diagrama de flujo y los grados de libertad.b. El volumen de aire teóricamente necesario por tonelada de carbón.c. El volumen de aire alimentado por tonelada de carbón.d. La composición de los gases húmedos, suponiendo que el aire se alimenta a 25°C y 50% de

humedad.

SOLUCIÓN:

C = 68.8%H2 = 6.4%O2= 8.4%H2O = 3.2%Cenizas= 13.2 %

Análisis de los grados de libertad, por especies atómicas:

NVI = 11

NBI = -4

NFE = 0

NCE= -5

NR = -1

GL = 1 (El problema está sub- especificado)

HORNO

CO2=

N2=

O2=

H2O=

1 3

2O2 = 21%

N2= 79%

Asumimos 1000kmol en 1:

Entonces, tenemos:

0.688N1C + 0.064N1H2 + 0.084N1O2 + 0.032N1H2O+0.21N2O2 +0.79N2N2 ---------- N3CO2CO2 + N3

N2N2 + N3

O2O2 + N3H2OH2O

BALANCE DE C:

0.688N1 = N3CO2

BALANCE DE H:

2 x 0.064N1 +2 x 0.032N1 = 2 x N3H2O

BALANCE DE O:

2x0.084N1 + 0.032N1 + 2x0.21N2 = 2xN3CO2 + 2xN3

O2 + N3H2O

BALANCE DE N:

0.79N2 = N3N2

Usamos la restricción:

%Exceso de aire= 60%= (0.084N1O2 + N3O2O2 – N rx

CO2 )/ N rx CO2

Despejando :

1.6 N rx CO2 = 0.084N1O2 + N3

O2O2

Resolviendo las ecuaciones:

0.688N1 = N3CO2

N3CO2 =688 kmol

N3N2 =564 kmol

N3H2O = 373 kmol

N3O2 = 223 kmol

b.- El volumen de aire teóricamente necesario por tonelada de carbón.

N2O2 = 9320.5 pràctico

N2O2 = 9861.9047 teòrico.

PV=RTn

1 atm(V)= 0.082(298)(9861.9047)

V=240985.5048 L

2071 mol de aire teórico= 9.9321x10-3 toneladas

Entonces: 240985 L / 9.9321x 10-3 = 24263542.57 L/ton

c.- El volumen de aire necesario por tonelada de carbón alimentado.

PV=RTn

1 atm(V)= 0.082(298)(9320.5)

V= 227755.738/9.9321x 10-3 = 22931277.17 L/ton