Ayuda con balance de materia con reaccion química

Hola!!
Alguien me puede ayudar con el planteamiento y resolucion de este problema?


En el proceso leblanc para la fabricación de sosa se produce la siguiente reacción:

ClNa + SO4H2  SO4HNa + ClH

La corriente que sale de esta etapa se conduce a un separador ideal del que salen 3 corrientes: Una de ellas 90 % HCl formado y otra el 25 % de agua presente en el sistema.
El SO4H2 se introduce en la etapa de reacción como una disolución acuosa que contiene un 80% en peso de SO4H2 y un 5% de exceso sobre la cantidad teorica necesaria para la anterior reacción.
Si el caudal másico de NaCl cargado es de 1000 Kg/h y la reaccion es completa, calcular:
a) El caudal másico de la disolución de ac sulfurico que debe alimentarse.
b) Los caudales másicos de HCl y H2O separados.
c) La composición en peso de la tercera corriente que abandona el separador.


He adjuntado un archivo por si se vé más claro

Gracias!!!

Mi amigo, ese es un problema sencillo! Te voy a orientar para que lo resuelvas! Si te lo resuelvo no estarías aplicando ingniería y de que te sirve!, Bueno como datos puedes observar:
1)Que la reacción es completa, y como te dice que el äcido sulfúrico entra en un 5% en exceso, ya te dice que el Cloruro de sodio es el Reactivo limitante.
2)Que el % de conversión del NaCL es de 100% (Todo el reactivo Limitante)
Ya lo que te queda es hacer el diagrama y con las estequiometría mas los datos puedes determinar el resto de las corrientes (flujos). Recuerda: tienes 5 elementos (sabes cuales son?) por lo tanto puedes realizar 5 balances de materia (en componente en este caso, de por si es mas fácil hacer este problema en componentes que en especies atómicas pues ya tienes la estequiometría y cantidades dadas). Sigue resolviendolo y me dices como vas,.. luego hablamos!
Yohn

Muchas gracias Yohn!!

Pero no comprendo una cosa... se que hay 2 caudales de entrada, uno para el H2SO4 y otro para el NaCl, y 3 corrientes de salida, la primera con un 90% de HCL y la segunda con un 25% de H2O, debo suponer que los porcentajes restantes de estas dos corrientes son H2SO4, ya que es el reactivo que está en exceso?. Y la tercera corriente se supone que será unicamente el producto que deseo obtener, es decir, solo NaHSO4, no?

Estimado amigo Carlos (creo que ese es tu nombre por tu nickname), Ya esto se pone interesante! :)

Como puedo observar de lo que el problema dice: “…la corriente que sale de esta etapa (suponemos que luego del reactor) se conduce a un separador del cual salen 3 corrientes…” . Pue bien, tenemos en este proceso (al menos) dos equipos: un reactor y un separador, los cuales trataremos en un solo conjunto(pues no nos interesan los valores de la corriente que van del reactor al separador).

Dibuja un sistema (caja negra: blackbox) el cual contiene 5 corrientes:

Entradas: son 2
Corriente A: compuesta de puro NaCL

Corriente B: Compuesta de una solución de H2SO4 al 80% (esta solución contiene 20% de agua)

Salidas: son 3
Corriente C: Compuesta de 90% de NaCL entre otras especies (cuales son?), cuales deberían ir y cuales no? (mira esto desde el punto de vista de procesos)

Corriente D: Constituida prácticamente por agua pura, que es el 25% del agua presente en el sistema. El agua no participa en la reacción química, así toda el agua presente en el sistema de salida es la misma cantidad que el agua que estaba presente en la entrada, es decir, entró con la solución del H2SO4.

Corriente E: la cual puede estar compuesta de las mismas especies de la corriente C, pero que por razones de separación debe tener otros porcentajes y/o composiciones. Sería bueno que anotaras todos y descartamos los que no pueden ir por razones de separación y los que si pueden ir por la mismas razones. Observa el 90% de HCL en la corriente C,.. no te dice nada?

Sigue trabajando en ello y seguimos en contacto!
Por cierto Carlos lo que me decias allí me pare que no está mal, sin embargo con respecto “a la corriente de agua” que sale si no me parece que sea como lo describes allí,.. de todos modos preguntale a tu tutor o profesor en realidad si vas bien o no,… porque en realidad al problema le falta información consistente, que poco a poco le vamos a llegar con toda la lógica desde el punto de vista de procesos! Haz el diagrama no se te olvide.. es necesario para analizar el problema y lograr disminuir los grados de libertad (sabes que signigica esto último?)

Saludos,

Yohn

Hola yohn, y gracias de nuevo!!

La verdad es que ya no tengo ni idea de como sigue el proceso, puede ser que el 10% que acompaña al 90% de HCl en una de las corrientes de salida sea NaHSO4. Y el porblema es que no puedo preguntar a mi profesor ya que es un ejercicio de un examen que hice en Julio, y se supone que no se pueden sacar los examenes así que... seguiré comiendome la cabeza a ver como resolverlo.

Hola Carlos, para empezar,.. ya hiciste el diagrama del proceso?, sin el no vas a entender nunca el proceso mi amigo!!!
Datos adicionales: "por razones de separación", la corriente C debe estar rica en HCL, por eso tiene un 90%, el resto puede ser agua (pudiéramos suponer que todo el HCL producido sale en esta corriente, esto es, asumiendo que el proceso es muy eficiente), La corriente D es solo agua, y la corriente E debe contener el producto deseado, el NaHSO4, lo cual puede estar constituido por el NaHSO4 y agua. Ahora bien, que pasó con el H2SO4 que venía de sobra? en que corriente salió? hay tres posibilidades:
1 que en cada corriente de salida vaya un cierto porcentaje de ácido sulfúrico (AS)
2 que el AS que sobró solo salga en la corriente D (cosa que no creo,.. pareciera que dice que esa corriente es agua pura y constituye el 25% del agua presente en el sistema!
3 que el AS, sale en la corriente E con el producto deseado y con agua también.
Una más: 4 que el AS salga en la corrientes C y E.
Estas son 4 posibilidades que para tener la mejor opción de respuesta debes tener dos cosas:
Primero: Un diagrama adecuado del proceso (No te estoy pidiendo que lo busques de internet, solo que hagas el diagrama del proceso con los datos que tienes del problema)
Segundo: lógica para ver qué es lo que necesitas,, como es el proceso que quieres, aquí es donde van las suposiciones que debes realizar en función de tus conocimientos de procesos,.. o al menos de las ideas que se te ocurran para resolverlo, ya sean buenas o malas!!
Suerte Carlos!!
Si decides continuar y buscar la mejor solución te ayudo, si te das por vencido,.. lo dejamos hasta aquí,… pero jamás es lo que hace UN BUEN INGENIERO!
Saludos!
Yohn

Hola yohn y de nuevo muchas gracia!!
ya hice el diagrama del proceso, he intentado adjuntar el archivo pero no me deja, se me pone la imagen de la wweb en blanco y se me borra el mensaje.
La verdad es que viendo las posibilidades que hay puede dar muchos resultados pero sigo pensando que los % de las corrientes de salida deben ser H2SO4 excepto en la tercera donde solo hay producto.

Bienvenido Yohn

Felicidades por tu respuesta, pero como podras ver que no pone un solo intento de calculo. Ignoro como pudo subir el documento y ahora o puede poner una pagina escaneada con un diagrama a mano. Lo que realmente muchos piden es que otro en lugar de guiarlos para que ellos resuelvan el problema, se los resuelva y luego te dan la direccion web para que se los mandes. en lugar de que la pogas en el foro y los demas foristas aprendan.
Espero que sigas contribuyendo al foro.
Salud y suerte

1. PROCESO LEBLANC

* ¿Quien era Nicolás Leblanc?
Leblanc nació en ivoy le Pre, cher, Francia. Su padre, un funcionario menor en una herrería murió en 1951. Leblanc fue enviado a Bourges a vivir con un amigo de su padre que era medico, bajo la influencia e su tutor, leblanc se intereso por la medicina, cuando su tutor murió en 1759, Leblanc se matriculo en la Ecole de chigrurgie de parís para estudiar medicina.
Se graduó con una maestría en cirugía, Leblanc abrió un consultorio medico. Se caso en 1775 y el primer hijo de la pareja tubo lugar cuatro años mas tarde. No pudo proveer adecuadamente a su familia por gastos médicos que obtuvo de sus pacientes, leblanc en 1780 acepto un puesto como medico privado en la casa de Luis Felipe II duque de Orleáns. Se suicido en 1806 debido al fracaso de su economía.

* Antecedentes del proceso Leblanc:
El carbonato de sodio y el potasio, denominados alcalinos, son productos químicos vitales en la industria del vidrio, textiles, jabones, papel, entre otras. La fuente tradicional del álcali en el este de Europa había sido potasa obtenida de la Madera cenizas. Sin embargo, en la década de 1700, la deforestación había prestado este medio de producción rentable, y el álcali tenían que ser importados. La potasa fue importada de América del norte y de Escandinavia donde los bosques grades seguían en pie, el carbonato de sodio era importado de España y las islas canarias, donde lo producían en las costas. La única fuente local del álcali en Europa era de algas que salieron a flote de escocía e Irlanda.
En 1783, el rey Luis XVI de Francia ofreció un premio de 2400 libras para aquel que lograra producir el álcali a partir de la sal marina. En 1791 Nicolás Leblanc patento una solución. En ese mismo año, se construyo la primera planta de Leblanc para que el duque de SAINTS DENNIS, y esta comenzó a producir 320 toneladas de soda al año. Se le negó su premio debido a la revolución francesa.

* Química del...

Proceso de Texcoco

Alberto Urbina del Raso, Ingeniero Químico

A principios de la década de 1940, la industrialización en México había alcanzado un desarrollo primitivo. En 1943 se creó una compañía cuyo interés primordial era la fabricación de sosa cáustica, NaOH, a partir de sales disueltas en el lago de Texcoco (aledaño a la ciudad) por lo que se llamo “SOSA TEXCOCO”.

El llamado “VASO DE TEXCOCO” esta impregnado de sales de sodio que se encuentran primordialmente como cloruro, NaCL, carbonato, Na2CO3, y bicarbonato, NaHCO3. La concentración salina del lago era tan alta que, en tiempo de secas, aparecían sobre el suelo unas florescencias llamadas “TEQUESQUITE”, que fueron utilizadas por los aztecas para cocer y condimentar los alimentos, así como para el aseo

La idea original que era aprovechar el terreno de Texcoco para cultivo, resulto imposible por la enorme salinidad que presenta, además no era factible desechar las sales al desagüe, pues se hubiera contaminado todo el valle aledaño (del Mezquital). Por ello, pensó que tal riqueza natural de sales podría ser aprovechada con propósitos industriales. En 1938 se intento por primera vez el aprovechamiento del área tequesquitosa. La empresa fracaso debido a las variaciones de la materia prima, a lo difícil que resulto deshacerse de la arcilla que acompaña al Tequezquite y algunos defectos en el diseño de la plata.

Una vez concentrada la salmuela, es posible separar las sales de la disolución, pero ¿Cómo? El proceso ideado por Maldinaveitia, director entonces de las investigaciones del instituto de la química en la UNAM, aprovecho la baja solubilidad del bicarbonato en presencia del cloruro de sodio.

NaHCO3 (S) + H2O (I) Na+ (ac) + HCO3 - (ac)

Disminuye en cuanto aumenta la concentración del ion na+ la razón es que la constante del producto de la solubilidad K ps = [Na+] [HCO] siempre se toma el mismo valor, y si existe ion disuelto, o sea tiende a desplazarse hacia el reactivo, en este caso se le llama efecto ion común.

Para empezar, se lleva acabo la “carbo natación” en una reaccion en la que la solución recibe el burbujeo de CO2 obtenida al quemar piedra caliza:

CaCO3 CaO + CO2