Ejercicio endemoniado que necesita solucion porfa

[fbi_yan]

El ácido acético se puede obtener por oxidación del alcohol etílico con aire a determinada presión y temperatura, según la siguiente reacción: CH3-CH2.OH + O2 ⇒ CH3-COOH + H2O Parte del alcohol etílico se oxida a CO2 y H2O. El alcohol con una pureza del 100 % se coloca en un reactor discontinuo y se le hace pasar una determinada cantidad de aire. Cuando todo el alcohol ha reaccionado se observo que en el reactor quedaba una solución de ácido acético y agua con una concentración del 71,43 % (P/P) de ácido. Por cada kg de esa solución se producían 2,23 Kg. de gases con la siguiente composición: CO2: 3,29 %; O2: 4,10 %; N2: 92,61 % en volumen. Determinar:

• ¿Que porcentaje (en moles) del alcohol se convierten a ácido acético?.-

• ¿Que porcentaje se quema a CO2 y H2O?.-

• ¿Cuál es el porcentaje de exceso de aire?.-

[citurria]

En este proceso hay 2 reacciones:

Rx 1) Oxidación: CH3CH2OH + O2 ---> CH3COOH + H2O

Rx 2) Combustión: CH3CH2OH + 3O2 ---> 2CO2 + 3H2O

 

Hay 2 Restricciones:

C1) 1 kg de (CH3COOH + H2O) = 2,23 kg de gases (3,29% CO2; 4,10% O2; 92,61% N2).

C2) 100% de aire = 79% N2 + 21% O2 (% en moles).

 

Base de cálculo: 1 kg de (CH3COOH + H2O)

 

Balance de CO2:

CO2[g] = 3,29% x 2,23 kg = 0,07 kg = 73,37 g

CO2[mol] = 73,37 g / 44 g/mol = 1,67 mol

 

Balance de CH3COOH:

De la Rx1 se tiene que la solución se forma de 1 mol de CH3COOH (PM = 60 g/mol) y 1 mol de H2O (PM = 18 g/mol).

Por lo tanto, en 1 kg de solución debe haber 1000 g x 60 g / (60 g + 18 g) = 769,23 g de CH3COOH

CH3COOH[g] = 769,23 g

CH3COOH[mol] = 769,23 g / 60 g/mol = 12,82 mol

 

Balance de CH3CH2OH:

Se considera que se quema el 100% del alcohol.

CH3CH2OH[total] = CH3CH2OH[Rx1] + CH3CH2OH[Rx2] = 12,82 mol + 0,5 x 1,67 mol = 13,65 mol

 

Balance de O2:

El oxígeno que se alimentó es igual al alimentado con aire y debe ser igual al consumido en la Rx1 y en la Rx2 más el remanente que salió de los gases (4,10% de los 2,23 kg = 91,43 g).

El oxígeno consumido = O2[g, estequiométrico] = O2[Rx1] + O2[Rx2] = 12,82 mol + 3/2 x 1,67 mol = 15,32 mol

O2[g, entrada] = 15,32 mol x 32 g/mol + 91,43 g = 581,72 g.

O2[g, estequiométrico] = 15,32 mol x 32 g/mol = 490,29 g.

 

Balance de N2:

N2[g, entrada] = N2[g, salida] = 92,61% x 2230 g = 2065,20 g

 

¿Qué porcentaje (en moles) del alcohol se convierten a ácido acético?

 

% en moles = 12,82 mol / 13,65 mol x 100%

% en moles = 93,89%

 

¿Qué porcentaje se quema a CO2 y H2O?

 

Esto corresponde al resto del alcohol que se quemó (ver Rx1 y Rx2), ya que no hay ningún otro producto obtenido y se consumió el 100% del alcohol en las reacciones.

% en moles = 100% - 93,89%

% en moles = 6,11%

 

¿Cuál es el porcentaje de exceso de aire?

 

Aire de entrada = O2[g, entrada] + N2[g, entrada] = 581,72 g + 2065,20 = 2646,92 g

Aire estequiométrico = O2[g, estequiométrico] + N2[g, entrada] = 490,29 g + 2065,20 g = 2555,50 g

% exceso aire = (2646,92 - 2555,50 g) / 2555.50 g =3,58%