Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 16
En consecuencia, la composición de equilibrio de la mezcla a 2 600 K y 304
kPa es
1.906CO 2 0.094CO 2.074O 2
Comentario Al resolver este problema, no se tomó en cuenta la disociación de
O 2 en O de acuerdo con la reacción O 2 → 2O, la cual es una posibilidad real
a elevadas temperaturas. Lo anterior se debe a que ln K P 7.521 a 2 600
K para esta reacción, lo cual indica que la cantidad de O 2 que se disocia en O
es despreciable. (Además, no se ha aprendido todavía el tratamiento que se les
da a las reacciones simultáneas. Esto se llevará a cabo en la siguiente sección.)
EJEMPLO 16-4 Efecto de los gases inertes sobre la composición
de equilibrio
Una mezcla de 3 kmol de CO, 2.5 kmol de O 2 y 8 kmol de N 2 se calienta a
2 600 K bajo una presión de 5 atm. Determine la composición de equilibrio
de la mezcla (Fig. 16-13).
Solución Una mezcla de gases se calienta a una temperatura elevada. Se
determinará la composición de equilibrio a la temperatura especificada.
Suposiciones 1 La composición de equilibrio consiste en CO 2 , CO, O 2 y N 2 .
2 Los componentes de la mezcla son gases ideales.
Análisis Este problema es parecido al del ejemplo 16-3, excepto que involucra
al gas inerte N 2 . A 2 600 K, algunas reacciones posibles son O 2 Δ 2O
(ln K P 7.521), N 2 Δ 2N (ln K P 28.304), 1 – 2 O 2 1 – 2 N 2 Δ NO (ln
K P 2.671) y CO 1 – 2 O 2 Δ CO 2 (ln K P 2.801 o K P 16.461). Con
base en estos valores de K P , se concluye que el O 2 y el N 2 no se disociarán en
un grado significativo, sino que sólo una pequeña cantidad se combinará para
formar algunos óxidos de nitrógeno. (No se tomaron en cuenta los óxidos de
nitrógeno en este ejemplo; sin embargo, deberán considerarse en un análisis
más exhaustivo.) Asimismo, se concluye que la mayor parte del CO se combinará
con el O 2 para formar CO 2 . Observe que a pesar de los cambios en la
presión, el número de moles de CO y O 2 y la presencia de un gas inerte,
el valor de K P de la reacción es el mismo que el que se utilizó en el ejemplo
16-3.
Las reacciones estequiométricas y reales en este caso son:
Composición
Composición
de equilibrio a
inicial
2 600 K, 5 atm
3 kmol CO
x CO 2
2.5 kmol O 2
y CO
z O 8 kmol N2
2
8 N 2
FIGURA 16-13
Esquema para el ejemplo 16-4.
Estequiométrica: CO 1 1
2 O 2 Δ CO 2 1así n CO2 1, n CO 1, y n O2
CO 1 2 2
2 O 2 Δ CO 2 1así n CO2 1, n CO 1, y n O2
1 2 2
Real:
3CO 2.5O 2 8N 2 ¡ xCO 2 yCO zO 2 8N 2
123 152553 123
Balance C:
Balance O:
Número total de moles:
productos reactivos inerte
(desecho)
3 x y o y 3 x
3 x y o y 3 x x
8 2x y 2z o z 2.5
2
8 2x y 2zo z 2.5 x x 2
N total x y z 8 13.5
2