El documento describe un proceso de fabricación de cloroetileno que involucra una reacción en un reactor entre cloro y etileno, seguido de una separación en un flash. Se resuelve el balance de materia para determinar los flujos de todas las corrientes. La solución incluye los flujos molar y masivo de cada corriente en cada unidad del proceso.

1. Balance de Materia
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199
El Proceso de fabricación del cloro etileno (Naphtali, 1964), usa como materia prima cloro
y etileno (100 moles/min. de cada uno) se unen con una corriente de recirculación y la
mezcla se alimenta a un reactor, en el que se logra la conversión de 90% del etileno. La
reacción es Cl2 + CH2=CH2 -----:- CH2Cl-CH2Cl. El efluente del reactor pasa a un
separador de fases, flash. La recuperación de los componentes a la entrada del flash que
se obtienen en el domo son: 99,9% de cloro, 8% de etileno y 2% de cloro etileno. El resto
de lo que entra al flash se va por el fondo, como una corriente de producto. La corriente
del domo del flash, rica en cloro, se recicla al reactor teniéndose una purga previa de 5%
del flujo molar.
HALLE LOS FLUJOS DE TODAS LAS CORRIENTES.
SOLUCIÓN:
2. DIAGRAMA CUANTITATIVO: Puede verse en la página siguiente.
La reacción que ocurre en el Proceso es:
Cl2 + CH2=CH2 -----:- CH2Cl-CH2Cl
R
I
Recirculación
Purga
F
L
A
S
H
M
Alimentación
Producto
REACTOR
B C D
E
G
F
H

2. Balance de Materia
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200
Al haber reacciones múltiples es necesario determinar su Independencia Lineal, para no
contabilizar más variables independientes de las que realmente son en la Tabla de Grados
de Libertad.
Con las sustancias que intervienen y los coeficientes estequiométicos se construye el
arreglo estequiométrico y la matriz reducida:
Matriz Atómica:
Reacciones
1a 2a 3a
R -2 -1 0
P 1 0 -1
W 1 1 1
B 0 1 2
Matriz Reducida:
N
5
xCE
5
xE
5
xCl2
5
FLASHREACTOR
NCE
4
NE
4
NCl2
4
N
3
xCE
3
xE
3
xCl2
3
NCE
2
NE
2
NCl2
2
NE
1
= 100
NCl2
1
= 100
D
N6
xCE
6
xE
6
xCl2
6
NCE
7
NE
7
NCl2
7
M
1
2
3
5
67
7

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201
Reacciones
1a 2a 3a
R 1 0 0
P 0 1 0
W -1 -1 0
B -1 -2 0
La tercera columna se redujo a ceros, situación que significa que solo dos de las reacciones
son independientes.
Para resolver el ejercicio se escogen la primera y la tercera, aunque como veremos, pueder
utilizarse cualquier par:
2 R
r1
→ P + W
P
r2
→ 2 B + W
3. RELACIONES:
R1: La Conversion de R en el Reactor es del 50%. Lo que no reacciona es el 50%.
NR
3
= 0,5 xR
2
N2
R2: La Alimentación Fresca contiene 1 mol de Inertes, I, por cada 11 moles de R:
NR
1
NI
1
= 11
R3: Restricciones del Divisor:
RD = (2 - 1) (2 - 1) = 1
4. GRADOS DE LIBERTAD DEL PROCESO:
NVI: 20 (NR
1
, NI
1
, N
2
, xR
2
, NR
3
, NI
3
, NP
3
, NW
3
, NB
3
, N
4
, xP
4
, xB
4
, N
5
, xR
5
, N
6
, xR
6
, N
7
,
xR
7
, r1, r2)
NMBI: 14 (Mezclador: 2 (R,I); Reactor: 5 (R, I, P, W, B);
Separador: 5 (R, I, P, W, B); Divisor: 2 (R, I))

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202
NFC: 1 (N
4
= 1000)
NCC: 2 (xR
2
= 0,88; xP
4
= 0,38)
NRC: 3 (R1, R2, R3)
G de L: 0
El valor hallado para los Grados de Libertad se confirma con la diferencia entre el Número
de Incógnitas y el Número de Ecuaciones. Con el número de ecuaciones se conoce la
magnitud del sistema que debe plantearse y resolverse para conocer las Variables de
corriente desconocidas.
INCÓGNITAS = (NVI - NFC - NCC) = 20 - 1 - 2 = 17
ECUACIONES = (NBMI + NRC) = 14 + 3 = 17
Los dos valores son iguales. El Proceso está especificado correctamente. Debe
conformarse un sistema de 17 ecuaciones con 17 incógnitas.
5. ECUACIONES DEL PROCESO:
Ecuaciones en el Mezclador:
Total: N
2
= NR
1
+ NI
1
+ N
7
(1)
R: xR
2
N
2
= NR
1
+ xR
7
N
7
0,88 N
2
= NR
1
+ xR
7
N
7 (2)
Ecuaciones en el Reactor:
R: NR
3
= xR
2
N
2
- 2 r1
NR
3
= 0,88 N2
- 2 r1
(3)
I: NI
3
= 1 - xR
2
N
2
NI
3
= 0,12 N
2
(4)
P: NP
3
= r1 - r2
(5)

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203
W: NW
3
= r1 + r2
(6)
B: NB
3
= 2 r2
(7)
Ecuaciones en el Separador:
R: xR
5
N
5
= NR
3
(8)
I: 1 - xR
5
N
5
= NI
3 (9)
P: xP
4
N
4
= NP
3
0,38 * 1000 = NP
3
(10)
W: 1 - xP
4
- xB
4
N4
= NW
3
1 - 0,38 - xB
4
* 1000 = NW
3
0,62 - xB
4
* 1000 = NW
3 (11)
B: xB
4
N
4
= NB
3
1000 xB
4
= NB
3
(12)
Ecuaciones en el Divisor:
Total:
N
6
+ N
7
= N
5
(13)
R: xR
6
N
6
+ xR
7
N
7
= xR
5
N
5
(14)
Ecuaciones de las Relaciones:
De R1: NR
3
= 0,5 * 0,88 N
2
(15)
De R2: NR
1
= 11 NI
1
(16)
De R3: xR
5
= xR
7
(17)
6. LA SOLUCION AL SISTEMA DE ECUACIONES ES:

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204
NR
1
= 1320 NI
1
= 120 N
2
= 2000
NB
3
= 120 NI
3
= 240 NP
3
= 380
NR
3
= 880 NW
3
= 500 N
5
= 1120
xR
5
= 0,785714 N
6
= 560 xR
6
= 0,785714
N
7
= 560 xR
7
= 0,785714 r1 = 440
r2 = 60 xB
4
= 0,12
7. RESUMEN DEL BALANCE DE MATERIA:
En situaciones como ésta, en la que no se conocen las masas moleculares de las
sustancias, el Resumen del Balance de Materia puede hacer asumiendo valores.
Estos valores no son arbitrarios sino que deben satisfacer la Conservación de la masa en
las reacciones que experimentan. Recuérdese que al balancear una reacción se está
efectuando siempre un Balance de Materia entre la entrada y la salida.
Asumiendo que las masas moleculares son: R = 50, P = 60, W = 40, B = 10, I = 30, las
reacciones que experimentan deben satisfacer la Ley de la Conservación de la Materia:
Reacción 1:
2 R ----:- P + W
2 x 50 60 + 40
Reacción 2:
P ----:- 2 B + W
60 2 * 10 + 40
Y claro, la reacción dependiente:
R -----:- B + W
50 10 + 40
COMPONENTES
FLUJOS MÁSICOS
1 2 3 4

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205
R 66000 88000 44000 _________
P _________ _________ 22800 22800
W _________ _________ 20000 20000
B _________ _________ 1200 1200
I 3600 7200 7200 _________
TOTAL 69600 95200 95200 44000
COMPONENTES
FLUJOS MASICOS
5 6 7
R 44000 22000 22000
P _________ _________ _________
W _________ _________ _________
B _________ _________ _________
I 7200 3600 3600
TOTAL 51200 25600 25600
Las respuestas son:
a) Composicion de la Corrriente de Recirculación:
xR
7
= 0,785714 xI
7
= 0,214286
b) Fracción Purgada: Purga/(Recirculación + Purga)
Fracción Purgada =
N
6
N
6
+ N
7
=
N
6
N
5
Fracción Purgada =
560
1120
= 0,5
c) Flujo de alimentación fresca:

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N
1
= NR
1
+ NI
1
N
1
= 1320 + 120
N
1
= 1440
d) Composición de la Corriente de Producto, en base molar:
xP
4
= 0,38 xB
4
= 0,12 xW
4
= 0,5
e) Fracción del reactivo R que reaccionó según:
R → B + W
En la solución no se consideró esta ecuación, pero planteando que ocurrió se tendrán los
siguientes cambios químicos:
2 R
r1
→ P + W
R
r2
→ B + W
Los flujos de la corriente (3) son:
NB
3
= 120 NP
3
= 380 NR
3
= 880 NW
3
= 500
Al compararlos con las velocidades de reacción es obvio que:
r1 = 380 r2 = 120
R que reaccionó = 2 r1 + r2 = 2 * 380 + 120 = 880
% de R por la 2
a
Reacción =
120
880
* 100
% de R por la 2
a
Reacción = 13,636%
SISTEMA DE ECUACIONES EN EES:
N2CL2=100+(1-X3CE-X3E)*N3
N2E=100+X3E*N3
N2CE=X3CE*N3
N4CE=N2CE+R1
N4E=N2E-R1
N4CL2=N2CL2-R1

9. Balance de Materia
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207
(1-X5CE-X5E)*N5+N7CL2=N4CL2
X5CE*N5+N7CE=N4CE
X5E*N5+N7E=N4E
N3+N6=N5
X3CE*N3+X6CE*N6=X5CE*N5
X3E*N3+X6E*N6=X5E*N5
N4E=0,1*N2E
(1-X5CE-X5E)*N5=0,999*N4CL2
X5E*N5=0,08*N4E
X5CE*N5=0,02*N4CE
X5CE=X3CE
X5E=X3E
N6=0,05*N5
X3CL2=(1-X3CE-X3E)
X5CL2=1-X5CE-X5E
X6CL2=1-X6CE-X6E
M1=100*28+100*70,9
M2=(N2CE*98,9+N2E*28+N2CL2*70,9)
M3=(X3CE*98,9+X3E*28+X3CL2*70,9)*N3
M4=(N4CE*98,9+N4E*28+N4CL2*70,9)
M5=(X5CE*98,9+X5E*28+X5CL2*70,9)*N5
M6=(X6CE*98,9+X6E*28+X6CL2*70,9)*N6
M7=(N7CE*98,9+N7E*28+N7CL2*70,9)
MEM=M1+M3
MSM=M2
MER=M2
MSR=M4
MEF=M4
MSF=M5+M7
MED=M5
MSD=M3+M6
MEP=M1
MSP=M6+M7
N3CE=X3CE*N3
N3E=X3E*N3
N3CL2=X3CL2*N3
N5CE=X5CE*N5
N5E=X5E*N5
N5CL2=X5CL2*N5
N6CE=X6CE*N6
N6E=X6E*N6
N6CL2=X6CL2*N6
SOLUCIÓN:
M1=9890,0000
M2=22381,5116
M3=12491,5116
M4=22381,5116
M5=13148,9596
M6=657,4480
M7=9232,5520
MED=13148,9596
MEF=22381,5117
MEM=22381,5116
MEP=9890,0000
MER=22381,5117

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MSD=13148,9596
MSF=22381,5117
MSM=22381,5117
MSP=9890,0000
MSR=22381,5117
N2CE=1,756468
N2CL2=273,432355
N2E=100,765820
N3=175,954643
N3CE=1,756468
N3CL2=173,432355
N3E=0,765820
N4CE=92,445707
N4CL2=182,743117
N4E=10,076582
N5=185,215414
N5CE=1,848914
N5CL2=182,560373
N5E=0,806127
N6=9,260771
N6CE=0,092446
N6CL2=9,128019
N6E=0,040306
N7CE=90,596793
N7CL2=0,182743
N7E=9,270455
R1=90,689238
X3CE=0,00998251
X3CL2=0,98566512
X3E=0,00435237
X5CE=0,00998251
X5CL2=0,9857
X5E=0,00435237
X6CE=0,00998251
X6CL2=0,98566512
X6E=0,00435237