Reacción química en gasificación
Requiero conocer la masa de vapor de agua, carbón y oxigeno para producir una masa dada de gas sintético en un gasificador. El problema es que no sé cómo balancear el C, ni el hidrógeno ni el oxígeno, ya que la composición del carbón está en %peso y la composición del gas sintético está en %mol, entonces desconozco como relacionar todo.
Supuse eso, estimado... El problema es que en la gasificación se llevan a cabo un montón de reacciones químicas, así que yo pensaba algo así como en igualar masas de C a la entrada y a la salida del sistema, por dar un ejemplo:
C_carbón = C_cenizas + C_gas
Para el hidrógeno análogo y así... O así no puedo realizarlo?
Lo que pasa es que hay muchos tipos de procesos de gasificación. El más conocido y clásico (que se realiza industrialmente hace casi 200 años) consta de los siguientes pasos:
Primero: La deshidratación. Tiene lugar alrededor de los 100 ºC y el vapor de agua resultante se mezcla con el flujo de gas y interviene en las reacciones posteriores.
Segundo: Pirólisis. Se realiza en un intervalo de temperaturas entre 200-300 ºC. En este paso se desprenden varios compuestos volátiles del sustrato carbonoso (básicamente sustancias orgánicas que acompañan la parte mineral) lo que conlleva una disminución de aproximadamente 70% de la masa inicial.
Tercero: Combustión con oxígeno. Esta reacción da lugar a CO2 y menores cantidades de CO. Se trata de un proceso exotérmico, es decir, proporciona calor.
Cuarto: Gasificación. Este proceso tiene lugar cuando el residuo sólido (llamado "char" formado por cenizas y escoria) reacciona con el carbono restante y el vapor de agua para formar monóxido de carbono y hidrógeno gas:
Quinto: Este cuarto paso (gasificación) se encadena rápidamente con la formación del siguiente equilibrio dinámico:
Este es el proceso común. Pero como ya dicho anteriormente, existen muchas variedades del mismo. Así que espero que esta respuesta te ayude a avanzar un poco más, pero no dudes en volver a preguntar sobre posibles dudas más concretas que puedan surgir.
Muchos saludos!
Si eso tenía entendido, gracias.
Una última cosa con la que espero puedas ayudarme. Tengo la siguiente reacción química:
$$\begin{align}&C_mH_nO_xN_y+aO_2+bH_2O=cCO+dCO_2+eCH_4+fN_2+qH_2+hH_2O\end{align}$$Sé que tiene muchas supocisiones, pero quiero determinar los coeficientes a y b del oxígeno y vapor de agua del lado izquierdo. Conozco la composición química en %peso del carbón y la composición química en %mol de los compuestos a la derecha. Si conozco la masa total del gas generado, ¿cómo lo puedo hacer para determinar la relación de oxígeno/carbón, vapor/carbón y carbón/gas producto?
Lo que yo hice fue esto:
$$\begin{align}&m=c+d+e\\ &n+2b=4e+2h+2g\\ &x+2a+b=c+2d+h\\ &y=2f\end{align}$$Y de ahí no sé a qué equivalen los coeficientes, si a los moles de %mol o tengo que pasarlos a %peso...
Tu planteamiento de las ecuaciones estequiométricas es correcto:
m=c+d+e
n+2b=4e+2h+2g
x+2a+b=c+2d+h
y=2f
Los coeficientes equivalen a la estequiometría de la reacción, es decir, la proporción con la que se combinan las moléculas y en qué proporción se forman los productos.
Otro ejemplo sería la siguiente reacción siguiente que es la que actualmente más se utiliza industrialmente y es conocida como el proceso Haber-Bosch para la síntesis de amoniaco:
N2+ 3 H2 
2 NH3
En esta reacción se puede ver claramente que una molécula de nitrógeno (que consta de dos átomos de nitrógeno) formará 2 moléculas de amoniaco (ya que cada una solamente tiene un átomo de nitrógeno).
Así pues, puedes observar que es más simple si se tiene en cuenta el número de moles (que es lo mismo que número de moléculas, pero dicho de otra forma).
Con las masas también se puede resolver el problema, pero es un poco más largo ya que no es tan visual como utilizar los moles.
(Lo podrías hacer también con el número de moléculas, pero precisamente se inventó el "mol" para no tener que manejar números tan grandes.
Entonces lo que deberás hacer es pasar las masas dadas al número de moles que equivalga en cada caso utilizando las respectivas masas moleculares.
