Proceso Deacon: cloro a partir de HCl con aire en exceso

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

El proceso Deacon oxida el cloruro de hidrógeno para recuperar cloro. Es un buen ejercicio de reactivo en exceso que no es combustión: el oxígeno teórico se calcula con la estequiometría de esta reacción, no con la fórmula de combustión.

Enunciado

Se alimentan 100 kmol/h de HCl a un reactor con aire en 25 % de exceso respecto a la reacción 4 HCl + O₂ → 2 Cl₂ + 2 H₂O. La conversión de HCl es 75 %. Calcula la composición de los gases de salida.

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Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

2. Datos, unidades y notación

Reacciones:

R1: 4 HCl + O₂ → 2 Cl₂ + 2 H₂O

Notación:

ṅ_i,F = flujo molar del componente i en la corriente F (kmol/h).
ṅ_F = Σ_i ṅ_i,F (kmol/h); ṁ_F = Σ_i M_i ṅ_i,F (kg/h).
ξ_R = grado de avance de la reacción R (kmol/h). Sale = Entra + Σ ν_i ξ.

3. Análisis de grados de libertad

Subsistema	Variables	Balances	Datos y relaciones	GL
Reactor R	9	5	4	0
Sistema completo	9	9 ecuaciones		0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

Dato · F ṅ_F = 100 kmol/h
Dato · A ṅ_O2,A = 0.21 ṅ_A
Balance · R ṅ_HCl,G = ṅ_HCl,F − 4 ξ_R1
Balance · R ṅ_O2,G = ṅ_O2,A − ξ_R1
Balance · R ṅ_N2,G = ṅ_N2,A
Balance · R ṅ_Cl2,G = 2 ξ_R1
Balance · R ṅ_H2O,G = 2 ξ_R1
Relación ṅ_HCl,F − ṅ_HCl,G = 0.75 · ṅ_HCl,Fconversión en un paso de HCl
Relación ṅ_O2,A = (1 + 0.25) · (0.25 ṅ_HCl,F)O₂ teórico = 0.25 ṅ_HCl,F

5. Solución paso a paso

De la ecuación (1) ⇒ ṅ_HCl,F = 100 kmol/h
De la ecuación (8): (100) − ṅ_HCl,G = 0.75 · (100) ⇒ ṅ_HCl,G = 25 kmol/h
De la ecuación (9): ṅ_O2,A = (1 + 0.25) · (0.25 (100)) ⇒ ṅ_O2,A = 31.25 kmol/h
De la ecuación (2): (31.25) = 0.21 ṅ_A ⇒ ṅ_N2,A = 117.56 kmol/h
De la ecuación (3): (25) = (100) − 4 ξ_R1 ⇒ ξ_R1 = 18.75 kmol/h
De la ecuación (4): ṅ_O2,G = (31.25) − (18.75) ⇒ ṅ_O2,G = 12.5 kmol/h
De la ecuación (5): ṅ_N2,G = (117.56) ⇒ ṅ_N2,G = 117.56 kmol/h
De la ecuación (6): ṅ_Cl2,G = 2 (18.75) ⇒ ṅ_Cl2,G = 37.5 kmol/h
De la ecuación (7): ṅ_H2O,G = 2 (18.75) ⇒ ṅ_H2O,G = 37.5 kmol/h

6. Resultados

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
HCl	100	1	3,646.1	1
Total	100	1	3,646.1	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
O₂	31.25	0.21	999.94	0.2329
N₂	117.56	0.79	3,293.3	0.7671
Total	148.81	1	4,293.3	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
HCl	25	0.1087	911.53	0.1148
O₂	12.5	0.05433	399.98	0.05038
N₂	117.56	0.511	3,293.3	0.4148
Cl₂	37.5	0.163	2,659	0.3349
H₂O	37.5	0.163	675.56	0.08509
Total	230.06	1	7,939.4	1

Otras incógnitas	Valor
ξ_R1	18.75 kmol/h

7. Verificación (entra + genera = sale)

Equipo	Balance	Entra	Genera	Sale	Error
Reactor R	Balance de HCl	100	-75	25	✓ 1.6 × 10^-9 %
Reactor R	Balance de O₂	31.25	-18.75	12.5	✓ 1.5 × 10^-9 %
Reactor R	Balance de N₂	117.56	0	117.56	✓ 3.6 × 10^-9 %
Reactor R	Balance de Cl₂	0	37.5	37.5	✓ 4.4 × 10^-9 %
Reactor R	Balance de H₂O	0	37.5	37.5	✓ 2.9 × 10^-9 %
Reactor R	Masa total	7,939.4	0	7,939.4	✓ 3.6 × 10^-9 %
Reactor R	Átomos de H	100	0	100	✓ 6.1 × 10^-10 %
Reactor R	Átomos de Cl	100	0	100	✓ 4.9 × 10^-9 %
Reactor R	Átomos de O	62.5	0	62.5	✓ 2.9 × 10^-10 %
Reactor R	Átomos de N	235.12	0	235.12	✓ 3.6 × 10^-9 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10^-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

O₂ teórico: 100 / 4 = 25 kmol/h. Con 25 % de exceso se alimentan 31.25 kmol/h de O₂ y 117.56 kmol/h de N₂ (aire = 148.81 kmol/h).
Reaccionan 0.75 × 100 = 75 kmol/h de HCl, así que ξ = 75 / 4 = 18.75 kmol/h.
Salida: HCl 25, O₂ 31.25 − 18.75 = 12.5, Cl₂ 37.5, H₂O 37.5 y N₂ 117.56 kmol/h; en total 230.06 kmol/h.
El exceso se calcula sobre lo que pediría el HCl alimentado, aunque solo reaccione el 75 %.

Errores comunes

Calcular el exceso de O₂ sobre el HCl que reacciona (75 kmol/h) en lugar del alimentado (100 kmol/h).
Usar la fórmula de O₂ teórico para combustión: esta reacción no produce CO₂ ni consume carbono.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se captura un exceso que no es de combustión?

En «Reactivo en exceso» elige «Respecto a otro reactivo»: aquí, 0.25 mol de O₂ por mol de HCl.

¿Por qué la conversión no es completa?

La reacción está limitada por el equilibrio a las temperaturas de operación; por eso en la práctica se separa el HCl y se recicla.

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