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7/21/2019 Problemas Propuestos
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Problemas propuestos de Ing. de las Reacciones
Químicas I
1. Determine el volumen necesario para producir 1000 kg diarios de
producto B en un reactor batch. La reacción ocurre en fase liquida según:
2 A❑
⇔
B+C
La ecuación cintica a la temperatura de operación es:
−r A=k
1
C A
C B
0.5−k
2C
C
1.5
Donde: k1 ! 0.0"0# mol0.#$lt 0.#min % k& ! 0.0011 lt0.#$mol0.#min. 'ada
lote se opera hasta una conversión de 0.() % se traba*a dos turnos por
d+a de ) horas c$u. ,ntes de operar por primera ve- durante el d+a. Los
preparativos % cargar la materia prima toma &# minutos. Despus toma)minutos descargar % limpiar % 1& minutos adicionales preparar la
alimentación % cargar al reactor. ,ntes de abandonar el último turno se
necesitan /& minutos para descarga % limpie-a despus de la última
carga del d+a. s permisible de*ar una operación intermedia en cualquier
punto a la hora de hacer el cambio de turno. La alimentación contiene
0.1# de ,. l peso molecular de B es /0#.2pta: t ! &".033 min. 4 5 ! &&/0 L.
&. La reacción en fase liquida A→B+C tiene una cintica de reacción:
−r A= k 1C A
0.5
1+k 2C A
Donde k1! & % k& ! /. 6ara ',o ! 0.&# % 7,o !&0 mol$s determine:a8 l volumen de un '92 para una conversión de #0;b8 l volumen de un 672 para una conversión de )0;
2pta: a8 5 '92! 1(."# L. b8 5672 !/1.&# L.
/. La reacción en fase liquida se lleva a cabo a &3 <' según la
estequiometria, = &B >2
La ecuación cintica es: −r A=kC AC B
Donde k ! 0.1# L$mol. min?1. La alimentación es ',o ! # % 'Bo ! 1#
para una conversión de )0; calculea8 l tiempo de reacción en un reactor Batchb8 l tiempo espacial para un '92c8 l tiempo espacial para un 672
2pta: a8 t ! 1.1/ min. b8 @ ! /.)1 min % c8 @ ! 1.1/ min.
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". La descomposición trmica de la fosAna ocurre isotrmicamente en fase
gaseosa en un reactor de u*o sin ca+da de presión.
2 P H
3 (g)→P2 (g)+3 H 2(g )
La constante cintica a /00 C es k ! /0 L$mol. min ?1 % la energ+a de
activación es .)# kE$mol. La fosAna ingresa al reactor a 10 atm % #00 C
con una velocidad de u*o molar de &# mol$min. 'alcule para una
conversión de )0;.a8 l volumen de un '92b8 l volumen de un 672c8 l tiempo de reacción para una conversión de (0; operando en un
reactor Batch.2pta: a8 5'92 ! /0&. L b8 5672 ! #0."/ L % c8 t ! "&.( segundos
#. La reacción &, >2 en fase liquida es de &do orden % ocurre en una
bater+a de reactores que se observa en el siguiente esquema:
&0 L "0 L
F Ao F As
X Ao ! 0 X As
#0 L #0 L
La ecuación cintica es: ?r,! k',&
6ara 7,o ! 100 mol$min ',o ! 1 % k ! &.# L$mol min?1 calcule la
conversión mFGima de salida del componente , en la bater+a de
reactores.
2pta: H , ! 0.33&
.9e desea reali-ar la isomeri-ación irreversible en fase liquida del reactivo
, de acuerdo con la reacción: , >2
6ara el efecto se dispone de un sistema industrial de dos reactores
continuos '92 de /3)#." L cada uno conectados en serie. 'omo se
requiere procesar una corriente de , puro a ra-ón de 1#1." L$h con una
concentración inicial de /. de , la reacción se reali-a
adiabFticamente alimentando a &0 <' la carga del primer reactor.
D,I9: k ! &.(G101"e?1"&$ h?1 en CJ K2M&()8 ! ?&0#00
cal$mol
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Las capacidades calor+Acas se consideran independientes de la
temperatura 'p, ! 'p2 ! 1&# Mcal$mol C8. l peso molecular de 2 es
� g$mol. 'alcule:a8
La temperatura % conversión de salida en el primer reactorb8 La temperatura % conversión de salida en el segundo reactorc8
Los Cg de 2 que se obtendrF despus de 3000 horas de operación.
2pta: a8 "10.3 C % H,1 ! 0.31) b8 ! "#.# C % H,& ! 0.((3 % c8
m2 ! (#0)/ kg
3.'onsiderando la siguiente reacción en fase gaseosa: , = B > & 2 = 9
'omo alimentación se dispone de una me-cla equimolar de los reactivos
, % B a /&3 <' % 1 atm. 9e desea obtener una conversión de 0;
determine el tiempo espacial:a8
6ara un reactor '92 si opera isotrmicamente % cuando opera
adiabFticamente.b8
6ara un reactor 672 operando isotrmicamente % adiabFticamente.
Datos: k ! 103.#e?&3#00$2 L$mol.s?1 2 ! 1.()3 cal$mol CJ
K2M&()8 ! ?/0000 cal$mol.
Las capacidades calor+Acas en fase gas pueden ser consideradas
independientes de la temperatura: 'omponente , B 2
9
'p Mcal$mol C8 /.) &0.& &).# &#
2pta: a8 @ !&0#"13 seg. 4 @ ! 1"3&.& seg. b8 @ ! ((3.3 seg
).n un reactor tipo tanque agitado cubierto de un aislante trmico que
permite su operación en forma adiabFtica se efectúa la reacción
irreversible en fase gas: & , > 2 = 9
l reactor es alimentado con el reactivo , puro a 100 <' % & atm de
presión % se desea un grado de conversión del #0;.
a8Determine el tiempo espacial si el reactor opera en forma continua %
presión constante de & atmosferas.
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b8'alcule el tiempo de reacción si opera en forma discontinua a
volumen constante.
Datos: 'p,! " cal$molC 'p2 !/ cal$mol C % 'p9 ! & cal$mol C.
K2M&()8 ! ?13000 cal$mol. a! )000 cal$mol 7actor de frecuencia
Co ! /G10& ML$mol. min?18
2pta: a8 @ ! &&.# min % b8 t ! #/ min.
(.n un reactor tubular ideal % adiabFtico se lleva a cabo la reacción
elemental e irreversible: , = B > & 2. 9e alimenta una corriente que
contiene 10 ; molar de , 10; molar de B % )0; molar de un gas inerte
a /00 <' % " atm de presión.a8
'alcule el tiempo espacial del reactor para una conversión de )0;b8
'alcule el tiempo espacial si el reactor tubular se sustitu%e por uno
de me-cla completa adiabFtico ba*o las mismas condiciones de
operación % conversión.
Datos: 'p,! 'pB ! 'p2 ! 'pN ! 1" cal$mol C. K2M/008 ! ?1/000
cal$mol.
k ! /.)G10 e?)000$ ML$mol. min?18
2pta: a8 @ ! #/.)/ min % b8 @ ! 1)".)3 min.
10.9e tiene un rector de recirculación cu%a capacidad es de � L donde
se lleva a cabo la reacción elemental en fase liquida siguiente: , = B >
2 = 9.
La alimentación se suministra cada # L$min con lo que se obtienen un
30; de conversión cuando se traba*a con iguales concentraciones de
reactivos % opera con una recirculación de 1.& se piensa aOadir a esta
unidad un tanque agitado '92 del mismo volumen colocFndolo a la
salida del reactor tubular % el cual opera a rgimen permanente.
Determine la conversión a la salida del segundo reactor
2pta: H,& ! 0.)&