Problemas de Reactores

8/14/2019 Problemas de Reactores

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Martha Leticia Hernndez Pichardo Pgina 1

REACCIONES SIMPLESPROBLEMA 1 (bsico)

La siguiente reaccin de dimerizacin 2A P transcurre en fase gas a 326 C,obtenindose los siguientes datos en un reactor intermitente a volumen constantepartiendo de A puro.

Tiempo (min) 0 20.78 49.50 77.57 103.58

Presin (mmHg) 632 557.9 498.8 463.5 441.1

Calcule la constante de velocidad y el orden de la reaccin.

PROBLEMA 2 (bsico)

La reaccin A2R se lleva a cabo en un reactor hermtico a volumen

constante, partiendo de una mezcla gaseosa que consiste de 50%mol deun gas inerte a una presin de 3 atm y 200C. Si la constante de rapidez a

200C tiene un valor de 3.4x10-2

min1

, calcule:

A) El tiempo de vida media de la reaccin a 200C

B) El tiempo requerido para alcanzar 75% de conversin del reactivoA a 200C

C) El tiempo en el cual la concentracin de R es igual a la mitadde la concentracin inicial de A a 200C

PROBLEMA 3 (bsico)

Para la reaccin en fase liquida 2AR se han obtenido los siguientes datos

T (C) K (L/mol

min)200 12.69

500 300.00

Determine la concentracin de A a los 10 minutos de iniciada lareaccin si se parte de C

A0= 2mol/L a 100C.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS


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PROBLEMA 4 (bsico)

La reaccin de descomposicin en fase gaseosa A Productos ha sidoestudiada en un reactor intermitente a volumen constante, obtenindose lossiguientes datos del tiempo de vida media a diferentes temperaturas partiendode la misma concentracin inicial en cada experimento. Encuentre el valor de laenerga de activacin de la reaccin, si la reaccin es elemental.

No. de Exp 1 2 3

T (C) 300 200 150

t1/2

(s) 3.9 x 10-5

3.9 x 10-3

8.8 x 10-2

PROBLEMA 5 (bsico)

La reaccin irreversible en fase gas A R + S, se lleva a caboisotrmicamente a 200 C en un reactor hermtico a volumen constante.

La cintica de reaccin es: -rA=0.0073mo1/L-h. Calcule el tiempo en el cualla conversin es de 95 %, si la reaccin se inicia con las siguientes presionesparciales: P

A0= 0.5 atm y P

I0= 0.5 atm.

PROBLEMA 6 (bsico)

Los siguientes datos fueron reportados para la descomposicin en fasegaseosa y a 504 C del di-metil-eter puro en un reactor intermitente avolumen constante:

(CH3)2O CH

4+ H

2+ CO

t (s) 390 777 1195 3155

P (mmHg) 408 488 562 799 933

Suponiendo que la reaccin es irreversible, determinar:

a) La presin total inicial

b) El orden y la constante de velocidad

PROBLEMA 7 (bsico)

En un reactor intermitente que opera a 200 C y 1 atm de presin inicial seIIeva a cabo la reaccin A 2R, en fase gas y a volumen constante. Se


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realiz un experimento alimentando 50% del reactivo A y 50 % de inertes,obtenindose los siguientes datos:

t (min) 5 15 30 40 50 80

P (psia) 15.53 16.72 17.93 18.37 18.81 19.65

Obtener:

1. El modelo cintico

2. La cantidad de reactivo presente en el sistema despus de haber transcurrido1 h de iniciada la reaccin.

3. La presin total mxima alcanzada en el reactor

4. El tiempo de vida media

5. La energa de activacin de la reaccin, si se ha encontrado en la bibliografa

que la misma reaccin a 300 C tiene un constante de velocidad de37.8 L mol

-1min

-1.

6. La temperatura a la que debe operar el reactor para lograr el 50 % deconversin en 1200 s.

7. La temperatura a la que debe operar el reactor para lograr el 50 % deconversin en 1200 s, si se alimenta A puro a 3 atm de presin.

PROBLEMA 8 (bsico)

El xido nitroso se descompone de acuerdo a la siguiente reaccin:

2N2O2N

2+ O

2

la constante de velocidad determinada experimentalmente a 895 C es: k= 977

cm3/mols, en un reactor a volumen constante, si se parte de una presin total

inicial de 1 atm.

Cul es la conversin en 1, 10 y 600 s?

PROBLEMA 9 (bsico)

La reaccin en fase lquida A R + 2S se llev a cabo en un reactor batch a25C, obtenindose los datos siguientes de tiempo y de concentracin delproducto S para C

A0= 0.2 mol/L.


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t (min) 0 10 20 30 40 50

CS(mol/L) 0 0.178 0.246 0.282 0.305 0.320

Determine el orden y la constante de velocidad de reaccin por los

mtodos integral y diferencial.


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PROBLEMA 1 (tipo examen)

La descomposicin trmica, en fase gaseosa de un compuesto A se llevo a caboen un reactor intermitente a volumen constante y a 826 C:

Tiempo (min) 0 200 400 600 1000

Presin total (mmHg) 205 228 250 273 318

Si se alimento compuesto puro y la reaccin es: 2A R + 3S, determinar:

A) El orden y la constante de velocidad de la reaccin.

B) El tiempo de vida media.

C) La presin total que se tendr en el reactor al finalizar la reaccin.

D) La velocidad de reaccin a los 0, 60, 600, y 6000 minutos

E) El tiempo en el cual la presin parcial de A es igual a la presinparcial de S.

F) El tiempo que tarda en alcanzarse el 10% de conversin.

G) La conversin al tiempo del inciso (F) si la reaccin se lleva a cabo a900 C con la misma presin total inicial y sabiendo que la energa deactivacin de la reaccin es de 13 Kcal /mol.


La reaccin en fase gaseosa 2A R, se lleva a cabo en un reactordiscontinuo a volumen constante a 300 C. Si se parte de una mezcla queconsiste de 40% mol de A y 60% mol de un gas inerte a 2 atm de presin y

se tiene una constante de velocidad de 1.2 (mol/L)- 1

min- 1

a 300 C,calcular:

a) El tiempo requerido para alcanzar el 80% de conversin a 300 C

b) La presin total alcanzada al finalizar la reaccin a 300 C.

c) El tiempo de vida media a 300C

d) El tiempo en el cual la concentracin de A es igual a la concentracinde R a 500 C, si la energa de activacin es de 10 kcal/mol

e) El tiempo en el cual la presin parcial de A es igual a lacorrespondiente de R a 200 C.


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f) La temperatura a la que debe opera el reactor para obtener unaconversin del 50% en 10 min, si se alimenta el compuesto A puro a lapresin de 2 atm.


La reaccin en fase acuosa del reactivo A, puede representarse por la reaccin

A R, se obtuvieron los siguientes datos experimentales a 70 C en un reactorintermitente.

t (min) 0 20 40 60 80 100

CA

(gmol/m3) 1000 412 306 255 222 200

Determinar:

A) El orden y la contante de velocidad de reaccin a 70 C

B) El tiempo de vida media a 70C

C) El tiempo requerido para obtener el 88% de conversin.

D) SI se quiere obtener el 88% de conversin en una hora a quetemperatura deber operar el reactor, sabiendo que la energade activacin de la reaccin es de 10450 cal/gmol de A, usandola misma C

A0.

E) La concentracin de R a los 25 minutos de reaccin a 70C


Para la reaccin en fase gaseosa A R+S se tienen los siguientes datos a30 C:

CA

(gmol/m3)

66 81 108 141

-rA

(gmol/m3min) 0.0848 0.0902 0.100 0.112

A) Encontrar el modelo cintico para esta reaccin.

B) Si la temperatura se incrementa a 45C la velocidad e reaccinsube un 75% Qu valor tiene la energa de activacin?


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C) Si a 30C y 5 atm de presin se tiene A puro en un reactordiscontinuo a volumen constante en cunto tiempo (en minutos) setendr que C

A= C

R= C

S?

D) Si al reactor de volumen constante se alimenta en gas que

contiene 50% mol de A y 50% mol de inertes a las condiciones de 5atmosferas de presin y 50C de temperatura En cunto tiempo seobtiene el 80% de conversin de A?


El compuesto A se descompone trmicamente con una cintica deorden 1.5 segn la reaccin en fase gaseosa: A 2R.

En un recipiente a volumen constante, dotado de un manmetro, se llevo

a cabo la reaccin con A puro, en un primer experimento alcanzandouna presin de 80 mmHg. Todo el experimento se realizo en un bao detemperatura constante a 200C.

En un segundo experimento realizado en un bao a 300 C y A puro, lapresin total fue de 26 mmHg a los 48 minutos y de 30 mmHg al finalizar lareaccin.

Calcular:

a) La constante de la reaccin a 200C y 300C. (3puntos)

b) La energa de activacin de la reaccin. (1punto)

c) La presin total a los 10 minutos si se carga el reactor con 50% mol deA y 50 % mol de un gas inerte a una presin total inicial de 20 mmHg yla reaccin se realiza a 500C. (2 punto)


6a) La descomposicin del reactivo A en fase gaseosa se puede representarpor la reaccin 2A R. Si esta reaccin se lleva a cabo a 150 C en un reactorintermitente a volumen constante, siguiendo la variacin de la concentracin delreactivo A con el tiempo, cuando se alimenta una mezcla que contiene 40%

mol de reactivo y el resto de inertes a una presin de 2 atm, se obtienen lossiguientes resultados experimentales:

t (min) 10 50 100 150 200

CA

(mol/L) 0.0188 0.0109 0.0072 0.0053 0.0042


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a) Determine la ecuacin que describa el comportamiento cintico de lareaccin.

b) En que tiempo se alcanzar una conversin del 85 % a esta

temperatura?.

c) Cul ser la presin total al finalizar la reaccin?.

d) Determine el tiempo de vida media de la reaccin a 150 y 200 Cempleando la misma composicin de alimentacin inicial a 2 atm, si laenerga de activacin de la reaccin es de 10.5 kcal/mol.

e) A qu temperatura deber operar el reactor para obtener unaconversin del 50 % en 10 min, si se alimenta el compuesto A puro a lapresin de 2 atm?.

Respuestas:

a)rA=0.966 C

A

2; b) t = 253.4 min; c) P = 1.6 atm ; d) t

1/2(150 C)= 44.74 min,

t1/2

(200 C)= 13.38 min ; e) T = 172.7 C.

6b) Se efectu la reaccin en fase gaseosa A R + S, partiendo de lassiguientes presiones parciales del reactivo y de inertes respectivamente: P

A0

= 1.2 atm y PI0

= 0.8 atm; obtenindose un valor de la constante cintica de

k= 0.794 Lmol-1

min-1

, cuando la reaccin se realiz isotrmicamente a 350

C en un reactor de volumen variable a presin constante.

Determine el tiempo en el tiempo al cual se alcanzar una conversin del 80 % aesta temperatura.

PROBLEMA 7 ??

Se estudio la descomposicin trmica de un compuesto A en fase gaseosa, midiendo elaumento de presin en un recipiente de reaccin a volumen constante, a 502 C y unapresin inicial de 312 mmHg obtenindose los siguientes datos:

Tiempo (s) 390 777 1195 3155

Presin total (mmHg) 408 489 563 775 931

Si se parti de reactivo puro y la reaccin fue: A R + S + T,determinar:

A) La ecuacin de velocidad.

B) El tiempo de vida media.


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C) La concentracin de R a los 10 minutos de reaccin.

D) La velocidad inicial.

E) El tiempo en el cual la presin parcial de A es igual a la suma de laspresiones parciales de S y T.

F) El tiempo requerido par obtener 90% de conversin del reactivo.

G) La conversin del tiempo del inciso (F) si la reaccin se lleva a cabo a600C con la misma presin total inicial y sabiendo que la energa deactivacin de la reaccin es de 10.4 Kcal/mol.

PROBLEMA 8

La reaccin en fase liquida A R + S se estudio a dos temperaturasobtenindose los siguientes datos experimentales:

A 30C

t (min) CA

mol/ ml

0 1.010 0.171

20 0.1240 0.087

60 0.07980 0.061

100 0.055

A 50 C

Calcular:

A) La ecuacin cintica a 30C.

B) Los valores del parmetro A y la energa de activacin de la ecuacin de Arrhenius.

t (min) CA

mol/ ml

0 1.0

5 0.1810 0.12715 0.104

20 0.09


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Martha Leticia Hernndez Pichardo

C) A que otra temperatura deber operar el reactor para obtener un 85% de conversin en una

hora con CA0

= 1 mol /litro.

D) Si la reaccin se realiza a 40 C durante 15 minutos alimentando nicamente el reactivo A

puro con CAo

= 1 mol/litro. Cul es la concentracin de los productos de salida?


Establecer la ecuacin cintica para la siguiente reaccin irreversible:

A B +C

Se dispone de la informacin obtenida a la temperatura de 87 C y presin absoluta de 3atm, para un sistema reaccionante en fase gaseosa, que tena un volumen inicial de 50 ml.Si se parte de una mezcla de reactante A que contiene 50% de inertes, sin producto algunoal comienzo de la reaccin se obtienen los siguientes datos cinticos:

Tiempo (h) 0.132 0.305 0.538 0.863 1.337 2.077 3.359 6.021 14.312

V (ml) 52.5 55.0 57.5 60.0 62.5 65.0 67.5 70.0 72.5


Establecer la ecuacin cintica para la siguiente reaccin irreversible A B +C

Se dispone de la informacin obtenida a la temperatura de 87 C y presin absoluta de 5Atm. Constantes para un sistema reaccionante en fase gaseosa, que tena un volumeninicial de 500 ml y se parte de reactante A que contiene 50% de inertes, sin producto algunoal comienzo de la reaccin.

t (h) 0 0.05 0.115 0.203 0.326 0.505 0.785 1.269 2.275 5.407

V(mL)

500 525 550 575 600 625 650 675 700 725

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