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

&#0 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 &#00 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.)&