DISEO DE REACTORES I ING. QUIMICA

Problema I Las reacciones paralelas en fase liquidas:

A ( B r1 = k1CAA ( C r2 = k2CASe efectan en un tanque agitado de 100 L operando en forma continua y politrpica. La alimentacin entra a 83C con una velocidad volumtrica de 100 L/min, y consiste en A puro con una concentracin inicial de 5 mol/L. determine la temperatura de operacin del reactor, T, y las concentraciones de las especies, CA, CB, CC, en el efluente asuma densidad constante.Datos adicionales: M = 93000 g/min(r H) 1 = -4200 cal/mol

(r H) 2 = -2000 cal/mol

Ta = 50C

Cp = 0,22 cal/g*K

U = 0.65 cal/min*cm2*K

A = 15400 cm2k1 = 3,16x1014 exp(-12500/T) min-1

k2 = 2,52x109 exp(-8500/T) min-1Problema II La reaccin elemental en fase gaseosa A 2B debe efectuarse en un reactor tubular continuo. La alimentacin, que est a 27C, consiste en 80% A y el resto de inertes. La velocidad de flujo volumtrico que entra al reactor a esta temperatura es 500 dm3/min, la concentracin de A en la alimentacin a 27C es 0.5 mol/dm3. Cuando el reactor opera adiabticamente, calcule la mxima conversin posible que puede alcanzar.(r H) 300K = -75000 J/mol

CpA = 12 J/mol*K

CpB = 10 J/mol*K

CpI = 15 J/mol*K

k1 (300K)= 0,217 min-1

k2 (400K)= 0,324 min-1

Kc (300K)= 70000Problema I

La hidrolisis en fase liquida de soluciones acuosas diluidas de anhdrido actico es un proceso de segundo orden (e irreversible) indicado por la reaccin:

(CH3CO)2O + H2O ( 2CH3COOH r1 = k1CAUn reactor intermitente para efectuar la hidrolisis se carga con 200 L de solucin de anhdrido a 15C y una concentracin de 2,16x10-4 (mol g/ cm3). El calor especifico y la densidad de la mezcla son constantes e iguales a 0,9 (cal / g C) y 1,05 (g / cm3). El calor de reaccin puede suponerse constante e igual a -50000 (cal / mol g), la velocidad de la reaccin ha sido investigada en cierto intervalo de temperaturas:

T (C)10152540

r (mol g / cm3 min)0,0567 C0,0806 C0,1580 C0,380 C

a) Explique porque la expresin de la velocidad puede escribirse como se muestra en la tabla, aun siendo una reaccin de segundo orden.

b) Si el reactor se enfra de manera que la operacin sea isotrmica a 15C Qu tiempo se necesitara para obtener una conversin del 70%?

c) Determine una expresin analtica para la velocidad de reaccin en trminos de temperatura y concentracin.

d) Qu tiempo se requiere para una conversin de 70% si el reactor opera adiabticamente?

Problema II

Est operando un reactor intermitente, la reaccin que se lleva a cabo en este es de primer orden en fase liquida y exotrmica. Se agrega un enfriador inerte a la mezcla de reaccin para controlar la temperatura. La temperatura se mantiene constante variando el flujo del enfriador. A ( B

a) Calcule el flujo del enfriador 2 horas despus de iniciada la reaccin.

b) Se propone que en lugar de alimentar un enfriador al reactor, se agregue un disolvente que pueda desprenderse con facilidad por ebullicin, inclusive a temperatura moderada. El disolvente tiene un calor de vaporizacin de 1000 Btu/lb e inicialmente hay 25 lb de mol de A colocadas en el tanque. El volumen inicial de disolvente y reactivo es de 300 pies3. Determine la velocidad de evaporacin del disolvente en funcin del tiempo. Cul es el flujo al trmino de las 2 horas?

Informacin adicional: Temperatura de la reaccin: 100F; valor de k a 100F: 1,2x10-4 s-1; Temperatura del enfriador: 80F; Capacidad calorfica de todos los componente: 0,5 Btu/ lb F; Densidad de todos los componentes: 50 lb/pies3; r H = -25000 Btu/ lb mol; inicialmente el recipiente contiene solo A (No hay B ni C) donde CA0: 0,5 lb mol/pies3 y volumen inicial: 50 pies3.Problema I

La reaccin exotrmica reversible:

A + B ( C + D (- rA )= k1CA CB - k2CC CDSera efectuada en solucin dentro de un reactor agitado discontinuo adiabtico. Al comienzo de cada carga, el reactor contiene 100 dm3 de una solucin de A y B con una concentracin de 5 mol/dm3 (CA0 = CB0 = 5 mol/dm3) a una temperatura de 300 K. El contenido del reactor tiene una densidad de 1 Kg/dm3 y una capacidad calorfica de 4200 J/Kg*K, las constantes de reaccin estn dadas por:k1 = 5x104 exp (-5000/T) dm3* mol-1*min-1

k2 = 1x1011 exp (-11000/T) dm3* mol-1*min-1

Donde T es la temperatura en Kelvins:

a) Escriba los balances de masa y energa en trminos de una sola concentracin o variable de conversin.b) Calcule la conversin mxima de los reactivos que puede ser obtenida en este reactor adiabtico discontinuo para las condiciones dadas.

c) Calcule el tiempo requerido para convertir 50% de los reactivos en productos.

Problema II

Para la misma reaccin descrita en el problema anterior ser efectuada en un reactor de flujo continuo (RTAC). El volumen del reactor es de 100 dm3, la corriente de alimentacin contiene 15 mol/ dm3 de cada uno de los reactivos (de A y B) y no contiene C o D. la velocidad de flujo de alimentacin es 85 dm3/min. Otros parmetros son iguales a los del problema previo. Escriba los balances de masa y energa para este sistema y resulvalos para encontrar la temperatura y composicin estacionarias en el reactor. Asegrese de resolver para todos los posibles estados estacionarios.Problema I

Se desea disear un reactor de flujo tubular para la produccin de butadieno a partir de buteno indicado por la reaccin en fase gaseosa:

C4H8 ( C4H6 + H2

La composicin de la alimentacin es 10 mol de vapor por 1 mol de buteno, sin butadieno ni hidrogeno. El reactor opera a 2 atm de presin con una temperatura a la entrada de 922 K. La velocidad de reaccin corresponde a una ecuacin irreversible de primer orden, su constante de velocidad k en funcin de la temperatura es: T (K)922900877855832

k (mol/h-L-atm)114,92,040,850,31

El calor de reaccin puede suponerse constante e igual a 110 (KJ / mol). Anlogamente, el calor especifico de la corriente es constante e igual a 2,1 (KJ / Kg K). Se desea determinar la conversin en funcin del volumen del reactor operando adiabticamente, cuando la velocidad de alimentacin de buteno es 908 (mol/h), y de vapor de agua 9080 (mol/h). Demuestre su habilidad para resolver este tipo de problema, calculando el volumen del reactor para conversiones (de butenos) de 10% y 20%. Sugiera que cambios se deben hacer en las condiciones de operacin para reducir el volumen requerido para una conversin determinada.Problema II

La reaccin orgnica elemental irreversible en fase liquida.

A + B ( CSe efectuara adiabticamente en un reactor de flujo. Una alimentacin equimolar en A y B entra a 27C, y su velocidad de flujo volumtrico es 2 dm3/s. Calcule la conversin que puede alcanzarse en un tanque de 500 dm3 y en dos tanques en serie de 250 dm3 cada uno.Informacin adicional:

HA (273K) = -20 Kcal/mol HB (273K) = -15 Kcal/mol HC (273K) = -41 Kcal/mol

CpA = CpB = 15 cal/mol*K

CpC = 30 cal/mol*K

CA0 = 0,1 Kmol/m3k (300K)= 0,01 dm3/mol-sE = 10000 cal mol-1