situaciÓn no 3 ejercicio 5.11
TRANSCRIPT
SITUACIÓN No 3:
5.11. En un reactor experimental de mezcla, se estudio la descomposición en fase acuosa de A , obteniéndose los resultado de la Tabla 5-P11, correspondientes a experiencias en estado estacionario.
Calcúlese el tiempo de residencia necesario para obtener la conversión del 75% del reactante con una alimentación CA0 = 0,8 mol/litro:
a) En un reactor de flujo en pistónb) En un reactor de mezcla completa.
Tabla 5-P11 Concentración de A, mol/litro Tiempo de A la entrada En la salida residencia (s) 2,00 0,65 300 2,00 0,92 240 2,00 1,00 250 1.00 0,56 110 1,00 0,37 360 0,48 0,42 24 0,48 0,28 200 0,48 0,20 560
Información suministrada:
Reacción de descomposición
Fase acuosa
Estado estacionario
75% conversión de A
CA0 = 0,8 molL
Calcular:
Tiempo de residencia ¿?
Reactor de flujo en pistón (RFP)
Reactor de mezcla completa (RMC)
Tiempo de residencia (t)
Es el tiempo necesario para que se alcance una conversión XA, en condiciones de operación isotérmicas o no isotérmicas.
Tiempo de espacial (τ)
Tiempo necesario para tratar un volumen de alimentación igual al volumen de reactor, medido en condiciones determinadas
La información dada dice que la reacción ocurre en fase acuosa, es decir los reactivos son
líquidos, por lo tanto el tiempo de residencia t es igual al tiempo espacial τ , para ambos
reactores. t=τ
1. Reactor de flujo en pistón (RFP)
Se caracteriza porque el flujo del fluido a su través de el es ordenado, sin que ningún
elemento del mismo sobrepase o se mezcle con cualquier otro elemento situado antes o
después de aquél; en realidad, en este reactor puede haber mezcla lateral de fluido, pero
nunca ha de existir mezcla o difusión a lo largo de la trayectoria de flujo. La condición
necesaria y suficiente para que exista flujo en pistón es que el tiempo de residencia en el
reactor sea el mismo para todos los elementos del fluido.
La ecuación de diseño para RFP
τ=CA 0∫0
X Af dX A−r A
=−∫C A0
CA dC A
−rA Ec. 5-19 de Levenspiel
Para resolver esta integral se pueden utilizar 3 métodos: analítico, gráfico o numérico. Para
este caso se descarta la primera opción, debido a que se desconoce el orden de la reacción y
por ende la ecuación adecuada para sustituir en −r A; sin embargo se tiene una tabla de
datos experimentales que son muy útiles en el desarrollo gráfico o numérico.
La representación grafica de la ecuación de diseño es de la siguiente manera
1
−r A
C A Area=τ
C A0 C A
Método gráfico
Se desea conocer el área bajo la curva (τ ).
Area=ancho total∗alturamedia
De la tabla 5-P11 se pueden calculan los valores experimentales de −r A , utilizando la
ecuación de diseño para un reactor de mezcla completa:
τ=C A0−CA
−r A
Despejando
−r A=CA 0−C A
τ
Completando en la tabla se obtiene
τ=−∫0,2
0,8 dC A
−r A=ancho total∗alturamedia=(0,8−0,2 )mol
L∗614
L . smol
τ=368,4 s
0.2 0.28 0.37 0.42 0.56 0.65 0.92 10
500
1000
1500
2000
2500
Tiempo de residencia t (s)
Concentración de Reactivo A CA (mol/L)
1/-rA (L*s/mol)
Método numérico
Del apéndice A.3 del libro PRINCIPIOS ELEMENTALES DE LOS PROCESOS
QUIMICOS 2ed de FRELDER ROUSSEAU, se utiliza la ecuación A.3-2 de evaluación
numérica de integrales REGLA TRAPEZOIDAL
∫x1
xn
y ( x)dx≈ 12∑j=1
n−1
(x j+1−¿ x j)( y j+1+ y j)¿
Obteniendo un valor de
τ=360,6 s
Para realizar el cálculo se utilizo la herramienta Excel ejercicio 3.xlsx
Ec. 5-13 de Levenspiel
2. Reactor de mezcla completa (RMC)
Es el reactor en el que su contenido está perfectamente agitado, y su composición en cada
instante es la misma en todos los puntos del reactor. Por consiguiente, la corriente de salida
de este reactor tiene la misma composición que la del fluido contenido en el mismo
La ecuación de diseño para RMC
τ=C A0−CA
−r A
Para conoce la cantidad de CA se realiza un balance molar en estado estacionario
entra=sale+desaparece+acumula
entra=sale+desaparece
C Ao=CA+CAdes
C A=C Ao−C Ades
Se conoce lo que se convierte de C Ao=75 %, por lo tanto
C Ades=0,75∗CAo=0,75∗0,8molL
=0,6molL
De tal modo que lo que sale es:
C A= (0,8−0,6 )molL
=0,2molL
Para aplicar la ecuación de diseño aun falta el valor de −r A. Este se puede obtener de la
tabla de datos experimentales para CA= 0,2 mol/L, donde −r A=0,005molL∗s
τ=(0,8−0,2)
0,0005
molLmolL∗s
=¿
τ=1200 s
Realizado por:
Martínez Nury
Sotillo Ubencio