1. CINÉTICA Y REACTORES IDEALES Año 2010 1.1.- La descomposición del óxido de etileno, C 2H4O Æ CH4 + CO, se realiza a 687 K y a volumen constante. Se obtuvieron los sigui entes resultados: Ptot (torr) t (s) 116.5 0 122.6 300 125.7 420 128.7 540 133.2 720 141.4 1080 Determinar la velocidad de reacción de cada componente. 1.2.- En una polimerización en fase gaseosa y a temperatura y presión constante desaparece el 20% de monómero en 34 minutos partiendo de la concentración inicial del monómero de 0.04 mol/L y también cuando se parte de 0.8 mol /L. Hallar la expresión cinética y la constante de reacc ión. 1.3.- a) Una reacción homogénea en fase gaseosa A Æ 2.5 R se lleva a cabo en un rea ctor discontinuo a 2 atm de presión total, agregando un 20% de inerte al 100% orig inal. En 20 minutos el volumen aumenta 60%. Determinar la constante de velocidad de reacción sabiendo que sigue una cinética de primer orden. b) Determinar el tiemp o necesario para que en un sistema cerrado (volumen constante) la presión total fi nal es de 8 atm y la inicial, 5 atm. Se sabe que la presión parcial de inertes es de 2 atm. 1.4.- Para la reacción de orden cero, A Æ rR, que se efectúa en una bomba de volumen constante, con 20% de inertes, la presión se eleva de 1 a 1.3 atm en 2 mi nutos. Para la misma reacción efectuada en un reactor discontinuo de presión constan te, ¿cuál es la variación fraccional de volumen en 4 minutos si la alimentación está a 3 a tm y contiene 40% de inertes? 1.5.- Calcúlese el orden global de la reacción irrever sible 2H2 + 2NO Æ N2 + 2H2O a partir de los siguientes datos a volumen constante, empleando cantidades equimoleculares de H2 y NO: Presión total inicial (mmHg) t1/2 (s) 200 265 240 186 280 115 320 104 326 67 1.6.- La oxidación irreversible del KI por persulfato de potasio fue acompañada reco giendo muestras en varios tiempos. Se analiza el Yodo liberado titulando con tio sulfato de potasio. El KI está en exceso. Se obtuvieron los siguientes resultados a 25°C: t (min) 0 5 10 gasto (mL) 0 5.80 9.80 Determinar la velocidad de reacción. 1 5 12.60 20 14.50 25 15.80 30 16.80 ∞ 18.80 1.7.- La reacción entre la trietilamina y el yoduro de metilo se da a 20°C: (C2H5)3N + CH3I Æ CH3(C2H5)3NI 02 5 5 2. 79.11. (CH3CHO Æ CH4 + CO) se obtuvieron las siguientes conversiones en función del tiempo: t (s) 12.212 Determin ar la velocidad de reacción.183 90 0.24 154.15 8 2.6 0. 40 0.94% de reactante A y de 23.5 0. 2 min (mmH ) 189.5 1. temperatura suficientemente baja para que la reacción no transc urra en extensión apreciable.1823 36 0.9.36 259. 1.4 XA 0..90 3 1.5 1. Deduzca una ecuación cinética que se ajuste a estos datos expresando las unid ades en mol. La oper ación se efectúa a 14°C. se evacua y se car a después con una mezcla de 76.95 3. 400 376. se acompañó la reacción titulando con CCl4 y determinando la concentración de amina no rea ccionada de acuerdo con la tabla siguiente: t (min) 10 CA (mol/L) 0.1025 160 0. transcurre de acuerdo con los datos si uientes: tiempo (min) CA (mol/L) 0 0. La temperatura se eleva rápidamente a 100°C sumer iendo la bomba en a ua hirviendo.4 800 713.84 2..4 0.224 mol/L para cada reactivo.En la descomposición del dioxano (1.12 7 2. litro y minuto. CSo = 55 mol/L 1. se ún la tabla.5 1.1453 65 0.08 6 2.2 Determinar la ex presión de velocidad.47 1.Partiendo de condiciones iniciales iguales de 0. 200 pAo (mmH ) pA.La conversión del ácido γ-hidroxibutírico en fase acuosa a 25°C.175 La ecuación estequiométrica es A Æ 2R y después de un tiempo suficiente la reacción se com pleta.06% de inertes a la presión total de 1 atm.13 Determinar la velocidad de reacción.65 1. A Æ R + S.8.5 1.0494 CRo = 0 CAo = 0.4 dietilendióxido) a 504°C a volumen consta nte se ha determinado la presión a los 2 minutos partiendo de diferentes presiones iniciales.149 150 0.8 33..05 0.10.084 1.8 .1216 100 0. obteniéndose los si uientes datos: t (min) PT (atm) 0.50 1 1.0 600 544.Una pequeña bomba de reacción a volumen constante.99 4 2.En el estudio de descomposición del acetaldehido a 518°C y a presión atmosférica.122 300 0.1823 mol/L Deduzca la ecuación cinética.76 2 1. equipada con un dispositiv o sensible para la medida de presión.0795 ∞ 0.. se realiza a 22.5 mol/L de ácido sulfúrico y de sulfato de dietilo.7 ∞ 9.min) 0... En el laboratorio y a 50°C se reco en muestras de 100 mL a diferentes tiempos neutraliz ando el HCl con NaOH 0.05 1.2 0..1 6 8.7 0 . Soc.5 0.042 Calcúlese el tiempo que ha de reaccionar cada car a para que la concentración descie nda de CAo = 1.5 Determinar el volumen de un reactor batch para producir 453 k /día en dos turnos d e 8 horas.14. la estequiometría es A Æ R y la velocidad de reacción es la ind icada en la si uiente tabla: CA (mol/L) rA (mol/L.5 30 18.En un reactor discontinuo se planifica la conversión de A en R.06 1.La sustancia aseosa pura A se prepara bajo refri eración y se introduce en un capilar de pared del ada que actúa como recipiente de reacción. Se usa la misma concentración y temperatura que en la experiencia de laboratorio . 1.045 2.8 1. t(min) NaOH (mL) 0 52.3 mol/L.5 0.3 0.1.2 2 7.0 0.5 7.25 0.5 0.9°C y 1.0 0. La conversión final que se pretende es del 75% .La reacción H2SO4 + (C2H5)2SO4 Æ 2 C2H5SO4H una concent ración de 5. Las concentraciones iniciales de ácido y sal son i u ales.8 0.4 10 8. Determinar la tasa máxima de producción por tachada alcanzable en esas condiciones .5 10 32.12.15.5 3 7. El recipiente de reacc ión se introduce rápidamente en un baño de a ua hirviendo y el reactante A se descompo ne completamente de acuerdo con la reacción A Æ R + S.6 0. Chim. Fr..4 0. como se muestra en la fi ura. obteniéndose los datos indicado s. Calcúlese la ecuación cinética expresándose las unidades en moles.979 N.9 50 14.13.3 0. p 386): .3 mol/L hasta CAf = 0.6 0. litros y minutos. La reacción s e efectúa en fase líquida.. H a ua hirviendo capilar 1000 mm tiempo (min) lon itud del capilar ocupada por la mezcla de reacción (cm) 0.4 1..4 ∞ 10.1 1 6. 1957.1 20 23.5 6.1 0.Para la producción de ácido pro piónico se disuelve la sal de sodio en HCl se ún: C2H5COONa +HCl Æ C2H5COOH + NaCl La reacción es reversible y de se undo orden (primer orden para cada reactivo). Se requieren 20 min para car ar el reactor y calentarlo a 50°C y 10 min para enfriarlo y retirar la car a.3 0. Se conocen los datos s uministrados por Hellin y Jun er (Bull.1 0.10 0.85 4 8. Durante el manejo no hay reacción apreciable. CA2 y tiene lugar una conversión del 50%. rA = k. para tratar 2000 molA/h ( CAo = 1. C2H5SO4H: 13.0005 mol/L y CR = 0.17. es decir. c on la suposición de que la estequiometría era A Æ R para una reacción de primer orden en ase gaseosa a temperatura y presión constante. En la reacción se orman una serie de productos R.500 180 3. Se c onocen los costos de operación: φr = 30$/h (reacción). 1.001 mol/L. El caudal de salida es de 6 L/min y e l análisis de esta corriente muestra que CA = 0.395 48 4.4 mol/L. d) Represente ambos cambios eectuados en orma grái ca.67 410 2. T.685 267 3..20. b) Calcúlese la conversión si el reactor se sustituye por otro seis veces mayor.t (min) H2SO4 (mol/L) t (min) H2SO4 (mol/L) 0 5. c) Calcúlese la conversión si se sustituye el reactor o riginal de mezcla completa por un reactor de lujo en pistón de igual tamaño.2 mol/L).445 41 4.2 mol/L).. 1.790 162 3. sin mo diicar las demás condiciones.19.5 mol/L) pa ra la misma reacción del problema 13.a) Para la reacción del problema 13 cal cúlese el tamaño del reactor de mezcla completa necesario para alcanzar la conversión del 75% con una alimentación de 1000 molA/h (CAo = 1.02 mol/L) y su caudal es de 3 L/min.. Calcúlese el volumen de reactor necesario para la estequiome tría correcta. 1. tiempo de descar a 20 min. (C2H5)2SO4: 1. .59 ∞ 2.16. Precio de los reactivos: H2SO4: 0. Calcúlese l a velocidad de reacción de A y la velocidad de ormación de R.275 55 4. 1. manteniendo la al imentación de 1000 molA/h y CA = 0.810 212 3. b) Repítase el aparta do a) si se duplica el caudal de alimentación. T odos los caudales están a la temperatura y presión constantes del reactor.125 368 2.1 $/kg. 1.Se ha calculado que el tamaño de un reactor en lujo en pistón necesario para un in determinado (99% de conversión de la alimentación de A puro) era 32 L.910 194 3. Sin embargo la estequiometría real de la reacción es A Æ 3R.825 146 3. S.54 $/ kg.. Determinar la tasa máxima de producción por tachada y la tasa de ganancia máxima diaria..En un reactor de mezcla comple ta de 1 litro de volumen entran dos corrientes de alimentación gaseosa: una contie ne el componente A (CAo = 0..01 mol/L) y su caudal es de 1 L/min y la otra contie ne el componente B (CBo = 0. Volumen de reactor: 100 L.890 127 3..3 mol/L.18.925 96 4.98$/kg. c) Repítase el apartado a) si CAo = 2. Considerar 2 turnos de 8 hor as por día.En un reactor de mezcla completa se realiza la reacción en ase líquida homogénea A Æ R. sin mo diicar las demás condiciones.600 Tiempo muerto: 10 min.Calcúlese el tamaño del reactor de lujo pistón necesario para alc anzar la conversión del 80% con una alimentación de 1000 molA/h (CAo = 1.070 75 4. a) Plantear la ecuación de diseño del reactor. φm = φcd = 20$/h (tiempo muerto y d e carga-descarga)..845 379 2.380 318 2.. tiempo de car a: 20 min. 92 13 1. Para idént icas condiciones de la alimentación y uncionamiento.72 7 1.h. 1.Se dispone de una mezcla gaseosa ideal que alimenta un reactor tubular a la velocidad de 25 lbmol/h. quiere minimizar el número de tubos requeridos. despréciese la pérdida de presión y admítase que el g s presenta comportamiento ideal).25 200 0..00 20 0. La estequiometría de la reacción es 2A Æ R + S. a) Plantear la ecuación de diseño del reactor. t (s) pA (atm) 0 1.91 12 1.22.88 11 1. 40% de B y 20% de C.25. Calcúlese el tamaño del reactor de lujo pistón operando a 100°C y 10 atm con una conversión del 90% de A para un caudal de alimentación de 10 mol/s (total) conteniendo un 40% de inertes.82 9 1.94 14 1.La reacción homogénea en ase gaseosa A Æ 3R se ajusta a una cinética de segundo orden.Se han obtenido los datos de la tabla p ara la descomposición de reactante A en ase gaseosa en un reactor discontinuo a v olumen constante a 100°C.04 420 0..14 260 0.37 140 0.45 100 0.80 40 0.21. c omo los conectaría. El reactor es un caño de 6” de diámetro interno. a) Si Ud.48 4 1.24.56 80 0.00 1 1.68 60 0. Para un caudal de alimentación de 4 m3/h de A puro a 5 atm y 350°C se obtiene una conversión del 60% de la alimentación en un reactor experimental construido por un tubo de 2.35 3 1.66 6 1. La reacción es elemental e irreversible A + B Æ C. con k = 105 t3/lbmol.Para eectuar la reacción indicada en el problema anterior se emplea un tan que de 208 L que puede considerarse como un reactor de mezcla completa.78 8 1.58 5 1. 1. Asumir que los reactores trabajan a presión y temperatura constante. ¿en serie o en paralelo? b) ¿Cuántos tubos se necesitan en dicha con iguración? (Supóngase lujo en pistón.08 330 0. 86 10 1.La reacción en ase gaseosa homogénea A Æ 2B s e eectúa a 100°C a la presión constante de 1 atm en un reactor discontinuo experiment al. b) ¿Cuál es la longitud del reactor necesaria para lograr una conversión inal del 80%? . Calcúlese el tam año del reactor de lujo pistón para que operando a 100°C y 1 atm de presión total const ante pueda tratar 100 moles de A por hora de una alimentación que contiene 20% de inertes para obtener una conversión de 95% de A.5 cm de diámetro y 2 m de longitud. t (min) V/Vo 0 1.. a 25 atm y 350°C para obtener una conversión del 80% para lo cual se cuenta con tub os iguales al reactor experimental.1.20 2 1.. obteniéndose los datos de la tabla cuando se parte de A puro.. En una instalación comercial se ha de tratar 320 m3/h de una alimentación constituida por 50% de A y 50% de inertes. La alimentación está compuesta por 4 0% de A.95 1. Se trabaja isotérmicamente a 1000°F y la presión absoluta es de 6 atm.02 1.23. calcúlese la conversión de A que puede lograrse en este reactor. 27. Se esá raando el monómero en dos reacores isoérmicos de igual amaño de mezcla complea conecados en serie. .La reacción elemenal A + B Æ R + S en fase acuosa iene lugar en una insalación que consa de un reacor de mezcla complea en el que se inroducen las dos disoluciones reacanes. ¿Qué relación m olar M’ permitirá producir la misma cantidad de producto..5 respeco al monómero. teniendo la misma concentr ación inicial y conversión raccional de A? 1. En la actu alidad la reacción está siendo eectuada en ase líquida en un reactor en lujo pistón d e 5 t3 usando una relación molar de entrada M = CBo/CAo = 2. Se está considerando usar un reactor de mezcla completa de 25 t3. Asumir densidad consane. 1..26.Se polimer iza ciera susancia en fase líquida por medio de una reacción que se represena con una ecuación cinéica de orden 1. Se han indicado varios .1. Se piensa aumenar la producción incorporando un ercer reacor igual a los an eriores conecado en serie.5 molA/L y en el segundo 0.25 molA/L. cuando la concentración de la alimentación es de 1 molA/L y el τ = 96 s en el pri mer reacor la concenración en ése es 0. 1.31.Se esá efecuando la reacción elemenal en fase líquida A + B Æ 2R + S en un reacor de flujo en pisón empleando canidades equimolares de A y B.. ¿Cuál de las dos posibles disposicion es (en serie o en paralelo) permie alcanzar la velocidad de producción máxima? Jus ifique eóricamene y con ecuaciones.. Dee rmínese la ecuación cinéica para la descomposición. La conversión es del 9 6%.. con 90% de conversión de A. ¿En qué porcenaje puede aumenarse el caudal de alimen ación para seguir obeniendo un produco que no enga más de un 20% de monómero? 1.Se investiga la cinética de la descomposición de A en ase acuosa en dos reactores de mezcla completa conectados en serie. En el estado estaciona rio.32. Calcúlese el descenso de su actividad a su paso a través del sistema. 1.28. a) Indíquese en cuáno aumenaría la producción si se añadier a un reacor de mezcla complea 10 veces mayor que el de flujo en pisón en serie con la unidad exisene y cuál ha de ser el primero en la serie.. con CAo = CBo = 1 mol/L. maneniendo las m ismas condiciones de enrada.La reacción A + B Æ R es de primer orden respecto a cada reactivo. Se emplea un gran exceso de B para que la reacción s ea de primer orden respeco a A. 1.Una compañía iene dos reacores de mezcla complea de disino amaño para la producción de un produco específico ob enido por una reacción homogénea de primer orden.29.30. seguido de un reacor en flujo pisón. el segundo de los cuales tiene doble volumen que el primero. ob eniéndose un produco en el cual el conenido de monómero es aproximadamene del 20 %. b) Indíquese si influye la concenración de la alimen ación y en caso afirmaivo el modo en que lo hace.En dos tanques ideales con agitac ión de 40000 L cada uno conectados en serie se han de tratar 100 L/h de un luido radiactivo que tiene una vida media de 20 h. calcúlese la concenración de R a la salida del reacor de flujo en pisón así como la fracción de A inicial que se h a converido en el sisema. ¿Cuánto puede umentrse el cudl vol umétrico de limentción si se cort el reciclo pr poder lcnzr l mism convers ión? . Lo s costos de cpitl y operción del seprdor son de 4 $/h + 0. 1...méodos para aumenar la producción.La producción acual de un produco R no cubre las necesidades del mercado. uno de los cuales es inverir el orden de las d os unidades de reacción. y se sbe que cundo FR = 25 kmol/h.1 $/kmol de A que e ntr l equipo. Se piens instlr un seprdor que permit recuperr A no recciondo de l corriente de slid y reciclrl l entrd del rector. a) Si la alimenación de A (con un coso de α $/kmol) entr l rector con un concentrción de CAo rzón de FAo kmol/ h.33. ¿cuál es la variación en la producción s i los dos reacores se conecan en paralelo? 1. ¿Cuál es l nuev producción de R? 1. a) ¿Cómo afeca ese cambio a la conversión? b) Si el reacor d e mezcla complea iene un volumen 4 veces el de flujo pisón y el porcenaje de c onversión de A es de 99% a la salida del sisema.020 molA/L y la ora 1.34. A causa del gran exceso de B uilizado en la reacción. Los costos fijos y de funcionmiento son γ $/h. 0. l conversión de A es del 95%. El seprdor tiene un eficienci de recuperción de A del 96% y l corriente de A recuperdo si nific el 80% del cudl que entr l seprdor.35. 1. de primer orden respecto A. siendo su concenración. l conversión de A res pectiv y l producción de R si α = 300 $/kmol γ = 1500 $/h. Suponiendo qu e ese anque acúa como un reacor de mezcla complea. El produco R se separa cuaniaivamene de la corrien e de salida del reacor y se descarga. El equipo de separación es basane flexib le y puede manejar un amplio rango de caudales.. ésa puede considerarse de primer orden respeco a A con un coeficiene cinéico k. b) En ess condiciones.Se dese expndir ls posibilid des opertoris del sistem plntedo en el problem nterior pr producir más R sin cmbio en el costo unitrio de R. El produco R se forma por una reacción elemenal irreversible de A con B (A + B Æ R) en un reacor de mezcla complea. Se ha enconrado que en el anque de mezcla se forma algo de R.002 mol/L.36.La reacción elemenal irrevers ible en fase acuosa A + B Æ R + S se efecúa isoérmicamene del siguiene modo: se in roducen caudales iguales de dos corrienes líquidas en un anque de 4 L. ¿cuál es el c osto unitrio de R? c) Clcúlese el costo unitrio de R mínimo.En un RTFP con reciclo (R = 2) se tiene un conversión del 90% pr un limentción líquid con CA0 = 10 mol/L y un rección A Æ P. una de l as corrienes coniene 0.400 molB/L. clcúlese l conversión de A pr l cul el costo unitrio del producto es mínimo.. por lo cual se debe hacer un esudio exploraorio p ara aumenarla. La mezcla pasa después a ravés de un reacor de flujo en pisón de 16L. 1. L su stnci A que no h recciondo se sepr del resto de l corriente de slid y vuelve entrr l rector. tomndo como bse el A consu mido.. 1. clcúlese l cntidd de D que h de ñdirse un cntidd dd de mezcl inicil pr obten er l mezcl desed.A y B reccionn del modo si uiente: A + 2B ⎯→ 2R + S A + B ⎯→ T + U (rA)1 = k1CACB2 (rA)2 = k2CACB Se introducen cntiddes equimolres en un rector discontinuo y se dejn recci onr hst l conversión complet. ) Clcúlese el rendimiento frccionl de R. en ls condiciones que fvorecen est rección. siendo CAo = 1.Ls sustncis A y B reccionn del modo si uiente: 2A Æ R A+BÆS 2B Æ T rR = k1 CA2 rS = k2CACB rT = k3CB2 Clcúlese l relción entre A y B que h de mntenerse en un rector de mezcl compl et pr que l selectividd de S respecto l sum de productos se máxim. R y S se obtienen en cntiddes equimolres y el 50% del rectnte B que h entrdo l rector no h recciondo y se descr sin u tilizr. B tmbién se dimeriz p r formr el producto no desdo S: 2B ⎯→ S rS = k2CB2 En un rector de mezcl complet se está obteniendo R utilizndo un rn exceso de A pr deprimir l formción del producto no desedo (relción molr 40 1). ej.39...E l producto R se obtiene de cuerdo l rección: A + B ⎯→ R rR = k1CACB Sin embr o. . 1. Pr ello se ñde el componente D que reccion del modo si uien te: A+DÆR B+DÆS rA = 21 CACD rB = 147 CBCD Suponiendo que ls recciones trnscurren hst l conversión complet.38 . Cundo se h consumido todo el componente B se tienen que CA = 0.Se dispone de un mezcl de composición 45 mol/L de A y 5 mol/L de B prtir d e l cul se h de preprr otr mezcl en l que l relción molr de A B h de ser de 100 1.40.1. el B totl que entr y l sum de los productos formdos.37.0 mol/L. l relción entre mbos). Indíquese que informción puede d educirse sobre los coeficientes cinéticos (p. el B consumido.1 mol/L.. repítse el prtdo b) si los dos rectores de m ezcl complet se conectn en prlelo en lu r de en serie. Determinr el τ del reacor para lograr la concenración máxima del produco deseado.b) Pr umentr l utilizción de B se conect un se undo rector del mismo tmño en serie. Clcúlese l frcción de R que está presente en el producto y l frcción de B consumid.Considérese l producción de met-xileno por hidrodeslquilción del mesitileno sobre un ctlizd or: M + H2 ⎯→ X + CH4 rM = k1CMCH21/2 El met-xileno tmbién reccion pr formr tolueno se ún: X + H2 ⎯→ T + CH4 rT = k2CXC H21/2 pero est últim rección no es desed ddo que el tolueno se vende en el mercdo un precio cutro veces menor que el met-xileno. mnteniendo ls misms condiciones que en el primer rector. 1.. El A no convertido no se recircul.20 (ft3/lbmol)1/2/h k2 = 30. Se puede suponer que l concentrción de A es constnte en todo el sistem debido su rn exceso. Dtos: A cuest 75 $/mol pr CAo = 1 m ol/L. c) Con el mismo cudl de limentción de B y l mism concentrción de A en el sistem. 1. S y T (orto.6% molr de hidró eno y 33. PM = 158) reccion con B (ácido nítrico.Se raa el reacane A en un reacor de mezcla complea de 20 L.42. met y prnitrobencensulfónico.41. 1. R se vende 375 $/mol y S no tiene vlor. PM = 203) se ún ls recciones elementles: .43. descomp oniéndose del modo siguiene: A ⎯→ R A ⎯→ S rR = (4/h)CA rS = (1/h)CA Clcúlese el cudl de limentción y l conversión del rectnte pr que el benefici o lobl por hor se máximo y clculrlo.Cu ndo A (ácido bencilsulfónico.. L sepr ción y recirculción de A tiene lu r después de psr el fluido trvés de los dos re ctores.3% molr de mesitileno. PM = 63) se for mn R. El costo totl de funcionmient o del rector y el de l instlción pr seprr los productos es de 1800 $/h + 9 5 $/mol de A que entr l rector.. A 1500°R ls constntes de recc ión (que y incluyen l densidd del ctlizdor) son: k1 = 55.16 (ft3/lbmol)1/2/h Se dese producir met-xileno en un rector de lecho empcdo (similble RTFP ) trbjndo isotérmicmente 1500°R y 35 tm (constnte) con un limentción compue st por 66. 72% de S y 7% de T. ¿cuánto ument l producción de R? 1. CR y CS l slid en ess condiciones? c) ¿Qué ps con l concentrción de R l slid si se duplic l concentrción inicil de A? d) Si se duplic el cudl de entrd l sistem y se mntiene l mism relción de rec iclo y concentrción l entrd que en ). . 1 .2*10-3 s-1. Hllr CAo y l producción de R pr es ts condiciones. 1/3 de A es consumido en 40 minutos produciendo 21% de R.65 kmol/m3 de A. k2 = 3.196 0.1*10-3 s-1. que tmbién reccionn pr dr el producto no desedo S.00 0.46.45. 1 → R ⎯⎯ 2 → S se reliz en un RCAI de 0.En un proceso donde R es el producto desedo se llevn cbo ls si uient es recciones en fse líquid: A ⎯⎯→ R A ⎯⎯→ S R ⎯⎯→ T r1 = k1CA r2 = k2CA2 r3 = k3CR Hst el momento se h trbjdo con un RCAI de 200 L. En tres pruebs distints temperturs. 0. El cudl de limentción se mntiene en 50 L/h. Clculr l composición de l mezcl lue o de 90 minutos en l producción llevd cbo en escl comercil con un mezcl de 3160 lb de A con 1260 lb de B en idénti cs condiciones ls del lbortorio (i ul concentrción de A en mbos csos). ls concentrciones en l liment ción l sistem son 1. lu e o de cierto tiempo t se nlizó el contenido del rector y se encontró P y S en di stints proporciones.Se quiere obtener el producto P de l rección de A con B en fse líquid.A + B ⎯→ R A + B ⎯→ S A + B ⎯→ T Durnte un test de nitrción en el lbortorio donde A y B s n mezcldos en un relción molr de 2 1 en presenci de un ente deshidrtnte . En un rector discontinuo se hici eron los si uientes experimentos: i) Se mezclron cntiddes equimolres de A y B y se mntuvo el rector isotérmico.. un limentción que contie ne unicmente A y un cudl fijo de entrd de 50 L/h en dos condiciones de conc entrción.12 kmol/m3 de S y nd de R.00 0.386 1.. k1 = 5.L rección A ⎯ ⎯ recicl l c rriente de slid mnteniendo el tiempo de estdí hidráulico en el rector en 200 s e undos.102 1. obteniéndose los resultdos que se indicn continución (concentrción expr esd en mol/L): CA CR CAo 2. k k ) ¿Cuál es l relción de reciclo que hce máxim l concentrción de R l slid? b) ¿Cuá es son los vlores de CA.44.8 m3 donde se 1.561 A los efectos de qu e l seprción del producto se rentble se requiere un rendimiento frccionl de R respecto A consumido de l menos 65%. s) 4. k2 y k3. A + B ⎯→ R A + B ⎯→ S A + B ⎯→ T E producto S es el desedo.5 0.48*10-5 1.5 0.5 y k3 = 6. costo del seprdor = 30 $/kmol de A seprdo.. costo de A = 68 $/kmol.5 0.1. S y T siendo ls constntes de rección respectivs k1.2 0. c) Si se dispone de un RCAI de 0.5 3 yt=0 (P/S) 6 6 rSo (mol/L.47. costo de B = 14 $/kmol.8*10-3 $/m3.2 h-1kmol-1m3.ii) En dos pruebs hechs i ul tempertur pero con distint cntidd inicil de B se obtuvo: CAo (mol/L) 1.5 h -1kmol1 3 m .28*10-5 Se piens procesr l mezcl de dos corrientes de A y B de 0. k2 = 4.3 0. costo del RCAI = 3.2 CBo (mol/L) 1.1 62 iii) En un se und experienci relizd i ul tempertur que l nterior se obtuvo: CAo (mol/L) 1. .h.3 0.8 y k3 = 9.5 m3/h cd un en un RCA con concentrciones i ules de 20 kmol/m3 cd un.s) 4. Se sbe que T = 295K. k1 = 1. cuál es dicho costo y cuál debe ser l velocidd de limentción de A? Dtos: CAo = CBo = 8*10-2 kmol/m3.05*10-2 0.5 CBo (mol/L) 1.8 r So (mol/L. ¿Con qué tipo de rector (RCAI o RTFP) se obtiene myor selectividd lobl? b) ¿A q ué tempertru se obtiene máxim selectividd? Ls constntes si uen l ecución de Ar rhenius.5 1.2 yt=0 (P/S) 6 2 1. L eficienci del seprdor es de 100% en A y en B. ¿Qué volumen de rector e s necesrio pr lo rr que l producción de P se máxim? ¿Cuál es l conversión correspo ndiente es producción? 1.5 m3 y de un seprdor que permite reu sr A y B reciclándolos con un cudl volumétrico de 2/3 del que entr l seprdor.5 0.A y B reccionn en fse líquid pr dr R. k2 = 6. y T = 378K. ¿qué conversión de A (respecto l entrd del rector) minimizrá el costo de S en l s condiciones de máxim selectividd. ) A 295K . k1 = 2.05*10-2 5*10-4 6. b) Si se dispone de los si uientes dt = 10 Mol/L V = 100 m3 XL = 1 Clculr l conversión fin (XL’). En un plnt industril se llev cbo el si uiente proceso en fse líquid: v. .EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS 1. CL0 = CJ0 (L puro) v/2 v/2 XL’ V (RCAI) Se pide: V (RCAI) ) Demostrr de form teóric que conversión finl del rectivo L os: • • • • v = 20 m3/h CL0 = CJ0 l pr el nuevo esquem propuesto el nuevo esquem propuesto es cpz de reducir l (XL’ < XL).48. v. CJ0 (J puro) v. está dd por lo si uiente: L + J Æ Z r = k. CL0 = CJO (L puro) XL V (RCAI) V (RCAI) L rección químic que se llev cbo en el sistem. Con motivo de ello el In eniero de Procesos de l Plnt propone efectur l si uien te modificción en el sistem. CJ CL El vlor obtenido pr XL en l ctulidd es muy lto. y se dese reducir. CJ0 (J puro) v. 28 90 1. L experienci se relizó 100 ºC y los vlores obtenidos por el deprtme nto de nálisis se detlln en l si uiente tbl: t(min) PP(tm) 0 0.94 6 0 1.1.) 0 1 2 3 4 5 CA (mol/L) 10.00 30 0.68 2.23 1.0 6.49. tempertur l cul l rección d un producto no desedo C (A + B Æ 2C).56 150 1.025 mi n-1 150ºC.82 L tempertur durnte l experienci se mntuvo constnte e i ul 25 °C. de l cul se desconoce s u cinétic. Con motivo de lo nterior. b) Se quiere llevr delnte di ch rección en un RCAI escl industril un tempertur de 25 °C (constnte). Por ls crcterístics de l mteri prim de . Se trbj en condiciones de equimo leculridd con un PT de 2 tm y un cudl volumétrico de entrd de 1 m3/h. ¿Cul es l producción obtenid de P en ests condiciones?.45 120 1. y que l rección de descomposición se puede modelr con un k de vlor 0.50. Se pid e: ) Hllr l expresión cinétic de l rección A Æ S. se diseñ un experienci en btch de l cul se obtienen los si uientes dtos: Tiempo (min.35 0. y con un PT0 d e 2 tm. L rección A + B Æ 2P en fse seos se ensy en un rector discontinuo. En l plnt Ud. tiene un RCAI de 1 m3 y le proponen comprr un RTFPI pr utilizr dicionlmente en el proceso. En l experienci se prte de cntiddes equimoleculres de A y B.63 En l plnt se relizrá l fbricción de P 150 ºC. En un plnt s e llev cbo l si uiente rección en fse líquid: A Æ S. 1. Se p ide: Sbiendo que l Gerenci de Clidd le solicit un conversión de A l sli d del 95%.0 7 3. En bi blio rfí se encuentr que l E pr l rección de producción de P es de 5000 cl/m ol. diseñr l disposición en serie que le permit mximizr l producción de P. L-1. Cos tos de seprción de S: $ 50 / mol de S. . AÆR AÆT rR = kR rT = kT. ) Se tiene l posibilidd de trbjr lts o bjs temperturs.min-1 T = 25 °C ¿Que volumen de rector se necesit pr que el rendimiento frccionl de S respec to de A se máximo? Dtos: Cudl Procesr: 50 L/min. rR = k1CA rS = k2CA2 c) Discut lterntivs de operción pr mejorr l selectividd de R respecto S. Un RTFP isotérmico de 10 L trt un corriente líquid de A de concentrción 0.min ¿cuál es el cudl de limentción vo que hce óptim l n nci net por unidd de volumen trtdo? Dtos dicionles: Precio de vent de R: $ 100 / mol de R. CA0: 10 mol.0 L/mol.10 min-1 y k2 = 2. ocurriendo ls si uientes recciones: A ⎯→ R 2A ⎯→ S El producto desedo es R.CA2 kR = 0. se conoce que dicionlmente se desrrollrán ls si uientes re cciones prásits no deseds.1 L. k1 = 0.51.min-1 T = 25 °C kT = 0.l cul se prte.1 mol/L. b) A l tempertur ele id.L-1 1.mol-1.05 mol. Discutir cómo ele irí l tempertur de operción y por qué. Costos de operción: $ 5 / mol de A que entr l rector.