Diseño de Reactores 2 (Solucionario)

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”DE ICA ESCUELA DE POSGRADO MAESTRIA EN INGENIERIA QUIMICA MENCIÓN PROCESOS QUÍMICOS Y AMBIENTALES ASIGNATURA: DISEÑO Y EVALUACION DE REACTORES QUIMICOS TEMA: REACTORES PARTICIPANTE: Victor J. Ore Galindo ICA-2017 1 12) = 48 moles de productos 36 moles de H2O y 12 moles de N2 En la descarga tenemos: 45 moles de N2 90 moles de H2O 217 moles de H2 y NO Determinamos el grado de conversion del H2 n H 2 -n H 2 X H2 = o n H2 o 180-90 X H2 = 180 X H2 = 0. por lo cual se encontró en la descarga del reactor 45 mol del producto.Problema (1): 1. De acuerdo con los datos de operación del reactor. molecularmente. Calcular la selectividad y el rendimiento de cada producto con respecto al hidrógeno. durante el proceso se pierde un 12 % de los productos formados en la reacción. más pesado y el resto del otro producto y remanentes de los reactantes. H2 Δn H 2 υ N2 2 .5  Calculando el grado de selectividad con respecto al H2: Δn N 2 υH2 S N2 = . Resolucion 2H2 + 2NO  N2 + 2H2O Cuadro de Balance Estequiométrico A B C D 2H 2 + 2NO  N2 + 2H 2 O t=0 180 220 0 0 -2x -2x +x +2x 180-2x 220-2x x 2x t=t 90 130 45 90 Como existe una perdida de productos de 12 % Entonces: 400 moles (0. En un reactor catalítico homogéneo se hizo reaccionar una mezcla de 180 mol de hidrógeno con 220 mol de monóxido de nitrógeno. 25 = (1+EA XA )  1.  45+12 moles N 2H 2 S N2 = 2 .5  H2 YN 2 =0.633 H2 YN2 = 63. H2 180-90 molesH 2 1N2 S N2 = 1.266  0. ¿cuál es el grado de conversión alcanzado? b) Si el volumen inicial de la mezcla de reacción fue de 12 L ¿cuál es la variación de volumen por unidad de grado de conversión? c) ¿Cuál es el volumen de la mezcla de reacción cuando la conversión alcanza el 72 %? d) ¿Cuál es la variación relativa de otra reacción en fase gaseosa que se inicia con una mezcla de reactantes de 20 L y que durante el proceso presenta la misma variación fraccional en el número de moles que la reacción de descomposición del amoníaco? Resolución 2NH4  3H2 + N2 Variación relativa volumétrica: EA =  3V+1V  -2V  1 2V a) Grado de conversión alcanzado-aumentado al 25% V = V0 +0.3 % H2 Problema (2): Considerando que la reacción de descomposición del amoníaco gaseoso se lleva a cabo en un reactor discontinuo manteniendo constante la temperatura y la presión de operación: a) Si el volumen de la mezcla de reacción aumentó en un 25%.25V0 V = V0 1+EA XA  1.25V0 = 1.266 H2  Calculando el grado de conversión: YN2 =1.25V0 = V0 (1+EA XA ) 1.25 = 1 + 1 XA XA = 0.25  %XA = 25% 3 . V0 = 12L  E A =  E A = 0.72 V = V0 1+EA XA   V = 12L + (1)(12)(0. en la reacción de formación del amoníaco.4 atm y la temperatura es de 1727 °C.X  C A0 3  B  N2  C B0 C B = C A0  1 + EX       2   C A0  3 X   C  NH3  CC =    0  1 + EX      4 .6 20 Problema (3): a) Tomando como base de cálculo el hidrógeno. c) Desarrollar las curvas de concentración-conversión de todos los componentes de la reacción.64L d) Variación de otra reacción: V0=20L 12 E A . b) Si la presión total de entrada al reactor es de 16. Resolución A B C 3 H 2g + N 2g 2 NH 3g a) TABLA ESTEQUIOMETRICA DE CONCENTRACION Especie Alimentación Descarga  1-X  A  H2  C A0 C A = C A0    1 + EX   CB0 1   .72) V = 20. calcular las concentraciones de los componentes de la reacción cuando la conversión del hidrógeno alcanza el 60 %. b) Variación de volumen por unidad de grado de conversión V0 = 12L V = V0 1+EA XA   V = V0 + V0EA XA Grados de conversión: V0 E A = 12L(1) = 12L c) Volumen de la mezcla para la conversión del 72% XA = 72%  XA = 0. construya una tabla estequiométrica para las concentraciones de reactantes y producto. Este proceso se lleva a cabo en un reactor de flujo isobárico e isotérmico con alimentaciones equimolares de nitrógeno e hidrógeno. 33X  C B = CA0 0 = 0.R Equimolar: YA0 = 50 Mol  0.4  Reemplazando: CA0 = 0.50  P0  Formula: CA0 = YA0    RT0       16. T = 1 727 ºC = 2 000 ºK .0820  2000 ºK   164   mol.05  3 X    0.042827 0.50   = 0.33 X   1-0.05 1   C A 3   0.X  0.50    = -0.33X          2   2   CA0  3 X    0.033X  CC =    =    = Reemplazando en:    1 + EX   1  0.000000 0.050000 0. atm.L b) Datos : P = 16.003413 0.50 .3 0.4 atm .050000 0. YB0 = 50 Mol  0.038846 0.2 0.33X          X [A] [B] [C] 0.4 atm   16.50  atm.050000 0.50  L   0.50  1 + EX  1  0.05 (Equimolar) L Variación fraccional del número de moles: E = YA0 δ 2 1 2 δ= -1.  δ  - 3 3 3  2 E = YA0 δ  E = 0.046536 0.1 0.050000 0.33 X  Reemplazando en:  CB0 1   .0 0.007066 0.05 L mol CB0 = CA0 = 0.33  1-X   1 X  Reemplazando en: C A = C A0    0.33X   1  0.0820 mol.05    1 + EX   1  0.L   0.3333  3 E = -0. R = 0.05  3 X   1  0.ºK   mol  mol CA0 = 0.05   = 0.010988 5 .050000 0. 050000 0.050000 0.050000 0.007112 0.015207 0.000000 0.049254 GRAFICO Nº01 0.050000 0.035870 0.5 0. 6 .013587 0.050000 0.0 0.024688 0.030039 0. 0.019760 0.2 0.4 0.030000 0.000000 0.8 0.040000 0.034562 0.6 0.7 0.050000 0.042248 1.060000 0.010000 0.050000 0.8 1.050000 CONCENTRACION (mol/L) 0.0 0.2 X (GRADO DE CONVERSION) Para la conversión del hidrógeno alcanza el 60 %.6 0.019506 0.020000 0.029940 0.0 1.9 0.4 0.024938 0. 025 2 L Mol Para 0.6 :  A  = C H = 0. Mol Para 0.6:  B = C N = 0.05 2 L 7 .