UNIVERSIDAD DE CARABOBOFACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CÁTEDRA DE ANÁLISIS Y DISEÑO DE REACTORES EJERCICIOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO DE REACTORES UNIDAD I. CINÉTICA 1.- Calcúlese la velocidad de reacción cuando C A = 10 mol/L, si -rA = -dCA/dt = 0,2 mol/L.s cuando CA = 1 mol/L. Nota: Se desconoce el orden de la reacción. (R: 2*10n-1mol/L*s) 2.- Un líquido A se descompone de acuerdo con una cinética de primer orden, efectuándose la conversión del 50% de A en 5 minutos. Calcúlese el tiempo adicional necesario para que la conversión sea del 75%. (R: 5min extra) 3.- Repítase el problema 2 si la cinética es de segundo orden. (R: 10min extra) 4.- Se ha encontrado experimentalmente que en 10 min se convierte en producto el 75% de un líquido reactivo con un orden de reacción igual a 1/2. Calcúlese la cantidad convertida en media hora. (R: 100% de conversión) 5.- En un reactor discontinuo, un reactivo (C A,0 = 1 mol/L) alcanza la conversión del 80% en 8 minutos y se necesitan 18 minutos para que la conversión sea del 90%. Dedúzcase una ecuación cinética que represente este comportamiento. R: -rA = 3,9*102(mol/L)-9/2min-1CA11/2 6.- Calcúlese el orden global de la reacción irreversible: 2H2(g) + 2NO(g) N2(g) + 2H2O(l) A partir de los siguientes datos a volumen constante, empleando cantidades equimoleculares de H2 y de NO: Presión total (mmHg) 20 24 28 32 326 0 0 0 0 Período medio (s) 26 18 11 10 67 5 6 5 4 R: 7/2 (Poco confiable) 7.- La reacción en fase acuosa A R + S transcurre de acuerdo con los datos siguientes: Tiempo (min) 0 CA (mol/L) 36 65 100 160 0,182 0,145 0,121 0,079 0,049 3 3 6 5 4 CA,0 = 0,1823 mol/L CR,0 = 0 CS,0 = 55 mol/L Deduzca la ecuación cinética. (R: -rA=8,97*103min-1CA) 8.- Para la reacción del ácido sulfúrico con sulfato de dietilo en disolución acuosa: H2SO4 + (C2H5)2SO4 --- 2C2H5SO4H Se dispone de los siguientes datos a 22,9 ºC: Tiempo, min Conc. de C2H5SO4H (CP) Tiempo, min Conc. de C2H5SO4H (CP) 0 0 180 4,11 41 1,18 194 4,31 48 1,38 212 4,45 55 1,63 267 4,86 754 . min T.815 4 0. (R: -rA=4.35 146 3. Deduzca la ecuación cinética que se ajusta a estos datos. Deduzca una ecuación cinética para esta reacción.42 162 3.04 8 0.940 10 0.850 2 1.905 15 0. Se eleva la temperatura lo más rápido posible hasta 100ºC sumergiendo la bomba en agua hirviendo.24 318 5.832 3 0.31 379 5.800 5 0. se efectúa un análisis para saber la cantidad de A y se encuentra que ese componente ha desaparecido.. expresando las unidades en mol. atm Tiempo.37*CP2]*10-4L/mol*min 9.75 2. después de permanecer la bomba en el baño bastante tiempo.15 96 2.80 Las concentraciones iniciales de H2SO4 y (C2H5)SO4 son 5.75 368 5. La operación se efectúa a 25ºC.1. R: -rA=[6.81 5.55*10-5L/mol*minCA2) Tiempo.76 410 5. min T.Una pequeña bomba de reacción.982 9 0. obteniendo los datos de la tabla mostrada a continuación. La ecuación estequiométrica para la reacción es 2A B.0-CP/2)2 .32 127 3. litro y minuto.14 7 0. equipada con un dispositivo sensible para la medida de presión se evacua y después se llena de reactivo A puro a la presión de 1 atm. atm 1 1. temperatura lo suficiente baja para que la reacción no ocurra en extensión apreciable.5 mol/L.83*(CA. min T.870 20 0.3 560 130 39 550 206 47 539 11. o.51 0.32 .76 0.Determínese la ecuación cinética completa en unidades de moles..14 0.06 0. ºC 214 14.5 569 204 67 530 280 17..20 0.Para la reacción 2A B C: Determine k1 y k2 a partir de los siguientes datos: Tiempo (h) CA (mol/L) CB (mol/L) CC (mol/L) 0 1 0 0 0.10 0.15 0.39 0. para la descomposición térmica del tetrahidrofurano.10 0.03 0.33 0.02 0.30 0.17 0.728 10.24 0.25 0.132 0.098 0. litro y segundos.06 0.63 0.10 0. mmHg t1/2.12 0.05 0.6 0. el cual produce un colorante complejo con hierro III.43 0.12.Los siguientes datos experimentales para dimetil éter en fase gaseosa en un reactor por cargas a 504ºC. y la concentración del ácido se obtuvo como una función del tiempo. R: -rA=1.Para el estudio cinético de la hidrólisis del anhídrido acético a 40ºC se utiliza un balón de vidrio de 1 litro de capacidad donde se cargan 750 ml de agua destilada.La Penicilina (G) reacciona con la hidroxilamina (NH2OH) para formar el ácido hidroxiamínico..33 0. En un tanque de 250 mL a 27°C se mezclaron concentraciones iguales de Penicilina y NH2OH. (R: Orden 2.50*10-4min-1CA 14.53 0. comenzando la reacción obteniéndose los siguientes datos: .49 0.09085) 13.. Con la ayuda de un colorímetro. donde la absorbancia es directamente proporcional a la concentración del ácido: 10 20 30 40 50 Tiempo (min) 0 Absorbancia 0 0.68 7 3 5 9 1 5 Determine el orden de reacción y la constante cinética.56 0. k’=0. se midió la concentración del complejo coloreado. El requerimiento de la reacción se lleva a cabo por medidas conductimétricas. seguidamente se alimentan 5ml de anhídrido.. Luego de instalada la celda en el reactor y conectada al conductímetro se toma medida de la conductancia. A continuación se muestran los datos obtenidos. Las muestras fueron tomadas cada 10 minutos y añadidas a una solución de Hierro III. probando con al menos dos órdenes para el método integral y comparando con el método diferencial. son: (CH3)2O (g) Tiempo (s) CH4(g) + H2(g) + CO(g) 0 34 77 119 315 0 7 5 5 Presión total (mmHg) 31 40 48 562 779 931 2 8 0 Determine la expresión de velocidad. 0133 0.96 1.19 0.36 0.Se efectúa la descomposición en fase de gas: A B + 2C. Indique todas las suposiciones hechas para la realización del experimento.8 1. La reacción sigue como: 4HCl + CaMg(CO3)2 Mg2++ Ca2+ + 4Cl.9 g/ml. Las pruebas del 1 al 5 son a 100ºC y la sexta a 110ºC.5 0.2 2 1.7 L/mol*s.36 0.64 0. Determine la ley de velocidad.+ 2CO2 + H2O Determínese el orden con respecto al HCl a partir de los datos que se presentan en la siguiente tabla. EA=85..5 1.0 6.075 0.53min-1CA (Alta dilución) 15.1 7.t (min) 0 0.74 16.025 0.Para la reacción: 1 2 3 4 5 6 0.672 6 5 7 8 5 3 4 8 La densidad del anhídrido es 0..0 L (ohm-1) 0.0 .01 0. Determínese el orden de la reacción y la constante.7 9.. (R: k100=21.025 4.47 0.66 0.0 4.La disolución de la dolomita en ácido clorhídrico es una reacción especial porque permite disolver la roca y permite el paso del petróleo y de gas.0 3.27 0.5 1.3 kJ/mol) Prueba C0 (mol/L) t½ (min) 17.3 2.05 0. La reacción de hidrólisis es: (CH3CO)2O + H2O 2CH3COOH R: -rA=0.36 0.0 2.1 0. (R: ½) CHCl (mol/cm3) 1 -rHCl (mol/cm3s) x 107 4 2 0.59 0.0 9. Determínese la energía de activación. 00 1..0x105 2.0*104L/mol*u.2 4.0x104 2.2*10-3min-1) 19. [NO2] M [O3] M V0 1. R: -rNO2=5.00 5.00 2.00 1.0 9. la descomposición del pentaóxido de dinitrógeno en dióxido de nitrógeno y oxígeno proporcionó los siguientes datos: t (min) [N2O5] (mmol/L) 0 200 400 600 800 1000 15.t[NO2][O3] ..0x105 Determine la expresión de velocidad y compute la constante de velocidad. Para lo cual se tiene: Experiment [A] M [B] M o [C] M V0 M/tiempo .Escriba la ecuación de velocidad de una reacción: 3A + 2B+ C Productos.t: unidades de tiempo.6 6.6 Determine el orden de reacción y la constante de velocidad.2NO2(g) + O3(g) N2O5(g) + O2(g) Las siguientes velocidades iniciales de reacción se midieron a 300 K.A 25°C.5 1. 18.0 2. u.00 1. Hágalo por el método integral y diferencial.00 2. (R: k=2. La descomposición térmica del óxido nitroso se midió manométricamente. EA: 245kJ/mol .27*108años. A: 2.5 139 296 360 t½ (s) 1454 549 256 212 Además se conoce la variación de la vida media con la temperatura: T(K) 1085 1030 967 P0 (mmHg) 345 t½ (s) 53 360 294 212 1520 1.4 0.1 0. .4 4 R: v=625M-3*tiempo-1CBCC 20. ¿Cuál es el orden de reacción? 2.2 0.2 1 II 0.85 . k967: 0.14 . R: Orden 2 .4 0.4 8 III 0.75 . k1085: 3. ¿Cuál es la energía de activación? Determine el factor preexponencial y el tiempo de vida media a 500K.2 0. t1/2.I 0. ¿Cuál es la k para cada temperatura? 3.21*1012L/mol*s .2 1 IV 0..2 0. La siguiente tabla da el tiempo de vida media a 1030 K correspondiente a varias presiones iniciales: P0 (mmHg) 52.500K: 6. k1030: 0.4 0.2 0. usando ácido sulfúrico como catalizador.Se tiene un reactor tipo Batch con volumen variable de donde se conocen los siguientes datos: -Volumen inicial: 0. Determine: 1. Asuma la densidad de la mezcla constante e igual a 0.032% la constante de velocidad es: 17.. 2. NOTA: Othmer encontró que la reacción es de 2do orden en ácido acético..4 ml/mol. cuando se trata de un exceso de butanol y que para la concentración de catalizador 0. 2) 467. REACTOR POR CARGAS 1. La tabla estequiométrica. El valor del coeficiente de expansión (ᵋ).1 P.2 L . Si la unidad estará parada 30min entre cada batch para descargar. con V en ft3 y P en atm.UNIDAD II. limpiar y cargar de nuevo el reactor.15 ft3 -Constante de velocidad: 1.0 (ft3/lbmol)2 -Temperatura constante de reacción: 140°F Se encontró que el volumen varía linealmente según la siguiente relación V = 0. El tiempo requerido para obtener una conversión del 50%.97 moles de butanol por mol de ácido acético.8 min . PM (éster): 116 g/gmol PM (butanol): 74 g/gmol PM (HAc): 60 g/gmol R: 1) 32. -La reacción es: A + B 8C -La ley de velocidad es –rA=kCA2CB Si se alimentan igual número de moles de A y B determínese: 1.31 lb m de Ácido Acético y 663.75 g/ml.032% en peso. 2. 2. y la concentración del catalizador es del 0.min.91 lb m de Butanol. La alimentación original contiene 4. El tamaño del reactor y la masa original de reactivos que deben ser cargados para producir el éster a una velocidad de 100 lbm/h. 108. .Acetato de Butilo se produce en un reactor Batch a 100°C. La cantidad en Kg de acetato de etilo producida en un día de operación. el cual es cargado con 3. Tiempo de reacción para una máxima producción por unidad de tiempo para el acetato de etilo.t. 2.93. R: 1) 13 horas para 54. v=3. Si el tiempo total de carga.1% en peso de ácido sulfúrico.. El reactor se carga con 1 galón de una mezcla equivolumétrica de óxido de propileno – metanol y 5gal de agua conteniendo 0.45 Kg/día.93 a 100°C.5%? El H r=-36450 btu/lbmol a 58°F.93 29.2 ft3? R: 2) ᵋ=3 . calcular: 1. ¿Cuántos minutos tomará alcanzar una conversión de 51.3 min) Sustancia M (g/mol) ρ (lbm/gal) CP (Btu/Rlbmol) Óxido de Propileno 58 6. 2) 16073.Propilenglicol es producido por hidrólisis catalizada con ácido sulfúrico de óxido de propileno: (CH2 – CH2)OCH3 + H2O CH2(OH)-CH2(OH)-CH3 La reacción es de primer orden en óxido de propileno y orden cero (aparente) en exceso de agua con una constante específica de velocidad: k = Ae(-E/RT) = 16..20 kmol/m 3 de alcohol etílico y 17. ¿Cuál es la conversión y la velocidad de reacción cuando V = 0. Se dispone de un reactor por cargas aislado de 10gal recubierto internamente de vidrio.3. (R: 56.88 . La temperatura inicial de todos estos materiales es 58°F.10-6 m3/kmol. 4.51*10-9lbmol/ft3*u. 3) 11% de Conversión .5% .Acetato de Etilo es producido en un reactor por cargas (V=50m 3). 3.s y Ke = 2. descarga y limpieza es de una (1) hora.56 kmol/m3 de agua: CH3COOH + C2H5OH <-------> CH3COOC2H5 + H2O La constante de velocidad directa k1 = 7.96.1012e(-32400/RT) [1/h] Las unidades de E son btu/lbmol.91 kmol/m 3 de ácido acético. para la reacción anterior. 10. T en °C y k = [s-1] El reactor opera adiabáticamente y permite una temperatura máxima de 400°C. El calor de la reacción a 200°C es de –15kJ/kmol. El calor específico molar de A y B es de 42 J/kmol. La alimentación contiene A puro a una temperatura de 200°C.0x10-6 y k2 = 2.La reacción en fase líquida A B es llevada a cabo en un reactor por cargas a una presión constante de 2 atm.68 45.8 (T-200).34 17.99 Propilenglicol 79 8. 6.36 Ácido Sulfúrico 98 15. Si la densidad de la mezcla reaccionante permanece constante e igual a 1145kg/m 3: Calcular el volumen del reactor necesario.s) La carga inicial al reactor contiene una solución acuosa de etanol de 550kg/m3 y ácido acético 300 kg/m3. Tiempo de reacción a 400°C: 6ms.. ¿cuál será el tiempo de reacción para obtener dicha conversión y mantener esta sección del reactor en operación isotérmica a 400°C? R: Debe considerarse el uso de la sección. por lo que es posible considerar una sección de enfriamiento en caso de que la temperatura exceda dicho valor.4 33. El tiempo total para la carga.Se requieren producir 12000 kg/día de acetato de etilo en un reactor por cargas isotérmico a partir de la siguiente reacción: CH3COOH + C2H5OH <-------> CH3COOC2H5 + H2O Dónde: k1 = 8. (R: 8 m3) . Si se desea una conversión del 80% ¿Será necesario considerar una sección de enfriamiento? En dicho caso.7x10-6 (m3/kmol.Agua 18 8..25 Metanol 32 6.K.59 19. trabajando con una conversión fraccional del 40%.37 5. La constante de velocidad está dada por la siguiente expresión: k = 110 + 0. descarga y limpieza del reactor es de 45 min. 1 min) 8.7. B: 34. (R: -rA = 3.00148 L/gmol...9*102(mol/L)9/2 min-1CA11/2).La hidrólisis en fase líquida de soluciones acuosas diluidas de anhídrido acético es de 2do orden e irreversible como lo indica la reacción siguiente: (CH3CO)2O + H2O 2CH3COOH Se dispone de un reactor por cargas para llevar a cabo la hidrólisis. 25 de B y 10 de C? (R: A: 14.La reacción y constante de velocidad para la acidificación de la solución acuosa de propianato de sodio son: C2H5COONa + HCl ----- NaCl + C2H5COOH k1 = 0.8 cal/gmol. ¿Cuál será la composición a la salida de un reactor discontinuo de 5000 litros al cabo de 3 horas si se parte de 15 Kmol de A. k2 = 0.0236 L/gmol.0= 1 mol/L ) alcanza la conversión del 80 % en 8 minutos y se necesitan 18 minutos para que la conversión sea del 90 %.59 kg de la sal de propianato y 177 kg de HCl por cada 1541 L.Debe producirse 10 Ton/día de acetato de etilo a partir de la esterificación del ácido acético con etanol en un reactor discontinuo que . isotermo e isobaro.min La carga inicial del reactor contiene 453.. para lograr una producción promedio de 450 kg/h del ácido propiónico si el tiempo de llenado.05 g/cm3. vaciado y limpieza es de 30min. Determine el volumen requerido para una conversión del 75% de la sal.3 g/L. ideal.16x10-4 gmol/cm3..K y =1.87% C: 4. Si el reactor es enfriado para que la reacción sea isotérmica a 15°C.39%) 10. Se asume una densidad constante de 1186. El calor específico y la densidad de la mezcla de reacción se consideran constantes e iguales a C pm= 91.87% . R: 45.87% . min. Deducir la ecuación cinética que representa esta reacción. El calor de reacción se puede asumir constante e igual a Hr=50000 cal/gmol.La reacción irreversible: A + B + C 3R es de tercer orden global y de primer orden con respecto a cada uno de los reactantes. (R: 649 L) 9.min . 11.001 L 2/mol2. Este es cargado con 200 litros de solución anhídrida a 15°C y concentración 2. un reactivo (CA..En un reactor discontinuo. El calor de reacción es despreciable y la constante de velocidad vale 0. ¿Qué tiempo se requerirá para obtener una conversión del 70%? (R: 19. K. 13. CO + 2H2 --- CH3OH. La densidad de la mezcla puede considerarse constante e igual a 1045 Kg/m3.. El reactor se carga con una mezcla que contiene 500 Kg/m3 de etanol y 250 Kg/m 3 de ácido acético (el resto es agua).La descomposición de A R + S.15 m3) 12. se lleva a cabo en fase gaseosa y con las siguientes condiciones iniciales: T0 =300 K. Si el gas de alimentación contiene estos gases en proporciones estequiométricas (CO y H2) a 200 atm y 275 °C. La constante de equilibrio viene dada por log (K)=3835/T – 9.08 x 10 -3 T + 13. ¿qué tamaño de reactor se necesitará? (R: 7.7x10-6 m3/Kmol.El metanol puede ser sintetizado a partir de hidrógeno y monóxido de carbono en presencia de un catalizador apropiado. Cp(CH3OH) = 20. C p(H2)=7.7 min) 14.1 cal/mol. La reacción es reversible y en el rango de concentración de interés puede considerarse elemental.s y k2= 2.opera isotérmicamente a 100oC. dos de las cuales se deben a los inertes? (R: 31. C: 0. ¿cuánto tiempo será necesario para que la presión alcance 8 atm si la presión inicial es de 5 atm. P = 5 atm y V0 = 0.32% .K.2 donde T (K) y K (atm-2). el volumen aumenta un 60% en 20 min. La mezcla de reacción se descarga cuando la conversión del ácido sea del 30%. Si la reacción la llevamos a cabo en un sistema a volumen constante.2 cal/mol.64% . R: Prácticamente invariables (A: 33.5 m3.15 log (T) + 3.s.04%).Cuando la descomposición de primer orden en fase gaseosa A 2. ..K. determinar la composición de los gases que salen del reactor discontinuo: a) Si se opera isotérmicamente y se alcanza el equilibrio b) Si se opera adiabáticamente y se alcanza el equilibrio DATOS: ΔHr = 2333 cal/mol. B: 66. Los valores de las constantes cinéticas a 100oC son k1=8x10-6 m3/Kmol. Si el reactor permanece inactivo durante 30 min para carga y descarga..5 R se realiza en un reactor isotérmico discontinuo a 2 atm con 20% de inertes. Cp(CO) = 7 cal/mol. .5 10.5 2. -La constante cinética vale 1014. 25 y 20 Kcal/Kmol.El jabón consiste en sales de sodio y de potasio de diversos ácidos grasos como el oleico.Determinar el orden de reacción para la descomposición en fase gaseosa del peróxido de di-tert-butilo: (CH3)3COOC(CH3) C2H6 + 2CH3COCH3 La reacción se lleva a cabo en el laboratorio en un reactor isotérmico discontinuo.0 17. La saponificación .33 y la conversión de equilibrio es de X AE = 0. k2: 0. y k2 de la reacción si en 8 min se alcanza una conversión de 0.9 20.K. R y S son respectivamente 30.667.-El calor de reacción es de -1500 Kcal/kmol. palmítico o laúrico. CR.8 15. (R: Orden 1) Tiempo(min) Presión total (mmHg) 0.058 min-1 .0 15. calcular el tiempo necesario para que reaccione el 80% de A.5 5. Calcular las constantes k1. -Los calores específicos de A. esteárico..5 mol/L. (R: 58.exp (-10000/T) [1/h] Si la reacción se lleva a cabo en un reactor discontinuo en condiciones adiabáticas.0 12. (R: k1: 0. La presión total de reacción a lo largo de reacción evoluciona según la siguiente tabla.0 7.4 17.0 = 0 mol/L)..0 = 0.0 19.029 min-1) 16.5 10.2 min) 15.En un reactor discontinuo se efectúa una reacción reversible de primer orden con elementos en fase líquida: A -- B (CA. es: -rA = 10-2 CA1/2 [mol/L. X. construir una tabla estequiométrica que represente la concentración de cada una de las especies que intervienen en el sistema en términos de su concentración inicial y de la conversión. en un reactor de flujo pistón que opera a 215°C y 5 atm (C A.Se ha encontrado que la velocidad de la reacción A 3H en fase gaseosa homogénea a 215°C. la conversión ha de ser del 80%. Calcúlese el tiempo espacial necesario para alcanzar la conversión del 80% a partir de una alimentación del 50% de A y 50% de inertes.. (R: 12 m3) 2. (R: 33.0= 0. UNIDAD III. si las condiciones de operación son de 650°C y 4.0625 moles/L).La descomposición de la fosfina en fase gaseosa homogénea transcurre a 350°C según la reacción: 4PH3(g) P4(g) + 6H2(g) Con una ecuación cinética de primer orden: -rPH3 = (10/h) CPH 3 Calcúlese el tamaño del reactor en flujo pistón.2 s) .. REACTOR FLUJO PISTÓN (PFR) 1.6 atm.para la formación de jabón a partir de sosa caústica y de gliceril estearato es: NaOH + 1/3 (C17H35COO)3C3H5 C17H35COONa + 1/3 C3H5(OH)3 A + 1/3 B C + 1/3 D Si X representa la conversión de hidróxido sódico (los moles de hidróxido sódico que han reaccionado por mol de hidróxido sódico presente inicialmente). y la alimentación es de 1800 gmol de fosfatina pura por hora.s]. La siguiente data de conversión fue obtenida en un PFR para la pirólisis de la acetona a 520°C y 1 atm: CH3COCH3 CH2=C=O + CH4 MA (g/h) 130 50 XA 21 10.Se ha calculado que el tamaño de un reactor de flujo en pistón necesario para un fin determinado (99% de conversión de la alimentación de A puro) es de 32 L. Suponiendo que la estequiometría es A R para una reacción de primer orden en fase gaseosa.3.5 cm de diámetro y 2 m de longitud? 2. Para un caudal de alimentación de 4 m 3/h de A puro a 5 atm y 350°C se obtiene una conversión del 60% de la alimentación en un reactor experimental constituido por un tubo de 2. ¿Cuántos tubos se necesitan de 2. y admítase que el gas presenta comportamiento ideal.2 0.1 0. a 25 atm y 350°C para obtener una conversión del 80%. 2) En paralelo] 5. desprecie la pérdida de presión.907 m3/mol*h CA2) .5 cm de diámetro y 2 m de longitud. se ajusta a una cinética de segundo orden.3 cm.. 1.. [R: 1) 68 tubos . (R: 2.La reacción homogénea en fase gaseosa A 3R. En una instalación comercial se han de tratar 320 m 3/h de una alimentación constituida por 50% de A y 50% de inertes.35 5 3 4 El reactor tiene 80 cm de largo y un diámetro de 3.0 0. ¿Deben situarse en serie o paralelo? Supóngase flujo en pistón.8 0.6 L) 4. ¿Cuál es la ecuación de velocidad sugerida para esta data? (R: −r A≈0. Calcúlese el volumen de reactor necesario para la estequiometria correcta. la estequiometria de la reacción es A 3R. Sin embargo.. 2.501 min-1 a 150°C . R: 1) 75. 1. La velocidad específica de reacción a 50°C es 10 -4 min-1 y la energía de activación es 85 kJ/mol.5 mol/min.46 min-1. ¿Cómo se compara () con el valor o.La descomposición del ácido fórmico en fase gaseosa fue estudiada en un reactor tubular: HCOOH(g) H2O(g) + CO (g) En una corrida de velocidad especial resultó 1. : 48. Asuma una alimentación estequiométrica de 10 moles de A/min en un reactor de flujo pistón y calcule el volumen del reactor y el tiempo espacial para llegar a una conversión del 90%. Calcule el tiempo de reacción necesario para alcanzar un 90% de conversión si es un reactor batch.29 min -1 para una conversión del 60% del ácido.. 1. 2.3 h . . 2..6. El reactor opera isotérmicamente a 150°C y 1 atm.. 7.2 dm3 . [R: 1) 0. y la alimentación es ácido puro. cuando o está basada en la temperatura del reactor? La velocidad de descomposición a 150°C es irreversible y de 1er orden con k= 2. es llevada a cabo en un reactor de 500 dm3.La reacción elemental en fase líquida: A + B C. 2) La operación es más óptima a 150°C]. se lleva a cabo en un reactor PFR. Calcule el tiempo necesario para alcanzar un 90% de conversión en un reactor tipo batch a volumen constante. El tiempo de residencia media a 150°C ().La reacción elemental en fase gaseosa: A -- 3B. 2) V: 15505. La concentración de entrada de A y B en forma de vapor es de 2 molar (igual para ambas) y la velocidad específica de reacción es 0. Calcule el volumen del reactor y la velocidad espacial para alcanzar un 90% de conversión. Determine 1.min. La velocidad espacial está basada en una medida de o a condiciones estándar (0°C y 1 atm).01 dm3/mol. con una velocidad de flujo molar de 2. A entra en forma pura al reactor a 10 atm y 127°C.3 h 8. Se desea llevar a cabo la reacción en fase gaseosa A B. 4) PFR: 9. (R: 100%) 11.8 L . el responsable del proyecto.00152 s-1 a 300°F. Asuma que la reacción es reversible con una K e=0..8 L y 1. 2) tBatch: 0. Se adquiere un segundo reactor análogo al primero. . 9.75 plg.3.57x1018 exp(-29600/RT) min-1 Durante el diseño del reactor.3% a 127°C .04 y calcule la conversión de equilibrio.95x107 exp(-11600/RT) min-1 k2 = 1.. R: 1) V: 5. 4.En un reactor de flujo pistón reacciona la sustancia A de acuerdo con una cinética de segundo orden alcanzando una conversión del 95%. Batch: 9. El experimento a escala de laboratorio determinó que la constante de velocidad para la reacción de primer orden es 0. es llevada a cabo en un reactor tubular.La reacción A -- R. La información cinética está dada por: k1 = 2. utilizó la siguiente información para la alimentación: -Flujo molar alimentado: 1000 gmol/min -Concentración de la alimentación: 1 gmol/L. SV: 1. Determine el volumen y tiempo espacial en un PFR y el volumen en un reactor batch. Calcúlese el aumento en la capacidad de la instalación para la misma conversión si estas unidades se conectan en serie o paralelo. -Temperatura de la alimentación: 30°C.2 min . ¿A qué temperatura debe ser operado el reactor para alcanzar una conversión de un 80% en A con una velocidad de alimentación de 500 lbm/h de A puro y operando a una presión de 100 psi? A tiene un peso molecular de 73. en reactores tubulares que consisten en 50 tubos paralelos de 40 ft de largo con diámetro interno igual a 0. 3) 1.4 min-1 ..7 min . Puede asumir gas ideal. si se quiere alcanzar una conversión del 98% del valor de equilibrio. (R: 145 °F) 10.6 L. En el proceso de obtención de Hexamina a partir de amoníaco y formaldehído. Sin embargo.s]. [gmol/L. Luego de investigar las causas de este hecho. k = 1. UNIDAD IV. y la temperatura del medio externo puede considerarse igual a 25°C. El coeficiente global de transferencia de calor es de 2 cal/m 2. 2) 34%.42x103 e (-3090/T) [seg-1] .El reactor construido tiene una longitud de 11m y un diámetro de 0. ¿En qué porcentaje variará la conversión en el reactor. la capacidad calórica media es de 250 cal/gmol. una vez puesto en marcha el reactor. resultando un esquema de reacción del tipo: A -- R AS Con k3 = 6x107exp(-11600/RT) [min-1]. REACTOR TANQUE DE MEZCLA COMPLETA (CSTR) 1.5 m. ¿A partir de qué posición en el reactor se inicia la formación del subproducto S? 2.min. por medio de la reacción: 4NH3 + 6HCHO (CH2)6N4 + 6H2O La cinética de la reacción está dada por: -ra = kCACB2. Determine: 1.. y el calor de reacción de 18000cal/gmol. se origina una reacción secundaria.K. se determinó que al exceder la temperatura en el reactor de 60°C.°C. respecto al valor esperado inicialmente por el responsable del proyecto? R: 1) A los 10 m de longitud . un análisis del producto de salida determinó la presencia de un subproducto S. 6 L y -15. Cada reactor tiene una capacidad de 0. que obedece a una cinética de primer orden. Se pretende instalar un segundo reactor similar al primero y en serie con él.7 Kcal/min .5 L/s y concentraciones de 4. Considerando la posibilidad de utilizar uno o tres reactores de mezcla completa en serie.3 L c/u . Utilice el método gráfico.En un reactor de mezcla completa se convierte el reactivo A en un 90% mediante una reacción irreversible de segundo orden (2A B). La densidad de la mezcla es de 864 kg/m 3. 3.. Determine la capacidad requerida de un CSTR.CA. si la conversión deseada es del 80%.06 gmol/L y de 6. en cada caso. .9 g/cm3 R: Para un reactor: 77. operando con una conversión final del 97%.26.01 m3 y la reacción es llevada a cabo a 100°C. La temperatura de operación es de 36°C. dada por: -rA = k.8 kg/h de ácido acético. con una temperatura de operación en cada uno de ellos de 163°C y que la corriente de alimentación consiste en A puro a 20°C.7 Kcal/min . 2do reactor: -35.32 gmol/L respectivamente. Datos Adicionales: Calor de reacción: -83 cal/g PM(R) = 250 PM (A) = 200 k a 163°C =0. Para tres reactores en serie: V=5.2 kg/h de etanol con 1..El reactivo A desaparece mediante una reacción irreversible A R.5 cal/g. la constante de velocidad para la reacción de esterificación es de 4. si se desean producir 2 millones de libras de R en 7000 horas de operación.76 x 10-4 L/gmol.8 min-1 Cp(A) = Cp (R) = 0. La reacción es: C2H5OH + CH3COOH ----- CH3COOC2H5 + H2O Ke= 2. °C A = 0.El amoníaco y el formaldehído son alimentados cada uno a un flujo de 1. Determine el volumen necesario y los requerimientos de transferencia de calor.45 Kcal/min.6 Kcal/min . (R: Tres reactores de 0. (R: 178 L) 2. Determinar el número de reactores para una conversión del 60% en el ácido. 1er reactor: +44. 3er reactor: -13.01 m 3 y un cuarto más pequeño) 4.min..En una serie de reactores de mezcla completa se hacen reaccionar 2. ¿Cuál es la máxima temperatura de entrada que se podría tener sin que se exceda el punto de ebullición del líquido (550 K) aun teniendo conversión completa? 3. Datos adicionales: H°A (273 K) = -20 Kcal/mol H°B (273 K) = -15 Kcal/mol H°C (273 K) = -41 Kcal/mol . -Volumen 1er reactor: 30 gal. El proceso existente consiste en dos tanques de mezcla completa en serie. (R: No es posible) 6. aunque se cree que con la siguiente información de planta se puede determinar su valor.4%) 5...A usted se le ha pedido señalar la ampliación del proceso actual para obtener un aumento de la capacidad de producción del compuesto B. ¿Cómo afectará esto la conversión final? (R: Aumenta 4.Tratando el mismo volumen de alimentación con iguales condiciones de concentración.6 -Conversión fraccional .8 -Caudal volumétrico alimentado: 900 gal/h -La reacción es de segundo orden en A.Una reacción orgánica en fase líquida. elemental e irreversible: A+BC Es llevada a cabo en un reactor de flujo pistón. La alimentación consta de igual cantidad de moles de A y B a 27°C y con una rata de flujo volumétrico de 2 dm3/s. Determine el valor de la constante en caso de ser posible. 1. Calcular la conversión que se puede lograr en un reactor CSTR de 500 dm3. cuando la reacción es llevada a cabo adiabáticamente. 2. los datos originales para la constante de velocidad fueron extraviados.1er reactor: 0. -Volumen 2do reactor: 40 gal. La reacción que se produce es la siguiente: 2A B + C Desafortunadamente. Calcule el volumen de un CSTR necesario para lograr 85% de conversión.Proceso: 0. -Conversión fraccional . 9cal/g.0 °C y 93%] 10.Una compañía tiene dos reactores de mezcla completa de distinto tamaño para la producción de un producto específico obtenido por una reacción homogénea de primer orden. La constante de velocidad es k = 1. . 102.03 gmol/L es alimentada a un flujo de 2831.s a 300 K E = 10..0. La temperatura es 25°C y en estas condiciones. El segundo y el tercer reactor tienen volúmenes de 2 y 1. La velocidad volumétrica de flujo es 200 cm 3/seg..175 m3 . 3) 100%. 180. R: 1) 0.Se planea hidrolizar anhídrido acético en tres reactores de tanque de mezcla completa operando en serie.158min-1.4162 m 3/kmol.K k = 0.5 L. 7.Una reacción irreversible de primer orden (en fase líquida) se lleva a cabo en un reactor continuo de tanque con agitación (CSTR). respectivamente. Use un método gráfico para calcular la fracción hidrolizada en el efluente del tercer reactor..1 Kmol/dm3 CpA = CpB = 15 cal/ mol. la constante de velocidad irreversible y de primer orden es 0. ¿Cuál de las dos asociaciones permite alcanzar la velocidad de producción máxima? (R: El resultado es independiente de la asociación) 8. °C. La densidad es 1. (R: 42/100) 9. 1.Una corriente de A con concentración de 24.. 2) 380 K . [R: 1) 21.25 °C y 1% .h y la constante de equilibrio K= 16. Calcular el volumen del reactor para una conversión del 80% a la del equilibrio. ¿Cuáles son las posibles temperaturas y conversiones para una operación adiabática estable a una concentración de la alimentación igual a 4.CAo =0.7 L/h a un reactor continuo de mezcla completa donde se produce la reacción: 2A -- C + D La constante directa de la reacción es de 0.2 g/cm3 y el calor específico es 0.8x10 5 e-12000/RT (s-1) donde T está en K.01 dm3/mol.000 cal/mol. La alimentación fluye al primer reactor (1 L) a una velocidad de 400 cm 3/min. Si el calor de reacción es H = -46000 cal/gmol y la temperatura de la alimentación corresponde a 20°C.5 °C y 17% . y el volumen del reactor es 10 L.0 gmol/L? (Nota: Suponga que alimentación es el reactivo puro). 57x1018 min-1. Si los reactores están limitados en tamaño a 1/10 del volumen del aporte indique ¿Cuántos reactores en serie de mezcla completa son necesarios? R: 1) 1742. 11. 2) Seis reactores y un séptimo más pequeño.Para la siguiente reacción reversible exotérmica: A -- B Reacción directa: A1= 2. ¿cuál debe ser la temperatura de operación del sistema para garantizar una máxima conversión? (R: 63°C) . Al sistema se alimenta una corriente de 100L/min. con una concentración de A de 2 gmol/L (la alimentación no contiene B). Ea2= 29600 cal/mol Se propone utilizar dos tanques de mezcla completa en serie con capacidad de 750 litros cada uno..95x107 min-1. Ea1= 11600 cal/mol Reacción Inversa: A2= 1.2. Si se conserva la misma temperatura en ambos reactores.4 L .
Report "Ejercicios de Análisis y Diseño de Reactores"