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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ciencias Químicas Ingeniería Química
Cinética y Catálisis Semestre agosto-diciembre 2017 Problemario 2da etapa
Equipo 1 __________ 1584812 Diana Carolina Carolina Coronado de la Cruz __________ 1583445 Gerardo Alexander Dávila Dávila Limón __________ 1693794 Ana Cecilia Cecilia García García González __________ 1720572 María Cristina Hernández Cardiel __________ 1584906 Alberto Quintanilla Quintanilla Leal Leal __________ 1587746 Lidia Fernanda Fernanda Serrano Garza Dr. Javier Rivera de la Rosa
San Nicolás de los Garza, Nuevo León, a 26 de octubre del 2017.
Problemas a exponer L-5.4-3ed. Se planea remplazar el actual reactor de tanque agitado por otro con el doble de volumen. Para la misma alimentación acuosa (10 mol A/litro) y la misma velocidad de alimentación, calcular la nueva conversión. La cinética de la reacción está dada por:
Y la conversión actual es de 70 %.
→ .
Solución:
Se establece la ecuación de diseño para un reactor CSTR:
Para el volumen actual del reactor se tiene
Se sabe que:
−
[1]
̇ 1 ̇. ̇ . . 1
Por lo que sustituyendo en la Ecuación 1 y despejando para las incógnitas se obtiene:
̇ .−.
Para la ecuación de diseño del segundo reactor se considera:
2
[2]
Por la redacción se sabe que se usará la misma concentración inicial y flujo volumétrico cuando se escale el reactor. Por lo tanto, la ecuación de diseño para el segundo reactor es la siguiente:
̇ . 2 . 1 ̇ .− .
Despejando:
[3]
Haciendo una relación entre las Ecuaciones 2 y 3 se tiene:
. . − ̇̇ .− .
Sustituyendo para
10 0.7 12 1.347151010.1 . y
y simplificando la ecuación:
Donde despejando para el valor de conversión para el escalamiento del reactor obtenemos:
. Tabla 1. Valores para graficar. V2
x2
1/16
0.19
1/8
0.31
1/4
0.44
1/2
0.58
1
0.7
2
0.79
4
0.86
8
0.91
16
0.94
32
0.96
Análisis
La figura 1 muestra un gráfico de cómo cambia la conversión con el cambio del volumen del reactor, manteniendo la información brindada en el problema (flujos volumétricos de entrada, concentración de entrada, V 1 y x1). En este escalamiento se tomaron 4 valores de disminución y 5 de aumento con respecto al volumen del reactor a escalar.
Cómo se ve en la gráfica, entre mayor sea el volumen del reactor, mayor será la conversión. Esto se debe a que, al mantener el flujo y concentraciones de entrada entr ada iguales que el reactor a escalar, el tiempo de residencia t aumenta, favoreciendo la reacción.
Escalamiento Escalamient o de reactor 1 0.9 0.8 2 0.7 x n 0.6 ó i s 0.5 r e v 0.4 n o c 0.3
0.2 0.1 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Volumen de reactor escalado V2
Figura 1. Gráfica que explica la variación de la conversión con respecto al factor de escalamiento del reactor.
L-5.18-3ed. Una solución acuosa que contiene A (1 mol/L) se alimenta a un reactor de flujo pistón de 2 litros, donde reacciona: 2A→R, -r A=0.05CA2 mol/L·s Calcular la concentración de salida de A para una velocidad de alimentación de 0.5 L/min.
Solución:
Partiendo de la ecuación:
En términos de la conversión de A:
Calculando ε
Sustituyendo el valor de ε en la ec.
Resolviendo la integral para X
0.0 5 0.05 +− 12 12∗1 1 0.05 −− 0.0 5 · 0.05 2 · 0. 0 5·1 0.5 / 0. 2 ∙ 10. 2 ∙1 . /
Sustituyendo valores y resolviendo para la conversión
Despejando para la concentración de salida de A
Análisis
V0 vs. CA 1.2 1 0.8 k…..0.05 A
C 0.6
k…..0.04 k…..0.01
0.4
k…..0.02 k…..0.03
0.2 0 0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
V0
Figura 1. Gráfica del flujo volumétrico V 0 (L/s) contra la concentración en la salida C A(mol/L).
-
-
CA aumenta conforme V 0 aumenta Solo uando el flujo volumétrico inicial (V 0) es pequeño, el reactor a estas condiciones es eficiente, pues la concentración de A es pequeña, en cambio, a valores mayores de V 0 , CA en la salida es muy cercana a C A0 , esto quiere decir que no reaccionó en gran cantidad. La cinética química influye sólo a valores de V 0 pequeños, pues es en estas regiones en donde se debe trabajar para tener buena conversión. Conforme aumenta la constante k, menor es la concentración final, pues esto quiere decir que lo demás reaccionó.
-
L-5.28-3ed.Se han obtenido los datos de la tabla P5.28 para la descomposición del reactivo A en fase gaseosa en un reactor intermitente de volumen constante a 100 °C. La estequiometría de la reacción es Calcular el tamaño del reactor de flujo pistón (en litros), operando a 100 °C y 1 atm, capaz de tratar 100 moles de A/h de una alimentación que contiene 20% de inertes para obtener una conversión de 95% de A.
2 →.
t (s) Pa (atm)
0
20
40
60
80
100
140
200
260
330
420
1.0
0.80
0.68
0.56
0.45
0.37
0.25
0.14
0.08
0.04
0.02
Solución:
tr
Proponemos un modelo cinético de orden:
ln1 1
Suponemos comportamiento de 1er orden y desarrollamos:
[1] [2]
Donde CA = CAO(1-x). Después, integrando y despejando en función de la conversión obtenemos la siguiente ecuación:
[3]
Donde la conversión se expresa como:
[4]
Utilizando la ley de los gases ideales, despejamos para el cálculo de la concentración del reactivo A inicial:
Entonces:
∴ 1
[5]
[6]
[7]
Sustituyendo [7] en [3] obtenemos que la ecuación [8] se muestra con un comportamiento lineal. Por lo tanto, graficaremos t vs. Pa/Pao para observar el comportamiento, y corroborar si es realmente una ecuación de primer orden de forma y = mx + b.
Donde:
ln ln y=
[8]
x = tiempo (segundos)
Tabla 1. Valores tabulados para el ajuste lineal. t (s) 0 20 40 60 80 100 140 200 260 330
420
-ln(Pa/Pao) 0 0.223 0.386 0.580 0.800 0.994 1.386 1.966 2.526 3.219
3.912
4
Figura 1. Gráfica de
ln
3 ) o a P / a P ( n l -
2
1
0
0
100
200
300
400
t (s) Datos experimentales Ajuste Lineal
Figura 2. Resultados de la regresión de la Figura 1.
contra tiempo.
De esta manera, al observar la gráfica corroboramos por su comportamiento lineal que efectivamente la reacción es de primer orden, y que el valor de la constante cinética está expresado en la Figura 2 con el valor de a. Por lo tanto, obtenemos que el valor de la constante cinética: k = 0.0095 s -1
Y al sustituir este valor en la ecuación [1], obtenemos que la rapidez de la reacción es:
0.0095∙
A continuación, se aplica la ecuación de diseño de reactor PFR [9] bajo las condiciones anteriormente calculadas del reactor discontinuo.
1 1 − ln1
[9]
Se resuelve la ecuación [9] para encontrar el V PFR [10].
[10]
Para calcular el volumen del reactor PFR, primeramente, debemos conocer el valor de la concentración inicial del componente A. Con la ecuación [5] y sustituyendo los valores que nos br inda el problema obtenemos que:
1 373.15 0.0327 / 0.08206 − −
Sustituyendo el valor CA0, FA0, y el buscando obtener el 95% de la conversión obtenemos finalmente el tamaño del reactor PFR.
100 0.0095−0.0327 ln10.95 . L
Análisis
La Figura 2 representa el análisis del problema, en el cual se compara la variación de la conversión con respecto al volumen del reactor a diferentes valores de flujo molar de entrada.
VPFR vs. x 1 0.9 0.8 FA0…..25 x 0.7
FA0…..50
0.6
FA0…..75 FA0…..100
0.5 0.4 50
100
150
200
250
300
350
400
VPFR
Figura 2. Variación de la conversión con respecto al volúmen del PFR (L) a distintos valores de F A0 (mol/h).
- La conversión aumenta conforme aumenta el V PFR . -A VPFR altos, no es tan significante el flujo molar de entrada para obtener una buena conversión. -A VPFR bajos, mientras mayor sea el flujo molar de entrada, menor conversión se logrará.
Problemas restantes L-5.3-3ed – Una corriente de monómero A acuoso (1 mol/litro, 4 litros/min) se introduce en un reactor de tanque agitado de 2 L. en el reactor, el monómero se somete a radiación y se polimeriza siguiendo la ecuación:
→→→… ⁄ 0. 0 1 0.0002 ⁄
Una corriente de salida , y para un producto particular de la reacción W, se obtiene . Calcular la velocidad de la reacción de A y la velocidad de formación de W. Solución:
0.01 ⁄ 10.01 ⁄ 1.98 ⁄ 0.00020 ⁄ 0.0004 ⁄ L-5.5-3ed – Una alimentación acuosa de A y B (400 litros/min, 100 mmol A/litro, 200 mmol B/litro) se ha de convertir en producto en un reactor de flujo pistón. La cinética de la reacción está representada por
→ 200
Calcular el volumen necesario del reactor para obtener una conversión de 99.9% de A en producto.
Solución: Se establece la ecuación de diseño para un reactor PFR:
Sustituyendo la ecuación de velocidad de reacción, la conversión deseada y expresando en términos de la conversión se obtiene
. 200 ∫. −− ̇ 400 (0.1 )40
[4]
Donde el flujo molar inicial está definido por
Integrando la Ecuación 4 y sustituyendo los datos se obtiene el volumen necesario para este sistema
40 (3.1070 ) 124.312 L-5.6-3ed Un reactor de flujo pistón (2m3) procesa una alimentación acuosa (100 L/min) que contiene un reactivo A (CA1=100 mmol/L). Esta reacción es reversible y está dada por
0.04− 0.01−
Calcular en primer lugar la conversión de equilibrio y luego calcular la conversión de A en el reactor. Solución:
Se calcula la constante de equilibrio con los valores de k1 y k2.
− 0. 0 4 0.01− 4
Una vez que se cuenta con la constante de equilibrio se procede a calcular la conversión x, despejándose de la ecuación 2.
1 . 1
Para la siguiente parte del problema se presenta la ecuación del volumen de un reactor PFR:
Después de integrar la ecuación y despejar para x se obtiene el resultado.
. L-5.7-3ed En un reactor de mezcla completa se efectúa la reacción en fase líquida homogénea
→
Y tiene lugar una conversión del 50%.
−
=
Solución:
0
, a) Calcúlese la conversión si el reactor se sustituye por otro seis veces mayor, sin modificar las demás condiciones.
Al ser líquidos, consideramos V=constante 1 = 0.5 @
− − 6 −
[1]
[2]
[3]
Se hace una relación entre las ecuaciones [2] y [3] y se sustituyen los valores:
− − .−. −
[4]
[5]
= .
b) Calcúlese la conversión si se sustituye el reactor primitivo de mezcla completa por un reactor de flujo en pistón de igual tamaño, sin modificar las demás condiciones.
∫ − ∫ −
[1]
[2]
Se integra la ecuación b2 y se obtiene la siguiente ecuación:
−
[3]
Se usa la ecuación b3 para los dos diferentes volúmenes y se obtienen las siguientes ecuaciones:
− 6 −
[4]
[5]
Se hace una relación entre estas dos ecuaciones y se obtiene la siguiente ecuación:
− −
[6]
Se despeja y se sustituyen valores.
1 1 .
[7]
L-5.8-2da – Hemos 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) era 32 litros, suponiendo que la estequiometria era para una reacción de primer orden fase gaseosa. Sin embargo, la estequiometría de la reacción es . Calcúlese el volumen del reactor necesario para la estequiometría correcta.
→ →3
Solución:
32 L
0. 1 1ln1 ln11 ln(1) ln(11 ) 32 ln(10.1 99) 0.1441 →3 311 2 1ln1 12l n10.9920.99 11.8355 11.0.18441355 .
De la estequiometría de la reacción y la inexistencia de inertes, La expresión cinética es:
Para la reacción
[1]
[2]
:
L-5.10-3ed – Una alimentación gaseosa de A puro (2mol/L, 100 mol/min) se descompone para dar una velocidad de productos en un reactor de flujo piston. La cinetica de la conversión esta dada por
→2.5
(10 mi1n)
Calcular la conversión esperada en un reactor de 22 litros. Solución:
≠0 ∑12.511.5 ≠0 1ln 11 1ln − 10 100−22/2 11.5ln 11 1.5 4.42.5ln 11 1.5 0 2.5 ln 11 1.54.4 + ′ 12.5 1.5 1. 5 4. 4 2. 5 l n − 0. 8 −. 1.5
La reacción que sucede en el reactor es gaseosa por lo que expansión:
asi que se debe calcular el factor de
Se establece la ecuación de diseño para una reacción de primer orden para
Se sabe que el tiempo de residencia es igual a
Se sustituye y se reescribe para obtener
[1]
Sustituyendo los datos del problema en la Ecuación 1 y simplificando
Se rescribe la ecuación para tener una función
Esta ecuación se resuelve usando la fórmula para el método de Newton Raphson
Donde la derivada de la función es igual a
Se propone un valor inicial para la fracción de componente (x=0.8) y se realiza la primera iteración del método
1.50.84.4 2. 5 l n −. 0. 8 −.. 1.5 0.9433 .
Se repite el método hasta convergencia (cuarta iteración) en la cual se obtuvo un valor de conversión esperada para este reactor de
L-5.11-3ed – La enzima E cataliza la fermentación del sustrato A (el reactivo) para que se convierta en el producto R. Calcular el tamaño del reactor de tanque agitado necesario para una conversión de 95 % del reactivo con una corriente de alimentación (25 litros/min) de reactivo (2 mol/litro) y enzima. La cinética de la fermentación para esta concentración de enzima está dada por:
Solución:
→ 10.0.1 5 ∙
2 / 25 / Con la concentración inicial y la conversión se obtiene la concentración.
12 ⁄ 1.950.1 ⁄ −− ⁄ ⁄ 0. 1 25 ⁄ +.2 . ...⁄⁄
Se utiliza la ecuación 1 para calcular el volumen del reactor.
Se sustituyen los valores en la ecuación 1.
[1]
________________________________________________________________________________ L-5.14-3ed – Una corriente de reactivo gaseoso puro A (C Ao= 660 mmol/L) se introduce en un reactor de flujo pistón con un flujo F Ao= 540 mmol/min y ahí polimeriza de la siguiente manera:
3 → 54 ∙
¿Qué longitud de reactor se necesita si se desea disminuir la concentración de A a la salida hasta A CAf = 330 mmol/L? Solución:
− ∫ − +−
[1]
[2]
Sustituyendo los datos del problema en la ecuación 2 y despejando para x obtenemos:
0.75
Una vez que se conocen estos valores se sustituyen en la ecuación 1 para obtener el volumen del reactor.
− ∙ 0.757.5
[3]
Las siguientes ecuaciónes (4 y 5) demuestran la longitud mínima que debe tener un tubo y la siguiente demuestra el volúmen del reactor.
4 4
[4] [5]
Sustituyendo la ecuación 5 en 4 respecto a L resulta que:
[6]
Sustituyendo los valores numéricos conocidos en la ecuación 6 tenemos la única incógnita resultante es el diámetro, de la cual resulta:
4. 4 ∴0.1333 440.13330.5374
Usando la ecuación 4 tenemos que:
. L-5.16-3ed – El reactivo gaseoso A se descompone como sigue
0.6 1 ̇ 180 /min 300 /
→3
Halle la conversión de A que se obtiene en un reactor de mezcla completa de 1 m3 que se alimenta con una corriente que contiene 50% de A y 50% de inertes ( Solución:
Tomando en cuenta la ecuación de diseño para un reactor de flujo mezclado
̇ 0. ̇ 6 . ̇ +− ∑0.5311 180 L/mi n x 1x 1 m (1000L ) 1m 0.6min−1x . 2 → 3 Sustituyendo la ecuación cinética de la velocidad de reacción y sabiendo que
se obtiene
Cambiando la concentración de A en términos de la conversión se obtiene
[1]
Donde el cambio fraccional del volumen del sistema para este sistema es igual a
Sustituyendo los datos en la Ecuación 1 se obtiene
Despejando para x se obtiene la conversión de A para este sistema dando un resultado de
/ de una mezcla de aire-ozono (80% L-5.17-3ed A través de un reactor de flujo pistón pasa 1 de aire) a 1.5 y 93° . En estas condiciones, el ozono se descompone conforme la siguiente reacción homogénea: −
=
= 0.05 ⁄
∙
Calcular el tamaño del reactor necesario para una descomposición de 50% del ozono. Solución:
Primeramente se hace uso de la ecuación de diseño para un reactor PFR
∫ −
Sustituyendo la rapidez de la reacción en la integral y sabiendo que expresada de la siguiente manera
̇
̇ ∫ ≠0 1 1 ̇ k+− ̇ ∫ +− atm 0.0099 0.00.82201.5366
[1] la Ecuacion 1 queda
Por la redacción se sabe que son gases por lo que
[2]
por lo que
Sustituyendo en la Ecuación 2 se obtiene
Simplificando
[3]
Se usó la Ecuación de gases ideales para obtener la concentración inicial de ozono de la siguiente manera
Y el cambio fraccional del volumen del sistema para este sistema se obtuvo como
∑0.2320.2 1 0.05 0.0099 1.12729 2277.35
Integrando la Ecuación 3 y sustituyendo los valores se obtiene
L-5.19-3ed – Utilizando varios flujos de alimentación, se alimenta A gaseoso puro a 3 atm y 30°C (120 mmol/litro) a un reactor de tanque agitado. En el reactor, el compuesto A se descompone y se mide su concentración a la salida para cada flujo de entrada. Usando los siguientes datos, encontrar una expresión de velocidad que represente la cinética de la descomposición de A. Suponer que sólo el reactivo A aparece en la ley de velocidad.
A
3R
Tabla 1. Datos del problema.
V0, litro/min CA, mmol/litro
0.06 30
0.48 60
1.5 80
8.1 105
Solución:
120 /
0
, Con la ecuación del volumen para un CSTR. Se tiene como incógnita el valor de la conversión.
−
[1]
Sustituyendo los valores del flujo molar inicial y final en términos de concentración, y sustituyendo la ecuación de rapidez de reacción obtenemos la ecuación 2.
[2]
Sustituyendo la conversión x por su relación estequiométrica se obtiene:
Despejando y agregando un logaritmo natural de ambos lados para lograr la linealización obtenemos lo siguiente:
lnln+−
[3]
Utilizando las leyes de los logaritmos para separar términos, obtenemos una ecuación lineal de la forma y=mx +b.
ln+− ln
Evaluando los datos de la Tabla 1 para un valor de tabla 2. Tabla 2. Valores calculados a partir de la Tabla 1.
[4]
en cada uno de los términos obtenemos la
y x
1.28 3.4
Donde
2.67 4.09
3.25 4.38
3.79 4.65
ln+−
y
.
Realizando una regresión lineal para estos valores, se obtiene un valor de la pendiente m=2 y b=5.5472 De esta regresión obtenemos el valor de n y k.
2 bln 5.5472 . −. 0.0039 −−
Entonces nos queda la ecuación de rapidez de reacción:
. −− L-5.20-3ed – Se está usando un reactor de tanque agitado para determinar la cinética de una reacción cuya estequiometría es A. R Para ello, se alimenta una solución acuosa de 100 mmol de A/litro con varias velocidades de flujo en un reactor de 1 litro, y se mide en cada caso la concentración de A a la salida. Deducir una ecuación de velocidad que represente los datos siguientes, suponiendo que sólo el reactivo A aparece en la ley de la velocidad. Tabla 1. Datos del problema.
V, litro/min CA, mmol/litro Solución:
100 /
1 4
6 20
24 50
, Con la ecuación del volumen para un CSTR. Se tiene como incógnita el valor de la conversión.
−
[1]
Se tiene la relación estequiométrica de flujo molar en la salida con flujo molar de entrada (ecuación 2) y se despeja para obtener el término xFA0 que se encuentra en la ecuación 1.
1 −−
[2]
[3]
Sustituyendo la ecuación 3 en la ecuación 1 obtenemos:
[4]
Sustituyendo los valores del flujo molar inicial y final en términos de concentración, y sustituyendo la ecuación de rapidez de reacción obtenemos la ecuación 5.
−
[5]
Despejando y agregando un logaritmo natural de ambos lados para lograr la linealización obtenemos lo siguiente:
lnln ln ln
[6]
Utilizando las leyes de los logaritmos para separar términos, obtenemos una ecuación lineal de la forma y=mx +b.
Evaluando los datos de la Tabla 1 en cada uno de los términos obtenemos la tabla 2. Tabla 2. Valores calculados a partir de la Tabla 1.
y x
4.56 1.39
6.17 3.00
7.09 3.91
Donde
yln .
Realizando una regresión lineal (Figura 1) para estos valores, se obtiene un valor de la pendiente m=1 y b=3.1636.
[7]
Regresión lineal 8 y = 1.0035x + 3.1636 R² = 1
7 6 5 y 4
3 2 1 0 0
1
2
3
4
5
x
Figura 1. Regresión lineal
De esta regresión obtenemos el valor de n y k.
1 bln 3.1636 . . 23.66 −
Entonces nos queda la ecuación de rapidez de reacción:
. − L-6.5-3ed – Se pensaba originalmente en reducir la actividad de una corriente gaseosa que contiene Xe-138 radiactivo (vida media = 14 min) haciéndola pasar a través de dos tanques en serie, ambos bien mezclados y de tal tamaño que el tiempo promedio de residencia del gas fuera de 2 semanas en cada tanque. Se ha sugerido reemplazar los dos tanques por una tubería larga (suponer flujo pistón). ¿Cuál debe ser el tamaño de esta tubería comparado con los dos tanques originales, y cuál es el tiempo promedio de residencia necesario del gas en la tubería para alcanzar la misma reducción de radiactividad?
Solución
Donde t1/2 = 14 min y τ = 2 semanas Se propone que los dos tanques en serie trabajan bajo las mismas condiciones de diseño y la misma reacción, por lo tanto, se propone una reacción de primer orden para la reducción de la actividad de la corriente gaseosa de Xe-138.
→ 1 ∫ − ln1 −− /
Conociendo la reacción resolvemos para la rapidez de reacción hasta la integración para conocer la conversión y de esa manera despejar el valor de la constante cinética.
[1] [2]
[3]
[4] [5] [6]
A partir de la ecuación [6] sustituimos el valor de t 1/2 y por ende un valor de conversión de x = 0.5 para encontrar el valor de la constante cinética.
−−. 7 í )(241 íℎ )(601 í)20160 2 (1 − , 1 = 0.0495 min -1
Convertimos el tiempo de residencia en unidades de minutos para facilitar la resolución del problema.
Sabemos que τCSTR,1= τCSTR,2 = 20160 min y que la ecuación de diseño [7] para un reactor CSTR es:
[7]
Resolviendo la ecuación [7] con una cinética de 1er. orden tenemos que para el primer reactor CSTR:
Por definición el tiempo de residencia es igual al volumen del reactor entre su flujo volumétrico. Conociendo τ podemos despejar el valor de la conversión X [9] de nuestro sistema.
, , − , +
[8]
[9]
Teniendo la ecuación [9] y sustituyendo el valor del tiempo de residencia que nos brinda la redacción del problema y la constante cinética anteriormente calculada, encontramos el valor de la conversión para el primer tanque CSTR.
− 20160 mi n 0. 0 495 , 120160 min0.0495− 0.999 , ,−−, , , , ,1,,
A partir de un balance de materia para el segundo reactor CSTR tenemos que la ecuación de diseño para el segundo reactor es [10]:
[10]
Resolviendo la ecuación [10] con una cinética de 1er. orden tenemos que para el segundo reactor CSTR:
Como los volúmenes deben ser iguales y debido a que el flujo volumétrico permanece constante, recordamos que τ CSTR,1 = τCSTR,2. Entonces el tiempo de residencia para el segundo reactor CSTR será [11]:
, , ,−−,,
[11]
Y despejando para calcular la conversión en el segundo reactor CSTR [12] y sustituyendo los valores del tiempo de residencia, la constante cinética y la conversión del primer reactor CSTR obtenemos que:
, ++, − 20160 0. mi n 0 495 , 120160 min0.04950.−999 0.999
[12]
Para calcular el τ promsustituyendo los reactores CSTR por un reactor PFR utilizamos su ecuación de diseño [13] y resolvemos para una cinética de 1er. orden hasta encontrar el τ PFR [14]el cual representa el τ prom.
[13]
1 ln1
Para el cálculo del tiempo de residencia en el reactor PFR, se utiliza x CSTR,2 debido a que buscamos adaptar las condiciones de los dos reactores CSTR en un tanque PFR. Por lo tanto, se utiliza la conversión de salida obtenida en el sistema en serie de CSTR.
ln1, − .. .
[14]
Sustituyendo los valores de la constante cinética y x CSTR,2 se encuentra el valor promedio del tiempo de residencia que existirá en el sistema en caso de proponer un reactor PRF.
Sabemos que por definición τ = V/v o. El pro blema plantea que τ PFR = τ prom y que el flujo volumétrico se mantiene constante, por lo tanto, v o,CSTR(1) = v o,CSTR(2) = vo,PFR. Entonces, para encontrar el tamaño en que se diseñará el reactor PFR, proponemos la relación entre el V CSTR y VPRF [15].
[15]
Entonces para establecer la escala del V PFR en relación a los dos reactores CSTR en serie, tenemos que:
2 2 220160 139.55 3.46110− .−, ,
Por lo tanto el V PFR que se necesita será calculado como:
L-6.3-3ed. – Una corriente acuosa de reactivo (4 mol A/litro) pasa a través de un reactor de tanque agitado seguido de un reactor de flujo pistón. Calcular la concentración a la salida del reactor de flujo pistón, si CA = 1 mol/litro en el reactor de tanque agitado. La reacción es de segundo orden con respecto a A, y el volumen del reactor de flujo pistón es tres veces el del reactor de tanque agitado.
Solución:
Debido a que se trata de una corriente acuosa, se supone un sistema de densidad constante, lo que significa que se tendrá un flujo volumétrico constante en el diseño de nuestros reactores en serie. Sabemos que es una reacción de segundo orden con respecto a A, por lo tanto, la rapidez de reacción es:
3 4 1
[1]
Calculamos el tiempo de residencia con la ecuación [2] sustituyendo los valores de concentración inicial y final del reactor CSTR brindados por el problema. [2]
Debido a que no conocemos el valor de la constante cinética, resolvemos para el producto de esta constante con el tiempo de residencia.
Después se calcula el tiempo de residencia que se obtendrá en el reactor PFR tomando en cuenta que este tendrá tres veces el tamaño del CSTR. Por lo tanto:
3 1 1 3 33 9 12 11
De esta manera, sustituyendo el valor de la concentración inicial del PFR que viene siendo la concentración de salida del CSTR, obtenemos el valor de la concentración de salida del PFR.
1 9 1 1
. →
F-4.15-4ed. – Se desea llevar a cabo la reacción gaseosa en un PFR existente que consta de 50 tubos en paralelo de 40 pies de largo con un diámetro interno de 0.75 pulgadas. Los experimentos a escala de laboratorio dieron la constante de velocidad de reacción para la reacción de primer orden con un valor 0.00152 s -1 a 200°F y 0.0740 s -1 a 300°F. ¿A qué temperatura deberá operarse el reactor para dar una conversión de A del 80% con flujo másico de alimentación de 500 lb/h de A puro y una presión de operación de 100 psig? A tiene peso molecular de 73. Las desviaciones respecto del comportamiento ideal pueden despreciarse y la reacción inversa es insignificante en tales condiciones.
Solución:
Primeramente, calculamos el volumen del reactor PFR tubular con la ecuación [1]:
∙∙
[1]
Donde: Nt= 50 tubos L = 480 in D = 0.75 in Entonces, sustituyendo estos valores se encuentra que el V PFR es:
6.14 1 1 ln1
Con la ecuación [2] de diseño de reactor PFR despejamos hasta resolver para encontrar la constante cinética [3]:
[2]
[3]
Para calcular F A0 utilizamos el peso molecular del compuesto A y para calcular C A0 utilizamos la ecuación con la relación de los gases ideales [4]:
500 ℎ (173 )6.85
[4]
La redacción del problema nos da diferentes valores de constante cinética para T 1 = 200°F y T2 = 300°F y a partir de la ecuación de Arrhenius [5] encontraremos la relación de E/R [6] para poder calcular el valor intermedio de la constante cinética que encontraremos bajo las condiciones brindadas en el problema. T1 = 200°F = 659.7°R
k 1 = 0.00152 s-1
T2 = 300°F = 759.7°R
k 2 = 0.0740 s -1
ln − 19472.4 °
[5]
[6]
Sustituyendo los valores para la ecuación [6] encontramos que la relación de E/R es:
De esta manera podemos igualar el nuevo valor de la constante cinética, relacionando las ecuaciones [3] y [5], entonces se desarrolla la ecuación [7] la cual nos permite conocer la temperatura de operación que estamos buscando:
− ln1
[7]
Resolvemos para la ecuación [7] despejando para la temperatura, donde: FA0 = 1.9028x10-3lbmol/s R = 10.732 ft3-psi/°R-lbmol P = 100 psig = 114.7 psia VPFR = 6.14 ft3 k 1 = 0.00152 s-1 E/R = 19472.4 °R x = 0.80 De esta manera, encontramos que la temperatura de operación para alcanzar la conversión del 80% con 500 moles/h de alimentación: T = 737.68°R = 278.01°F
F-4.5-4ed. – La reacción en fase líquida
→
Sigue una ley de velocidad elemental y se lleva a cabo isotérmicamente en un sistema de flujo. La concentración de las corrientes de alimentación A y B es de 2 M antes de la mezcla. El flujo volumétrico para cada corriente es de 5 dm 3/min y la temperatura de entrada de 300 K. Las corrientes se mezclan de inmediato antes de entrar. Hay disponibles dos reactores. Uno de ellos es un CSTR gris de 200 dm3, que puede calentarse a 77°C o enfriarse a 0°C, el otro es un PFR de 800 dm 3 de color blanco que funciona a 300 K y no puede calentarse ni enfriarse, pero sí pintarse de rojo o negro. Observe que k = 0.07 dm 3/mol-min a 300 K y E = 20 kcal/mol.
(a) ¿Qué reactor y qué condiciones recomienda usted? (b) ¿Cuánto tardará en obtener una conversión del 90% en un reactor intermitente de 200 dm 3 con CA0 = CB0 = 1 M tras mezclar una temperatura de 77°C? (c) ¿Cuál sería su respuesta al inciso (b) si el reactor se enfría a 0°C? Solución:
Primeramente, considerando que T 2 = 350.15 K, y sabemos que k = 0.07 dm 3/mol-min a 300 K y E = 20,000 cal/mol. Calcularemos el valor de la constante cinética para la T 2 a partir de la ecuación de Arrhenius [1] donde R = 1.987 cal/mol-K.
ln [ (1 1)] 1 1 20000 0.07 1.987 − (300 350.15 )8.55 − 1
[1]
Entonces proponemos la ecuación de diseño para un reactor CSTR [2] para la rapidez de reacción [3]:
[2]
[3]
[4]
Sabemos que CA0 = CB0, por lo tanto, M B = 1 y suponemos que b/a =1. Entonces al sustituir estos valores en la ecuación [4] tenemos que:
1
[5]
Por otra parte, sabemos que F A0 = vA0CA0 así que despejamos la ecuación [2] para encontrar el valor de la conversión en el reactor CSTR [6]:
− 0.926
Sustituyendo valores encontramos que:
[6]
Para el diseño de un reactor PFR [7] que se mantiene a una T = 300 K tenemos que igualmente despejar con respecto a la conversión del reactor PFR.
1 1 .
[7]
Sustituyendo valores encontramos que:
(a) Debido a las condiciones de diseño propuestas por el problema, se escoge un reactor CSTR ya que se obtiene una mayor tasa de conversión en su diseño.
Para obtener el tiempo que se tardará un reactor intermitente en alcanzar una conversión del 90%, tenemos que V = 200 dm 3 con CA0 = CB0 = 200 dm3 y T = 350.15 K. De la ecuación [3] despejamos con respecto a la conversión y sustituimos los valores que nos brinda el problema para obtener que:
9
t = 1.053 min
Repitiendo la misma propuesta que para el inciso (b), ahora enfriaremos hasta 0°C, para esto se necesita aplicar la ecuación de Arrhenius [1] para encontrar el valor de la constante cinética a estas condiciones:
1 1 20000 0.07 1.987 − (300 273.15 )0.00259 . −
Despejando para encontrar el valor del tiempo de respuesta tenemos que:
F-4.16-4ta – La isomerización reversible:
↔
Sigue una ley de velocidad elemental. Si X c es la conversión en el equilibrio, Solución:
a) Muestre para un reactor intermitente y un PFR que:
ln −
0 1 − 1 1 1 (1 1 ) 1 (1 )
En el equilibrio:
[1]
Para reactor intermitente Balance de moles:
− 1
[2]
[3]
Para PFR
ln ( ) ∫ − ∫ −+ 1 11 ln ( ) − − 1 1 ( ) l n −
[4]
b) Muestre que para un CSTR:
[5]
c) Muestre que la eficiencia del volumen es:
Y después grafique la eficiencia de volumen en función de la proporción (X/X e) desde 0 hasta 1.
l n l n − − − − ( )ln( ) − ln −
[6]
d) ¿Cuál sería la eficiencia de volumen para dos CSTR en serie si la suma de los volúmenes es la misma que el volumen del PFR?
1
L-5.12-3ed – Una alimentación acuosa de A y B (400 L/min, 100 mmol A/L, 200 mmol B/L) debe convertirse en producto en un reactor de tanque agitado. La cinética de la reacción está dada por:
→
Calcular el volumen del reactor necesario para una conversión del 99.9 % de A en producto. Solución:
Figura 1. Diagrama del problema.
Partiendo de la ecuación de volumen para un CSTR:
Y sabiendo que
∙ 1 ∙ 200∙∙∙∙ 2 ≠ 1 3 1∙ 1∙ 4 ∙1∙ 200∙ ∙1∙∙ ∙ 5 (100300)∙120.33 200100 2 11 1
, y conociendo la rapidez de reacción, sustituimos:
Podemos dejar la eq. [2] en función de la conversión cuando
Sustituyendo eq. [3] y [4] en la eq. [2], y simplificando:
Calculamos el valor de , MB y b/a :
sabiendo que:
Sustituyendo los valores calculados en la eq. [5], además de los dato s que nos proporciona el problema, obtenemos un volumen de:
∙ 10. 3 3∙ 0 . 9 99 200∙0.100∙10.999∙20.∙400999 .
L-5.15-3ed – Una alimentación de A puro (1 mol/litro) en fase gaseosa se introduce en un reactor de tanque agitado de 2 litros, donde reacciona según
2→, 0.05 ∙
Calcular cuál será la velocidad de alimentación (litros/min) que producirá con una concentración a la salida de CA=0.5 mol/litro. Solución:
Figura 1. Diagrama del problema.
Partiendo de la ecuación de volumen para un CSTR:
Y sabiendo que
Calcular x con:
∙ 1 ∙ ∙ ∙ 2 10.1 5 0.5 3 0. 0 5∙ ∙ 0. 0 5∙ 0 . 5 ∙ 0.5∙1 ∙2 . , sustituimos y despejamos para V0:
A partir de la Eq. [2] y con los valores conocidos, se calcula V0:
L-3.5-3ed – Una solución acuosa que contiene A (1 mol/L) se alimenta a un reactor de flujo pistón de 2 litros, donde reacciona:
2→, 0.05 /·
Calcular la concentración de salida de A para una velocidad de alimentación de 0.5 L/min. Solución:
F igura 1. Diagrama del problema.
Partiendo de la ecuación de modelo para reactores PFR:
0.0 5 0.05 +− 12 12∗1 1 0.05 −−
En términos de la conversión de A:
Calculando
Sustituyendo el valor de en la ec.
0.0 5 · 0.05 2 · 0. 0 5·1 0.5 / ∙ 10.2∙1 . /
Resolviendo la integral para X
Sustituyendo valores y resolviendo para la conversión
x=0.2
Despejando para la concentración de salida de A
L-5.24-3ed – Se alimenta continuamente un hidrocarburo gaseoso de alto peso molecular A a un reactor de tanque agitado que se mantiene a alta temperatura, donde se craquea térmicamente (reacción homogénea en fase gaseosa) produciendo materiales de menor peso molecular, llamados en conjunto R, con una estequiometría aproximada . Al cambiar el flujo de alimentación, se obtienen diferentes grados de rompimiento:
→5
Tabla 1. Flujos molares con su concentraciones de A en la salida del reactor. FA0, mmol/h CA,out, mmol/litro
300 16
1000 30
3000 50
5000 60
El volumen vacío del reactor es V = 0.1 litros, y a la temperatura del reactor la concentración de la alimentación es C A0 = 100 mol/litro. Encontrar una expresión de velocidad que represente la reacción de craqueo. Solución:
Figura 1. Diagrama del problema.
Partiendo del modelo para reactores CSTR:
∙ 1 ∙ 2
Sabemos que la rapidez de reacción tiene forma de:
Dónde k es una constante de rapidez de reacción y n es el orden de reacción. Si despejamos -rA de la eq. [1] y sustituimos con la eq. [2], queda de forma:
∙ ∙ 3 4
Podemos obtener la conversión obtenida con los datos proporcionados en la Tabla 1 y la CA0 con:
Con los datos de conversión, ya podemos calcular el valor de -rA con la eq. [3]. Se obtienen los siguientes datos:
Tabla 2. Datos proporcionados con conversiones y rapidez de reacción calculadas.
FA0 [=] mmol/h
300 1000 3000 5000
CA [=] mmol/litro
16 30 50 60
x
0.84 0.7 0.5 0.4
∙
-rA [=] mmol/(h*L) 2520 7000 15000 20000
Ya con estos datos, se puede realizar una gráfica tipo , con la velocidad de reacción como la variable dependiente y la concentración de salida como la variable independiente, dando como resultado la Figura 2.
Velocidad de rxn 25000
20000
15000
velocidad de rxn
A r -
10000
Power (velocidad de rxn) -rA = 33.632CA1.5616 R² = 0.9996
5000
0 0
10
20
30
40
50
60
70
CA
Figura 2. Gráfico de la rapidez de reacción en función de la concentración de A.
Como se puede observar al agregar una línea de tendencia potencial, los datos se ajustan bien al modelo de rapidez propuesto, por lo que la expresión de rapidez de reacción es:
.∙ .
C-31.11-2da – En el mecanismo de Lindemann, la constante de velocidad "aparente" de primer orden
es
+
. A concetraciones bajas el valor de k ap disminuye. Si, cuando la concentración es
10-5 mol/lt, el valor de k ap alcanza el 90% de su valor límite en C
oo. ¿Cuál es la razón k 2/k 1?
Solución:
li→∞m lim→∞ ∙∙∙ 1 0.9 ∙10∙−∙10− 2 − − ∙ ∙10 0.9 ∙10−
Evaluando el límite cuando la C A, se tiene que:
Por lo tanto, con la información proporcionada en el problema, se tiene que cuando CA=10-5 mol/L, kap es el 90% del valor límite en C A, por lo que sustituyendo en la eq. [1]:
Realizando los siguientes pasos algebraicos para la eq. [2]:
Dandonos como resultado:
10.9 ∙ ∙10 ∙10−− ∙ ∙10− 10.9 ∙10 − (0.19 1)∙10− .∙−
S-4.4-6ta – – Se hace un estudio cinético de la descomposición del acetaldehído a 518 °C y 1 atm de
presión en un aparato continuo. La reacción es:
→
El acetaldehído se hierve en un frasco y se pasa a través de un tubo de reacción que se mantiene, mediante un horno, a 518 °C. El tubo es de 3.3 cm de DI y 80 cm de largo. La velocidad de la alimentación al tubo se varía cambiando la velocidad de ebullición. En la tabla 1 se muestran los análisis de dos productos obtenidos al final del tubo. ¿Cuál sería la ecuación de velocidad satisfactoria para estos datos? Tabla 1. Velocidad de flujo, g/h
130
50
21
10.8
Fracción de acetaldehído que se descompone
0.05
0.13
0.24
0.35
Solución:
Método de integración Para una reacción de segundo orden:
− +()
Usando la ecuación 2 en la ecuación 1, se obtiene:
1 () 1
[1] [2]
1 − + − 4ln14 3. 3 4 80 684 1 [0.082518273 ] 2160 10.4 13 4ln10.130.134 0.33⁄
Se integra y se obtiene la siguiente ecuación:
[3]
Se obtiene el volumen del reactor:
Se evalúa para cada par de datos y se obtiene la constante k.
Los valores obtenidos se muestran en la tabla 2.
Tabla 2. Conversión 0.05 0.13 0.24 0.35
Alimentación g/h 130 50 21 10.8
mol g/s 0.000825 0.000316 0.000131 0.000068
V/FA L s/mol g 828 2160 5210 10000
k L/mol g s 0.32 0.33 0.32 0.33
L-5.9-3ed – Una enzima actúa como catalizador en la fermentación de un reactivo A. Para una concentración dada de la enzima en la corriente acuosa de entrada (25 litros/min), calcular el volumen del reactor de flujo pistón necesario para conseguir una conversión de 95% del reactivo A (CA0 = 2 mol/litro). La cinética de la fermentación para esta concentración de enzima es:
+..
Solución: Sabemos que el tiempo promedio de residencia está dado por la siguiente expresión:
̇ Y el límite inferior está dado por tablas estequiométricas:
1 ∴ 210.950.1 10. 5 +.. 0.1 0.1 0.0.51 0.11 ln 5 0.11 ln20.1520.139.46 ̇ ̇ 986.5
Sustituimos la ecuación de rapidez de la reacción dada en
:
Sustituyendo los valores conocidos en el problema:
Como:
Análisis: La ecuación general con la cual se puede analizar el problema es:
̇ 0.11 ln 5
Con la que se puede generar un primer análisis del cambio de tiempo de residencia promedio con respecto a la concentración inicial de A
Tabla 5.9. Variación del tiempo de residencia, V y rapidez con respecto a la concentración inicial
mol/l
mol/l
min
CA0 Caf T 0.1 0.005 0.15 0.0075 0.2 0.01 0.25 0.0125 0.3 0.015 0.35 0.0175 0.4 0.02 0.45 0.0225 0.5 0.025 0.55 0.0275 0.6 0.03 0.65 0.0325 0.7 0.035 0.75 0.0375 0.8 0.04 0.85 0.0425 0.9 0.045 0.95 0.0475 1 0.05 1.05 0.0525 1.1 0.055 1.15 0.0575 1.2 0.06 1.25 0.0625 1.3 0.065 1.35 0.0675 1.4 0.07 1.45 0.0725 1.5 0.075 1.55 0.0775 1.6 0.08 1.65 0.0825 1.7 0.085 1.75 0.0875 1.8 0.09 1.85 0.0925 1.9 0.095 1.95 0.0975 2 0.1 2.05 0.1025 2.1 0.105 2.15 0.1075 2.2 0.11
V 30.4323227 30.6698227 30.9073227 31.1448227 31.3823227 31.6198227 31.8573227 32.0948227 32.3323227 32.5698227 32.8073227 33.0448227 33.2823227 33.5198227 33.7573227 33.9948227 34.2323227 34.4698227 34.7073227 34.9448227 35.1823227 35.4198227 35.6573227 35.8948227 36.1323227 36.3698227 36.6073227 36.8448227 37.0823227 37.3198227 37.5573227 37.7948227 38.0323227 38.2698227 38.5073227 38.7448227 38.9823227 39.2198227 39.4573227 39.6948227 39.9323227 40.1698227 40.4073227
760.808068 766.745568 772.683068 778.620568 784.558068 790.495568 796.433068 802.370568 808.308068 814.245568 820.183068 826.120568 832.058068 837.995568 843.933068 849.870568 855.808068 861.745568 867.683068 873.620568 879.558068 885.495568 891.433068 897.370568 903.308068 909.245568 915.183068 921.120568 927.058068 932.995568 938.933068 944.870568 950.808068 956.745568 962.683068 968.620568 974.558068 980.495568 986.433068 992.370568 998.308068 1004.24557 1010.18307
rapidez 0.000498753 0.000747198 0.000995025 0.001242236 0.001488834 0.00173482 0.001980198 0.002224969 0.002469136 0.0027127 0.002955665 0.003198032 0.003439803 0.003680982 0.003921569 0.004161567 0.004400978 0.004639805 0.004878049 0.005115713 0.005352798 0.005589307 0.005825243 0.006060606 0.0062954 0.006529625 0.006763285 0.006996381 0.007228916 0.00746089 0.007692308 0.007923169 0.008153477 0.008383234 0.00861244 0.008841099 0.009069212 0.009296782 0.00952381 0.009750297 0.009976247 0.010201661 0.01042654
2.25 2.3 2.35 2.4 2.45 2.5
0.1125 0.115 0.1175 0.12 0.1225 0.125
40.6448227 40.8823227 41.1198227 41.3573227 41.5948227 41.8323227
1016.12057 1022.05807 1027.99557 1033.93307 1039.87057 1045.80807
0.010650888 0.010874704 0.011097993 0.011320755 0.011542992 0.011764706
Tp vs concentracion inicial 44 42
2.5, 41.83232274
40 38 p T
36 34 32 30 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Ca0
Posteriormente, se puede estudiar como el Volumen cambia con respecto al cambio del tempo de residencia:
V vs Tp 1100
41.83232274, 1045.808068
1050 1000 950 p T
900 850 800 750 700 30
32
34
36
38
40
42
44
V
Y por último, se puede analizar cómo cambia la rapidez con respecto al cambio en la concentración inicial
rapidez vs concentración inicial 0.014 0.012
2.5, 0.011764706
0.01 z e 0.008 d i p a 0.006 r
0.004 0.002 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
CA0
5.13 L-3ed A una temperatura de 650°C la fosfamina se descompone según la reacción:
4 → 6 10ℎ−
Calcular el tamaño del reactor de flujo pistón con características de operación de 649°C y 11.4 atm que se necesita para una conversión de 75% de 10 mol/h de fosfamina en una corriente de alimentación que contiene 2/3 de este compuesto y 1/3 de inerte. 650 ºC 11.4 atm
(10 mol/h)
7
Solución: Se supone un sistema de densidad variable porque es gaseoso y varía Ftotal, lo que ocasiona que el flujo volumétrico varíe:
2 (164 )( 4 13)0. 5 1ln (1) 101 [10.5ln (10.1 75)0.50.75]0.17 ℎ
114 0. 1 0.082649273 ̇ 0.101 100 ℎ ∴ 0.17100 L-5.21-3ed – En un reactor intermitente se está planeando la conversión de A en R. La reacción se efectúa en fase líquida; la estequiometria es A→ R; y la velocidad de reacción se indica en la tabla P5.21. Calcular el tiempo que ha de reaccionar cada carga al reactor para que la concentración disminuya desde CA0 = 1.3 moI/litro a CAf= 0.3 mol/Iitro.
Solución: Se supone un sistema de densidad constante porque es una reacción líquida
. ∆ 1 1 − 1 . ≈ 2 =
Como no se conocen los datos para los valores de 0.8 hasta 1.3 de concentración se grafican los datos experimentales, en escala logarítmica, para facilitar la lectura:
1 0 ) A ( n ó i c c a e R e d z e d i p a R
0.5
1
1.5
2
2.5
0.1
Series1
0.01
Concentración de A
Con lo que se encuentran los siguientes valores: CA (mol/L)
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
-rA (mol/Lmin)
0.06
0.053
0.05
0.0475
0.046
0.045
12 {0.15 0.0145 [0.16 0.15 0.125 0.11 0.106 0.0153 0.105 0.01475 0.0146]} . L-5.23-3ed – a) Para la reacción del problema 5.21. Calcular el tamaño del reactor de tanque agitado necesario para alcanzar la conversión de 75% de una alimentación de 1 000 mol A/h con CA0 = 1.2 mol/litro. b) Repetir el inciso a) con la modificación de que el flujo de alimentación se duplica, con lo que se tratarán 2 000 mol A/h con CA0 = 1.2 mol/litro. c) Repetir el inciso a) con la modificación de que CA0= 2.4 mol/litro, pero manteniendo la alimentación de 1 000 mol A/h y CAf =0.3 mol/Litro
Solución: a)
Para conocer CAf
b)
̅ ̅11.210.750.3 ∴ 0.5 ∙ 1.20.3 1 ℎ 1000 1.2 ∙ 0.5 ∙ 60
Usando la ecuación pasada, si lo único que cambia es el flujo molar, se duplica, el volumen también se va a duplicar:
∴
c) usando la ecuación pasada, si lo único que cambia es la concentración inicial del reactivo A, se duplica, el volumen va a verse afectado de la siguiente manera:
2.40.3 1 ℎ 1000 1.2 ∙ 0.5 ∙ 60 . → 2
F-4.7-3ed – The elementary gas-phase reaction
Is carried out isothermally in a flow reactor with no pressure drop. The specific reaction rate at 50°C is 10""'^ min"' (from pericosity data) and the activation energy is 85 kJ/moI. Pure di-tert-butyl peroxide enters the reactor at 10 atm and 127°C and a molar flow rate of 2.5 mol/min. Calculate the reactor volume and space time to achieve 90% conversion in; a) a CSTR b) a PFR Solución: a)
→2
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