Coca
Coca
Coca
Reactores Químicos
Se carga el reactor batch con 100 galones de una solución acuosa que contiene 200
lb. de ácido acético, 400 lb. de alcohol etílico y la misma concentración de HCl que fue
usada para obtener las constantes cinéticas.
Indicación:
dx 1 xa
( x a)( x b) (a b) ln x b
SOLUCION
La velocidad neta de formación del ácido se obtiene por combinación de las
expresiones de velocidad directa e inversa de reacción:
r k H OH k ` E W
[H] = 4.0(1-x)
[OH] = 10.8-4.0x
[E] = 4.0x
[W] = 18.0 + 4.0x
x x x
dx 4 dx 4 / 50.1 dx
t C0 4 0 205.6 3.99.2 x 50.1x 2 10 4 0 4.1 7.97 x x 2
0
( r ) 10
Integrando:
x x
dx dx 1 x 7.42 7.42
0 41. 7.97 x x 2 ( x 7.42)( x 0.56) (7.42 0.56) ln x 0.56 ln 0.56
0
x 7.42 1
t 116.38 ln
x 0.56 13.25
xe = 0.56
EJERCICIO
(Libro: H. Scout Fogler; Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas, Capítulo
6, Ejercicio P6-4)
SOLUCIÓN
a)
A + CD rD= 800e(-2000/T)CA0.5CC Ec. 3a-1
b)
D + CU2 rU2 = 1000 e(-8000/T)CCCD Ec. 3b-1
r Ec. 3b-2
S DU 2 D
rU 2
800e (. 2000 / T )C A0.5CC
S DU 2
1000e (.8000 / T )CC C D
C A0.5 6000 / T Ec. 3b-3
S DU 2 0.8 e
CD
Tabla 3b-1. Cálculo de las Selectividades
T, K SDU1 SDU2
273 0.158012744 2805586449
473 2.198875947 258291.9667
873 11.41260563 772.5592326
1000 14.61468192 322.7430348
1250 20.53286216 97.20833401
1500 25.75666172 43.67852003
1750 30.2833502 24.6660518
2000 34.19319456 16.06842954
c)
FDO FD
V ; FD rDV Ec. 3c-1
rD
FAO FA
V ; FA FA0 rAV
rA Ec. 3c-2
FD r V r
YD D D Ec. 3c-3
FAO FA rAV rA
rA 800e (. 2000 / T ) C A0.5 C C 10e (.300 / T ) C A C C Ec. 3c-4
(. 2000 / T ) (.8000 / T )
rD 800e C 0.5
A C C 1000e CC C D
C A v O FA ; Ec. 3c-5
Ec. 3c-6
dm 3
vO 1 , C A FA
min Ec. 3c-7
C A C A0 2rA
C D 2rD Ec. 3c-8
C C C CO 2rC Ec. 3c-9
rC rA 1000e (.8000 / T ) C C C D Ec. 3c-10
Usando estas ecuaciones en Polymath para diferentes concentraciones, el rendimiento es
maximizado a diferentes temperaturas.
f(cc) = cc - cco - 2 * rc
cc(0) = 1
f(cd) = cd - 2 * rd
cd(0) = 0
f(ca) = ca - cao - 2 * ra
ca(0) = 1
cao = 1
cco = 0.5
T = 500
ra = -800 * exp(-2000 / T) * ca ^ 0.5 * cc - 10 * exp(-300 / T) * ca * cc
rd = 800 * exp(-2000 / T) * ca ^ 0.5 * cc - 1000 * exp(-8000 / T) * cd * cc
rc = ra - 1000 * exp(-8000 / T) * cc * cd
y = rd / (-ra)
FT = 10lbmol/sec
dFA
rA k1C A
dV
FA C A v 0
0.5
CTO 7.61 * 10 6
0.73 900
v 0 13140
V 1005 ft 3
N2O N2 + ½ O2
y la velocidad
k1 N 2O
2
rN 2 0
1 k 2 N 2O , mol/litro.min
siendo
k1= 1019,39e-81.800/RT
k2= 108,69e-28.400/RT
SOLUCIÓN
a) Se asumen datos de temperatura desde 100 hasta 2000K con el fin relacionar
esta variable con las constantes, tal como indica la Fig. 2-3.
TABLA 6-1 DATOS PARA DETERMINAR LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
T (K) k1 k2 ln k1 ln k2 1/T
100 4.57637E-24 7.1586E-07 -53.7411358 -14.149785 0.01
200 0.010598896 18.7246292 -4.54700543 2.92983973 0.005
300 140229.8346 5558.30215 11.851038 8.62304797 0.00333333
400 510070628.8 95764.956 20.0500598 11.4696521 0.0025
500 69840003609 528403.02 24.9694728 13.1776146 0.002
600 1.85533E+12 1649951.11 28.2490815 14.3162562 0.00166667
700 1.93103E+13 3721255.53 30.5916591 15.1295717 0.00142857
800 1.11896E+14 6848623.74 32.3485924 15.7395583 0.00125
900 4.38814E+14 11006453 33.715096 16.2139923 0.00111111
1000 1.30934E+15 16087280.9 34.8082989 16.5935395 0.001
1100 3.20259E+15 21945620.2 35.7027376 16.9040781 0.00090909
1200 6.74854E+15 28427295.1 36.4481032 17.1628603 0.00083333
1300 1.26799E+16 35386108.4 37.0787972 17.3818299 0.00076923
1400 2.17718E+16 42691827.6 37.619392 17.5695181 0.00071429
1500 3.47831E+16 50232920.7 38.0879076 17.7321812 0.00066667
1600 5.24092E+16 57916412.6 38.4978587 17.8745114 0.000625
1700 7.52491E+16 65666328.1 38.8595802 18.0000968 0.00058824
1800 1.03786E+17 73421574.2 39.1811105 18.1117284 0.00055556
1900 1.38382E+17 81133720.6 39.4687954 18.2116092 0.00052632
2000 1.79278E+17 88764911.2 39.7277119 18.301502 0.0005
b)
GRÁFICO 6-1
Diagrama ln(K1,2)=f(1/T)
60
40
ln k1 = -9838,8(1/T) + 44,647
20 R2 = 1
ln k1,2
K1
0
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 K2
-20