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Tarea 4 Reactores
Tarea 4 Reactores
Tarea 4 Reactores
EJERCICIO NUMERO 4
12/12/2020
TAREA 4. DISEÑO DE REACTORES QUÍMICOS
-rA
1,0 1,67 5,0 5,0 5,0 5,0 1,25 0,91
(mol/dm3.min)
a) Halle el tamaño del reactor CSTR, para lograr una conversión del 40%
b) Halle el tamaño del reactor PFR, para lograr una conversión del 40%
c) Halle el volumen total del sistema Si el reactor PFR está conectada en serie
con un reactor CSTR. Dónde X0 = O es al ingresar al primer reactor, X1= 0,40 es
la conversión intermedia y al salir del reactor CSTR la conversión es X 2= 0,90.
SOLUCIÓN:
a) Halle el tamaño del reactor CSTR, para lograr una conversión del 40%
Datos:
• 𝐹𝐴0 = 300𝑚𝑜𝑙/𝑚𝑖𝑛
• 𝑋 = 40% → 0.40
Primero completaremos el cuadro de datos de la reacción.
𝑚𝑜𝑙
−𝑟𝐴 1 1.67 5 5 5 5 1.25 0.91
𝑑𝑚3 ⋅ 𝑚𝑖𝑛
1 𝑑𝑚3 ⋅ 𝑚𝑖𝑛
1 0.5988 0.2 0.2 0.2 0.2 0.8 1.0989
−𝑟𝐴 𝑚𝑜𝑙
𝐹𝐴0
𝑑𝑚3 300 179.6407 60 60 60 60 240 329.6703
−𝑟𝐴
Ahora utilizamos la ecuación de diseño para un reactor CSTR en función de 𝐹𝐴0 , 𝑋y −𝑟𝐴 .
𝐹𝐴0 𝑋
𝑉=
(−𝑟𝐴 )𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
1 𝑚3 ⋅ 𝑚𝑖𝑛
( ) = 0.2
−𝑟𝐴 𝑋=0.4 𝑚𝑜𝑙
Reemplazando.
𝑚𝑜𝑙
𝑉 = 300
𝑑𝑚3 ⋅ 𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑜𝑙
1𝑚3
𝑉 = 24𝑑𝑚3 → 1𝑑𝑚3 ⋅
1000𝑑𝑚3
1000𝐿
𝑉 = 0.024𝑚3 → 1𝑚3 ⋅
1𝑚3
𝑉 = 24𝐿
Realizamos la gráfica de Levenspiel para nuestro reactor CSTR:
b) Halle el tamaño del reactor CSTR, para lograr una conversión del 40%
Datos:
• 𝐹𝐴0 = 300𝑚𝑜𝑙/𝑚𝑖𝑛
• 𝑋 = 40% → 0.40
Primeramente, comenzaremos repitiendo las filas (1) y (4) del cuadro de datos mostrados en el
diseño de un CSTR.
𝐹𝐴0
𝑑𝑚3 300 179.6407 60 60 60 60 240 329.6703
−𝑟𝐴
Donde:
𝑋2 − 𝑋0
ℎ= = 𝛥𝑋
2
Reemplazamos la ecuación (1) en la (2), entonces tenemos:
𝛥𝑋 𝐹𝐴0 𝐹𝐴0 𝐹𝐴0
𝑉= [ +4 + ]
3 −𝑟𝐴 (𝑋 = 0) −𝑟𝐴 (𝑋 = 0.2) −𝑟𝐴 (𝑋 = 0.4)
𝐹𝐴0
Usando valores de de la tabla de datos.
−𝑟𝐴
0.2
𝑉= [300 + 4(179.64) + 60]
3
𝑉 = 71.9𝑑𝑚3
𝑉 = 71.9𝐿
PROBLEMA 2.- Para una reacción exotérmica catalítica gas – sólido, efectuada
adiabáticamente, se registraron los siguientes datos:
X 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,9
FA0/-rA (kg de
catalizador)
60 30 20 18 25 35
a) ¿Qué masa de catalizador será necesario en un reactor lecho empacado (PBR), para
lograr una conversión del 40%?
Datos:
• 𝑋 = 40% → 0.40
Para calcular la masa del catalizador usaremos la forma integral de la ecuación de diseño para
un reactor PBR.
𝑥 𝐹𝐴0 𝑑𝑥
𝑤 = ∫0 (1)
−𝑟𝐴′
Utilizaremos la regla de Simpson un tercio (de tres puntos).
𝑋2 ℎ
∫𝑋 𝑓(𝑥) 𝑑𝑋 = 3 [𝑓(𝑋0 ) + 4𝑓(𝑋1 ) + 𝑓(𝑋2 )] (2)
0
Donde:
𝑋2 − 𝑋0
ℎ= = 𝛥𝑋
2
Reemplazamos la ecuación (1) en la (2), entonces tenemos:
0.2
𝑤= [60 + 4(30) + 20]
3
𝑤 = 13.33𝑘𝑔
b) ¿Qué masa de catalizador será necesario en un reactor lecho empacado (PBR), para
lograr una conversión del 80%?
Datos:
• 𝑋 = 80% → 0.80
Para calcular la masa del catalizador usaremos la forma integral de la ecuación de diseño para
un reactor PBR.
𝑥 𝐹𝐴0 𝑑𝑥
𝑤 = ∫0 (1)
−𝑟𝐴′
Donde:
𝑋4 − 𝑋0
ℎ= = 𝛥𝑋
4
Reemplazamos la ecuación (1) en la (2), entonces tenemos:
0.2
𝑤= [60 + 4(30) + 2(20) + 4(18) + 25]
3
𝑤 = 21.133𝑘𝑔
PROBLEMA 3.- La reacción: A →B, se efectuará isotérmicamente en un reactor de
flujo continuo. Halle el tamaño del reactor CSTR, para alcanzar una conversión del
99% de A. El flujo molar inicial es FA0 = 5 mol/h, y siendo -rA = k, k= 0,05 mol/h.dm3.
Datos
• −𝑟𝐴 = 𝑘
• 𝑣0 = 10𝑑𝑚3 /𝑚𝑖𝑛
• 99%=X=0.99
𝑉 = 99 𝑑𝑚3