Stikers Planeación Mi horario

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Cuaderno
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Mariana Jara Rentería

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Problemas a Entregar
L,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
Problema 4
Se desea obtener 1 mol/h de productos R a 700°C y a 1 atm de presión, el
cual resulta a partir de la reacción
A+B→R
Por experimentación previa se sabe que la reacción es irreversible y de
primer orden respecto a cada reactivo. Y que el valor de la constante de
velocidades de 1.5 L/mol*min.
La composición de la alimentación gaseosa es de 20% mol de A, 60% mol
de B y 20% de mol de inerte. Si se quiere lograr una conversión del 90%
del R.L., calcule:
a) El volumen de un reactor continuo tubular (PFR) para dicho propósito
b) El volumen de un reactor continuo de mezcla completa (CSTR)
c) El volumen de un reactor intermitente (Batch) a volumen constante
con la misma finalidad, si los tm=60 minutos

Solución:
Datos: estado gaseoso, por lo tanto, volumen variable, proceso isobárico e
isotérmico.j
𝑚𝑜𝑙
𝐹𝑅 = 1
ℎ
𝑇 = 700°𝐶
𝑃 = 1 𝑎𝑡𝑚
−𝑟𝐴 = 𝐾𝐶𝐴 𝐶𝐵
𝐿
𝐾 = 1.5
𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛
𝑥𝐴 = 0.9
𝑦𝐴 = 0.2 𝑦𝐵 = 0.6 𝑦𝐼 = 0.2

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𝑉𝑃𝐹𝑅 𝑋𝐴 𝑑𝑥
𝐴
=න
𝐹𝐴0 𝑋𝐴0 −𝑟𝐴

L,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
𝐶 =𝐶 𝐴 𝐴0 (1−𝑋𝐴 )
1+𝜀 𝑋𝐴

𝐶𝐵0 − 𝐶𝐴0 𝑋𝐴
𝐶𝐵 =
1 + 𝜀 𝑋𝐴
1−2
𝜀= = −0.2
1
𝑌𝐴 𝑃𝑇 0.2 ∗ 1
𝐶𝐴0 = =
𝑅 𝑇0 0.08205 ∗ 973.15
𝑚𝑜𝑙
𝐶𝐴0 = 2.5𝑋10−3
𝐿
0.6 ∗ 1
𝐶𝐵0 =
0.08205 ∗ 973.15
𝑚𝑜𝑙
𝐶𝐵0 = 7.51𝑋10−3
𝐿
2.5𝑋10−3 1 − 𝑋𝐴
𝐶𝐴 =
1 − 0.2 𝑋𝐴
7.5𝑋10−3 − 2.5𝑋10−3 (𝑋𝐴 )
𝐶𝐵 =
1 − 0.2 𝑋𝐴
𝑟
𝐹𝑅 = 𝐹𝑅𝑂 − 𝐹𝐴𝑂 𝑋𝐴
𝑎
𝐹𝑅 = 𝐹𝐴0 𝑋𝐴

𝐹𝑅 0.016
𝐹𝐴0 = = = 0.018 𝑚𝑜𝑙/𝑚𝑖𝑛
𝑋𝐴 0.9
𝑉𝑃𝐹𝑅 0.9 𝑑𝑥𝐴
=න
0.018 0 2.5𝑋10−3 1 − 𝑋𝐴 7.5𝑋10−3 − 2.5𝑋10−3 𝑋𝐴
1.5
1 − 0.2 𝑋𝐴 1 − 0.2 𝑋𝐴
𝑉𝑃𝐹𝑅 = 2,431.6 𝐿 Ale Digitaal
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𝑉𝐶𝑆𝑇𝑅 ∆𝑋𝐴
=
𝐹𝐴0 −𝑟𝐴

L,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
𝑉 = 0.018
𝐶𝑆𝑇𝑅
2.5𝑋10 1 − 0.9
0.9 − 0
−3
7.5𝑋10 −3 − 2.5𝑋10−3 0.9
1.5
1 − 0.2 0.9 1 − 0.2 0.9
𝑉𝐶𝑆𝑇𝑅 = 5,532.89 𝐿
𝐶𝐴
𝑑𝐶𝐴
𝑡=න
𝐶𝐴0 −𝑟𝐴
𝑋𝐴
𝑑𝑋𝐴
𝑡 = 𝐶𝐴0 න
𝑋𝐴0 −𝑟𝐴
0.9
−3
𝑑𝑥𝐴
𝑡= 2.5𝑋10 න =
0 2.5𝑋10−3 1 − 𝑋𝐴 7.5𝑋10−3 − 2.5𝑋10−3 𝑋𝐴
1.5
1 − 0.2 𝑋𝐴 1 − 0.2 𝑋𝐴
𝑡 = 198 𝑚𝑖𝑛

Calculando el tiempo del ciclo

𝑡𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 = 𝑡𝑚𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜 + 𝑡𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝑡𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 = 60 𝑚𝑖𝑛 + 198
𝑡𝑐 = 258 𝑚𝑖𝑛

𝑁𝐴0 = 0.0185 258𝑚𝑖𝑛

𝑁𝐴0 = 4.7 𝑚𝑜𝑙

𝑁𝐴0 𝑁𝐴0
𝐶𝐴0 = ∴𝑉=
𝑉 𝐶𝐴0
4.7 𝑚𝑜𝑙
𝑉=
2.5𝑋10−3 𝑚𝑜𝑙/𝐿
𝑉 = 1880 L

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Problema 8
Un fabricante de sustancias químicas quiere producir el compuesto “R” a
partir de la reacción en fase gas
A →R+S
Y alimentando “A” puro. Para obtener información se auxilia de un equipo
de espionaje industrial que investiga dos empresas, de las cuales una opera
un reactor PFR y la otra uno Batch; los datos de estos reactores son:
a) PFR
𝑇 = 100°𝐶
𝑃 = 1 𝑎𝑡𝑚
𝑉 = 500 𝐿
𝑥𝐴 = 0.8

b) Batch
𝑇 = 100°𝐶
𝑃 = 1 𝑎𝑡𝑚
𝑡𝑚 = 1 ℎ𝑟
𝑥𝐴 = 0.8
Se sabe que el reactor PFR proporciona el valor de la cte de velocidad a
100°C y también que el fabricante usará un reactor CSTR del mismo
volumen que el Batch. Encuentre la producción de “R” en el reactor de
mezcla completa CSTR cuando este opera a 200°C y 1 atm.
Nota: se alimenta u gasto molar igual en los tres reactores de mol/min ya
que se conoce que el orden de la reacción es y la energía activada vale
cal/mol.
−𝐸𝑎 1 1
−
𝑘2 = 𝑘1 ⅇ 𝑅𝑡 𝑇2 𝑇
𝑚𝑜𝑙
𝐹𝐴0 = 0.2
𝑚𝑖
Calcular K1 a partir de la ecucion de PFR

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Calcular K1 a partir de la ecuación de PFR

𝑥
𝑥
𝑉 ⅆ𝑥𝐴 𝐹𝐴0 ⅆ𝑥𝐴 1 + 𝜀𝐴 𝑥𝐴 2
= න = ඲
𝐹𝐴0 −𝑟𝐴 𝑉 𝐶𝐴0 1 − 𝑥𝐴 2
𝑥𝐴0
𝑥𝐴
2−1 1
𝜀𝐴 = =1
1
1 𝑎𝑡𝑚 1
𝐶𝐴0 =
0.08205 373.15
𝑚𝑜𝑙
𝐶𝐴0 = 0.03266
𝐿
0.8
0.2 ⅆ𝑥𝐴 1 + 𝑥𝐴 2
𝑘= ඲ 2
500𝐿 0.03266 1 − 𝑥𝐴
0
L
𝑘 = 3.888
mi ∗ mol
Calcular tr y NA0 para obtener el volumen del Batch
𝑋𝐴
𝑑𝑋𝐴
𝑡𝑟 = 𝐶𝐴0 න
−𝑟𝐴
𝑋𝐴0
𝑋𝐴
𝑑𝑋𝐴
𝑡𝑟 = 0.03266 න 2
3.88 𝐶𝐴0 1 − 𝑥𝐴
𝑋𝐴0
𝑡𝑟 = 31.51 min
𝑡𝑐 = 60 + 31.51 min
𝑡𝑐 = 91.51 min

𝑁𝐴0
𝐹𝐴0 = ∴ 𝑁𝐴0 = 𝐹𝐴0 ∗ 𝑡𝑐
𝑡𝑐
𝑁𝐴0 = 0.2 91.51
𝑁𝐴0 = 18.30 𝑚𝑜𝑙

𝑁𝐴0
𝑉=
𝐶𝐴0
18.30
𝑉= = 560.3 𝐿
0.03266
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Calcular la nueva K y xA con las nuevas condiciones del CSTR

−𝐸𝑎 1 1
−
𝑘2 = 𝑘1 ⅇ 𝑅𝑡 𝑇2 𝑇

2500 1 1
473.15 −373.15
𝑘2 = 3.88ⅇ(1.987)(473.15)
L
𝑘2 = 3.89
min ∗ mol
𝐹𝐴0 𝑥𝐴
ν=
−𝑟𝐴
0.2 𝑥𝐴 1 + 𝑥𝐴 2
560.37 =
2
3.89 0.0326 1 − 𝑥𝐴

𝑟
𝐹𝑅 = + 𝐹𝐴0 𝑥𝐴
𝑎
𝐹𝑅 = 𝐹𝐴0 𝑥𝐴
𝐹𝑅 = 0.2 0.62
𝐹𝑅 = 0.12

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Problema 20
Calcule el volumen de un reactor de flujo continuo tipo tanque, para
obtener 99.97% de conversión de A en el que se efectúa la reacción
A+B→R

En fase acuosa cuya alimentación es de 10mmol de A/L y 2 mol de B/L y

tiene un gasto de 400 L/min.
𝑚𝑜𝑙
−𝑟𝐴 = 200𝐶𝐴 𝐶𝐵
𝐿 𝑚𝑖
Si el reactor trabajara de forma intermitente con tiempos muertos iguales
al tiempo de reacción, deduzca su volumen

Solución:
𝐹𝐴0 = 𝐶𝐴0 ν
𝑚𝑜𝑙
𝐹𝐴0 = 0.01 400 = 4
𝑚𝑖

𝑉𝐶𝑆𝑇𝑅 Δ𝑥𝐴
=
𝐹𝐴0 −𝑟𝐴
𝑉𝐶𝑆𝑇𝑅 0.9997
=
4 200((0.01 1 − 0.9997 2 − 0.01 0.9997 )
𝑉𝐶𝑆𝑇𝑅 = 1004 𝐿

Reactor Batch
𝑋𝐴
𝑑𝑋𝐴
𝑡 = 𝐶𝐴0 න
−𝑟𝐴
𝑋𝐴0
0.9997
𝑑𝑋𝐴
𝑡 = 0.01 න
200((0.01 1 − 0. 𝑥𝐴 2 − 0.01 𝑥𝐴
0

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𝑡𝑟 = 0.0173 𝑚𝑖𝑛
𝑡𝑐 = 0.0173 + 0.0173 𝑚𝑖𝑛
𝑡𝑐 = 0.0346 min
𝑁𝐴0 = 4 ∗ 0.034 = 0.1387 𝑚𝑜𝑙
0.1387
𝑉= = 13.87 𝐿
0.04

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