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    Ejercicio Semana 10

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    Giuliana Estefany Alania Llanos
    Este documento presenta un caso de estudio sobre una reacción química irreversible que tiene lugar en cuatro reactores en serie. Se proporcionan los datos de temperatura, volumen, difusividad y caudales de cada reactor. Se pide determinar la concentración de la especie reactiva A en cada reactor, así como calcular el número de Hatta para indicar si el sistema está gobernado por la cinética de la reacción o por la difusión. La solución muestra el cálculo de las concentraciones mediante balances de materia y el cálculo del número de

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    Este documento presenta un caso de estudio sobre una reacción química irreversible que tiene lugar en cuatro reactores en serie. Se proporcionan los datos de temperatura, volumen, difusividad y caudales de cada reactor. Se pide determinar la concentración de la especie reactiva A en cada reactor, así como calcular el número de Hatta para indicar si el sistema está gobernado por la cinética de la reacción o por la difusión. La solución muestra el cálculo de las concentraciones mediante balances de materia y el cálculo del número de

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    EJERCICIO SEMANA 10

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    Este documento presenta un caso de estudio sobre una reacción química irreversible que tiene lugar en cuatro reactores en serie. Se proporcionan los datos de temperatura, volumen, difusividad y caudales de cada reactor. Se pide determinar la concentración de la especie reactiva A en cada reactor, así como calcular el número de Hatta para indicar si el sistema está gobernado por la cinética de la reacción o por la difusión. La solución muestra el cálculo de las concentraciones mediante balances de materia y el cálculo del número de

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    Caso Aliaga Karolay – V – IQ - UNCP

    EJERCICIO 1:
     Una reacción irreversible en fase liquida A→B toma lugar en tres reactores
    tipo tanque de mezcla completa como se muestra en la Figura adjunta. La
    3 −4200
    velocidad de reacción está dada por R A =kC A con k =5.1 x 10 exp ⁡( )
    T
    donde k está dado en min−1 y T en K. La temperatura, el volumen, la

    difusividad, la corriente y el caudal de cada reactor se muestra en la Tabla 1.


    Tabla 1 Datos del Sistema de Reactores
    Volumen D ABX 105 ( Corriente
    Reactor N° T (°C) Q (L/h)
    (L) m 2 /s ) N°
    I 30 800 2.50 1 500
    II 42 1000 3.01 7 200
    III 68 1180 3.22 9 50
    IV 58 900 3.02 11 100

    Determinar:
    a. La concentración de la especie A en cada reactor, si la alimentación
    para el primer reactor contiene 1.65 mol/L de A, la velocidad de flujo
    volumétrico se muestra en la tabla.
    b. El número de Hatta, para indicar por quien va estar gobernado el
    sistema. Considere que la longitud de cada reactor es de 30 cm.
    NOTA: Considerar que la conservación de la especie dada esta dada por la
    ecuación:
    ¿
    SOLUCIÓN
    Q1=Q6 =500 L /h

    Q2=Q1 +Q11
    Q2=500+100
    Q2=600 L/h
    Q7=Q 9+Q 10
    200=50+Q10
    Q10=150 L/h

    Q3=Q2 +Q10
    Q3=600+ 150
    Q3=750 L/h

    Q4 =Q3 +Q9
    Q4 =750+50
    Q4 =800 L/h

    Q4 =Q8 +Q11
    800=Q8 +100
    Q8=700 L/h
    Q5=700 L/h

    Reactor 1 Reactor 2 Reactor 3 Reactor 4


    −4200
    k =5.1 x 10−3 exp ⁡( )
    T 0.29226 0.4956 1.368 0.942
    (h−1 ¿

    a. La concentración de la especie A en cada reactor, si la alimentación


    para el primer reactor contiene 1.65 mol/L de A, la velocidad de flujo
    volumétrico se muestra en la tabla.
     Reactor 1
    Q1 C A 0 +Q11 C A 3−Q2 C A 1−k 1 C A 1 V 1=0
    500 ( 1.65 ) +100C A 3 −600 C A 1 −0.29226 C A 1 800=0

    833.80 8 C A 1−100 C A 3=825

    C A 1=0.989+ 0.12C A 3

    C A 1=0.989+ 0.265C A 4

     Reactor 2
    Q 2 C A 1 +Q 10 C A 4−Q 3 C A 2−k 2 C A 2 V 2=0

    600 C A 1+ 150C A 4 −750 C A 2−0.4956 C A 2 1000=0

    600 C A 1+ 150C A 4 −1245.6 C A 2=0

    600(0.989+ 0.265C A 4)+150 C A 4 −1245.6 C A 2=0


    1245.6 C A 2−309 C A 4=593.4

     Reactor 3
    Q3 C A 2+Q9 C A 4 −Q4 C A 3−k 3 C A 3 V 3 =0
    750 C A 2+50 C A 4 −800 C A 3−1.368 C A 3 1180=0

    750 C A 2+50 C A 4 −2414.24 C A 3=0

    750 C A 2+50 C A 4 −2414.24( 2.211C A 4)=0


    750 C A 2−5287.884 C A 4 =0

     Reactor 4
    Q 8 C A 3−Q 5 C A 4−k 4 C A 4 V 4=0

    700 C A 3−700 C A 4−0.942C A 4 900=0

    700 C A 3−1547.8 C A 4=0

    C A 3=2.211 C A 4

    mol mol mol mol


    C A 2=0.494 ; C A 4 =0.07 ; C A 3=0.155 ; C A 1=1.008
    L L L L

    b. El número de Hatta, para indicar por quien va estar gobernado el


    sistema. Considere que la longitud de cada reactor es de 30 cm.

    k L2
    Ha=
    √ D AB

    Ha Ha 2
    Reactor 8.118 x 10−5 ( 0.32)
    1
    Reactor
    Ha=
    √ 2.50 x 105
    1.377 x 10−4 ( 0.32)
    5.406 x 10−6 2.922 x 10−11

    2
    Reactor
    Ha=
    √ 3.01 x 105
    3.8 x 10−4 ( 0.32)
    6.417 x 10−6 4.118 x 10−11

    3 Ha=
    √3.22 x 105
    1.031 x 10−5 1.063 x 10−10
    Reactor 2.617 x 10−4 (0.32)
    4 Ha=
    √ 3.02 x 105
    8.831 x 10−6 7.799 x 10−11

    Como se observa en la tabla, en los cuatro reactores el número de Hatta es


    pequeño, quiere decir que la reacción química es lenta, por lo tanto, el sistema
    está gobernado por la difusión.

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