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Solucionario 3P

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100 l de un fluido con cinética de 20 orden y concentración inicial de 2 mol/l, que posee una vida

media de 5 h, alimenta dos reactores de flujo pistón, cada uno con un volumen de 20 l. ¿Cuál será
la conversión a la salida del segundo reactor?
1 𝑙
(−𝑟𝐴 ) = 𝑘𝐶𝐴2 𝑡1 = 𝑘 = 0.1 (−𝑟𝐴 ) = 0.1𝐶𝐴2
2 𝑘𝐶𝐴0 𝑚𝑜𝑙 ℎ
En el reactor primer reactor de flujo pistón
𝑥𝐴1 𝑥𝐴1
𝑉1 𝑑𝑥𝐴 𝑑𝑥𝐴
=∫ 2 = ∫ 2
𝐹𝐴0 0 𝑘𝐶𝐴 0 𝑘𝐶𝐴0 (1 − 𝑥𝐴 )2

2
𝑉1 𝑘𝐶𝐴0 1
= −1
𝐹𝐴0 1 − 𝑥𝐴1
𝑥𝐴1 = 0.03846 (38.46%)

Para el segundo reactor

𝐶𝐴1 = 𝐶𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 ) = 2(1 − 0.03846) = 1.923 𝑚𝑜𝑙/𝑙

𝐹𝐴0 = 𝐶𝐴0 𝜈0 = 2 ∗ 100 = 200 𝑚𝑜𝑙/ℎ


𝐹𝐴1 = 𝐹𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 ) = 200(1 − 0.03846) = 192.308 𝑚𝑜𝑙/ℎ
𝑥𝐴2 𝑥𝐴2
𝑉2 𝑑𝑥𝐴 𝑑𝑥𝐴
=∫ 2 = ∫ 2
𝐹𝐴1 0 𝑘𝐶𝐴 0 𝑘𝐶𝐴1 (1 − 𝑥𝐴2 )2

2
𝑉2 𝑘𝐶𝐴1 1
= −1
𝐹𝐴1 1 − 𝑥𝐴2
𝑥𝐴2 = 0.037034 (37.034%)

La concentración de A a la salida del segundo reactor

𝐶𝐴2 = 𝐶𝐴1 (1 − 𝑥𝐴2 ) = 1.923(1 − 0.037034) = 1.852

La conversión alcanzada en los dos reactores


𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴1 2 − 1.852
𝑥𝐴 = = = 0.074 (7.4%)
𝐶𝐴0 2

Una corriente de reactante liquido (1 mol/l)pasa a través de dos reactores de mezcla completa
conectados en serie, la concentración de A a la salida del primer reactor es 0.5 mol/l, hallar la
concentración de salida del segundo reactor, si la reacción es de orden 1.25 con respecto a A, la
relación de volúmenes de los reactores es V2/V1=4

Para un primer reactor, la conversión es 0.5


𝑉1 𝑥𝐴1
= 1.25
𝐹𝐴0 𝑘𝐶𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 )1.25
1.25
𝑉1 𝑘𝐶𝐴0 𝑥𝐴1 0.5
= 1.25 = = 1.1892
𝐹𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 ) (1 − 0.5)1.25
Para un segundo reactor
𝑉2 𝑥𝐴2
= 1.25
𝐹𝐴1 𝑘𝐶𝐴1 (1 − 𝑥𝐴2 )1.25
1.25
𝑉2 𝑘𝐶𝐴1 𝑥𝐴2
=
𝐹𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 ) (1 − 𝑥𝐴2 )1.25
1.25
4𝑉1 𝑘𝐶𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 )1.25 𝑥𝐴2
=
𝐹𝐴0 (1 − 𝑥𝐴1 ) (1 − 𝑥𝐴2 )1.25

4 ∗ 1.1892 ∗ (1 − 0.5)1.25 𝑥𝐴2


=
(1 − 0.5) (1 − 𝑥𝐴2 )1.25
𝑥𝐴2 = 0.7406
𝐶𝐴2 = 𝐶𝐴1 (1 − 0.7406) = 𝐶𝐴0 (1 − 0.5)(1 − 0.7406) = 0.1297 𝑚𝑜𝑙/𝑙

La descomposición del reactivo A en fase líquida, a diferentes concentraciones iniciales y 70 0C de


temperatura, muestra los siguientes tiempos de vida media

T min CA0
12.65 0.172
7.05 0.469
3.94 0.865
4.52 0.935
5.13 1.095
Para un flujo molar de A de 20 mol/l y un flujo volumétrico de 0.05 l/min, determinar el volumen
de un reactor PFR y su tiempo de residencia, así como de un reactor CSTR y su tiempo de
residencia, en ambos casos para una conversión de 25%
t1/2 CA0 n=2
12.65 0.172 5.81395349
7.05 0.469 2.13219616
3.94 0.865 1.15606936
4.52 0.935 1.06951872
5.13 1.095 0.91324201
correlacion 0.98352563
pendiente 1.68831264
k 0.59230736
VCSTR 0.00562209 LITROS
Tiempo de residencia 0.11244171 min 6.74650236 seg
Para el PFR
VPFR 0.00421656 LITROS
Tiempo de residencia 0.08433128 min 5.05987677 seg

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