Universidad Técnica de Manabí

Facultad de Ciencias Matemáticas Físicas y

Químicas Carrera de Ingeniería Química

Ingeniería de las Reacciones Químicas I

Ciclo académico: mayo 2022-septiembre 2022
Docente: Yunet Gómez Salcedo

Taller 2 (5 puntos)
A continuación, se presentan una serie de ejercicios que resumen algunos de los contenidos
abordados durante la Unidad 1 y 2 de la asignatura. Desarróllelos individualmente y elabore
un informe con sus resultados, siguiendo el formato dado.

• Fecha de entrega: 2 de julio de 2022 (18h00)

• Tipo de archivo: PDF
• Entrega individual
Formato:
Taller 2 de Medio Ciclo
Asignatura: Ingeniería de las reacciones I
Ciclo académico: mayo 2022-septiembre 2022
Nombre: Maria Virginia Párraga Hurtado Paralelo: A

Ejercicio 1. La reacción elemental en fase gaseosa: A+B→2R+S, ocurre en un reactor discontinuo que
opera a T y P constantes. Se conoce que NA0= NB0= NS0= 1 mol y que NR0= 2 mol. Si para 1 h de
reacción, la conversión es 0,8
Solución:

Simbolo Inicio Cambio Remante

A 𝑁𝐴0 = 1 𝑚𝑜𝑙 −𝑁𝐴0 𝑋𝐴 𝑁𝐴 = 𝑁𝐴0 − 𝑋𝐴0 𝑋
B 𝑁𝐵0 = 1 𝑚𝑜𝑙 −1𝑁𝐴0 𝑋𝐴 𝑁𝐵 = 𝑁𝐵0 − 𝑋𝐴0 𝑋
R 𝑁𝑅0 = 2 𝑚𝑜𝑙 2𝑁𝐴0 𝑋𝐴 𝑁𝑅 = 𝑁𝑅0 ∓ 𝑋𝐴0 𝑋
S 𝑁𝑆0 = 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐴0 𝑋𝐴 𝑁𝑆 = 𝑁𝑆0 − 𝑋𝐴0 𝑋

A) Determine los moles de cada componente en el sistema al cabo de este tiempo

𝐹𝐴0 − 𝐹𝐴
𝑋𝐴 = = 0,8
𝐹𝐴0
𝑁𝐴 = 1 𝑚𝑜𝑙 − (1 × 0.8) = 1 𝑚𝑜𝑙 − 0.8 𝑚𝑜𝑙 = 0.2 𝑚𝑜𝑙
𝑁𝐵 = 1 𝑚𝑜𝑙 − (1 × 0.8) = 1 𝑚𝑜𝑙 − 0.8 𝑚𝑜𝑙 = 0.2 𝑚𝑜𝑙
𝑁𝑅 = 2 𝑚𝑜𝑙 + 2 (1 × 0.8) = 2 𝑚𝑜𝑙 + 1.6 𝑚𝑜𝑙 = 3.6 𝑚𝑜𝑙
𝑁𝑆 = 1𝑚𝑜𝑙 + (1 × 0.8) = 1𝑚𝑜𝑙 + 0.8𝑚𝑜𝑙 = 1.8 𝑚𝑜L
B) Si se sabe que a la temperatura de operación k= 1 L/mol*min y que C A0=1 mol/L, construya el
gráfico (-rA) vs XA para la reacción
 XA -rA Gráfica de -rA vs XA
0 1 1,2
0,2 0,81
1 1
0,4 0,64
0,6 0,49 0,8 0,81

0,8 0,36 0,6 0,64

0,49
0,4 0,36
0,2
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8

Ejercicio 2. En el proceso de producción de ácido sulfúrico por el método de contacto ocurre la reacción:
SO2 + ½ O2 →SO3 en un reactor continuo de varias etapas que opera a P constante. Se conoce del sistema
que la alimentación al reactor está compuesta por:
SO2= 8% T0=703 K P=1,013 * 105 Pa – Transformar 1 atm
Otros
O2= 10% → T=857 K v0= 24000 m3/h (flujo volumétrico de la
datos:
N2= 82% XSO2=0,61 alimentación) Transformar 6,67 𝑚3 /𝑠
Solución:
a) Calcule la concentracion de producto y reactivos a la salida del equipo
𝐿
𝑉0 𝑃0 (6700 ) 𝑥 1 𝑎𝑡𝑚 𝑘𝑚𝑜𝑙
𝐹𝑜 = = 𝑠 = 0.116
𝑅𝑇 𝑎𝑡𝑚 ∗ 𝐿 𝑠
(82.05 ) (703)𝐾
𝑘𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾
Corrientes de salida
1 0.5 1 0.009
𝜀=( − − )( ) = −0.039
1 1 1 0.116
𝑝𝑜 𝑇
𝑣 = 𝑣𝑜 (1 + 𝑒𝑥)
𝑃 𝑇𝑜
1 𝑎𝑡𝑚 857
𝑣 = 6,67𝑚3 (1 + (−0,039𝑥0,61) 𝑥 𝑘→𝑣
𝑠
1 𝑎𝑡𝑚 703
𝑚3
= 7,49
𝑠
0,009 1
𝐹𝐴 0,009 (0,009 − 1 𝑥0,61)
𝐶𝑆𝑂2 = → = 0,0004
𝑣 7,94
0,012 0,5
𝐹𝐴 0,009 (0,009 − 1 𝑥0,61)
𝐶𝑂2 = → = 0,0012
𝑣 7,94
0,095 1
𝐹𝐴 0,009 (0,009 − 1 𝑥0,61)
𝐶𝑁2 = → = 0,0127
𝑣 7,94

b) Calcule el flujo molar de SO2 a la salida del equipo.

𝐹𝐴= 𝐶𝐴 𝑥 𝑣
𝑘𝑚𝑜𝑙
𝐹𝐴= 0,0004 𝑥 7,94 = 0,0032 𝑆𝑂2
𝑠
Ejercicio 3. La reacción en fase gaseosa 2A + 4B → 2C, de primer orden con respecto a A y B, se efectuará
isotérmicamente en un reactor de flujo en pistón. La velocidad de flujo volumétrico a la entrada (v0) es 2,5
L/min y la alimentación es equimolar en A y B. A la entrada la T y P son 727 °C y 10 atm, respectivamente.
La constante de velocidad de reacción específica a esa T es de 4 L/mol min y la energía de activación de
15000 cal/mol.
Solución:

a) Calcule la velocidad de flujo volumétrico cuando la conversión de A es del 25%.

Al tratarse de una reacción en fase gaseosa, el flujo volumétrico estará dado por:

P0 T
𝑣 = 𝑣0 (1 + εXA ) ( ) ( )
P T0

Considerando una caída de presión despreciable, y dado que el proceso es isotérmico:

𝑣 = 𝑣0 (1 + εXA )

ε = yA0 δ

Además:

2 2 4
δ= − − = −2
2 2 2

yA0 = 0,5

Por tanto:

ε = yA0 δ = 0,5 (−2) = −1

L L
𝑣 = (2,5 ) [1 + (−1)(0,25)] = 1,875
min min

b) Calcule la concentración de A en la entrada del reactor.

yA0 P0 (0,5)(10 atm)

CA0 = =
RT0 L ∙ atm
(0,08206 ) (727 + 273,15)K
mol ∙ K

mol
CA0 = 0,0609219
L

c) Calcule la velocidad de reacción en la entrada del reactor, cuando la conversión de A es cero.

La ley de velocidad está dada por:

 1 1 1
− rA = − rB = rC = velocidad de reacción (v)
2 4 2

v = k CA CB

Es necesario definir la constante de velocidad k, con respecto a una especie específica, suponiendo que la k del
enunciado está referido al reactivo limitante k A , de tal modo:

1
− rA = kCA CB
2

−rA = (2k) CA CB

−rA = k A CA CB

Donde:

L
kA = 4
mol ∙ min

De no ser el caso, se proporcionará una respuesta adicional.

Por otra parte:

FA = FA0 (1 − XA )

4
FB = FA0 (θB − XA )
2

Donde:

L mol mol
FA0 = 𝑣0 CA0 = (2,5 ) (0,0609219 ) = 0,1523
min L min

FB0
θB = = 1 (al tratarse de una mezcla equimolar)
FA0

𝑣 = 𝑣0 (1 + εXA )

Se tiene:

FA (1 − XA )
CA = = CA0
𝑣𝑜 (1 + εXA )
 4
FB (θB − XA )
CB = = CA0 2
𝑣0 (1 + εXA )

Reemplazando:

−rA = k A CA CB

4
(1 − XA ) (θB − XA )
−rA = k A [CA0 ] [CA0 2 ]
(1 + εXA ) (1 + εXA )

2
(1 − XA )(1 − 2XA )
−rA = k A CA0
(1 + εXA )2

Si la conversión de A es cero (XA = 0):

2
(1 − 0)(1 − 0) 2
−rA = k A CA0 = k A CA0
(1 + 0)2

L mol 2
−rA = (4 ) (0,0609219 )
mol ∙ min L

mol
−rA = 0,014846
L ∙ min

De no estar referida 𝑘 con respecto a A, se tendría:

mol
v = 0,014846
L ∙ min

d) Calcule la velocidad de la reacción cuando la conversión de A es del 40%.

2
(1 − XA )(1 − 2XA )
−rA = k A CA0
(1 + εXA )2

L mol 2 (1 − 0,40)(1 − 0,80)

−rA = (4 ) (0,0609219 )
mol ∙ min L [1 + (−1)(0,40)]2

mol
−rA = 4,95 × 10−3
L ∙ min

De no estar referida k con respecto a A, se tendría:

 mol
v = 4,95 × 10−3
L ∙ min

e) ¿Qué valor tiene la constante específica a 1227°C?

Ea 1 1
(T −T)
k(T) = k(T0 ) e R 0

Donde

𝑇0 = 727 + 273,15 = 1000,15 𝐾

𝑇 = 1227 + 273,15 = 1500,15 𝐾

cal 4,184 𝐽 𝐽
𝐸𝑎 = 15000 ( ) = 62 760
mol 1 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙

𝐽
𝑅 = 8,314
𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾

L
𝑘(𝑇0 ) = 4
mol ∙ min

Por tanto:

𝐽
62 760𝑚𝑜𝑙 1 1
L 𝐽 (1000,15 𝐾 −1500,15 𝐾)
8,314𝑚𝑜𝑙∙𝐾
𝑘(1227℃) = (4 )𝑒
mol ∙ min

L
𝑘(1227℃) = 49,4966
mol ∙ min

Ejercicio 4. A través el equilibrio heterogéneo C (s) + CO2 (g) 2 CO (g) se obtiene CO de uso industrial.
Si se supone como reactivo C (s) en exceso y 4 moles de CO 2 (g) en un recipiente de 4 L a 1123 K,
temperatura a la cual Kc=0.16, calcule la concentración de los gases en el estado de equilibrio
Solución:
2
CCO
Kc = = 0,16
CCO2

En el equilibrio:

4 mol mol
CCO2 = =1
4L L
 Por tanto:

2
CCO = 0,16(CCO 2 )

mol
CCO = √0,16(1) = 0,40
L

Pregunta 5:
a) Explique lo que significa que una reacción química haya alcanzado el estado de equilibrio

Para las reacciones reversibles, cuando se alcanza el estado de equilibrio la velocidad de reacción es idéntica para
todas las especies; por lo que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que siguen
reaccionando entre sí las especies presentes.
b) ¿Por qué se dice que el equilibrio químico es un equilibrio dinámico?

Por el hecho de que las especies aún siguen reaccionando, pero no existe un cambio neto entre la relación de reactivos-
productos.